네트워크 기초

EEEFFEE·2023년 11월 9일

네트워크

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23.11.07 최초 작성
23.11.17 내용 추가

1. 컴퓨터 네트워크

  • 서로 연결된 컴퓨터와 장치들의 집합체
  • 정보 및 자원을 공유하고 통신할 수 있는 시스템

1.1 종류

  • LAN (Local Area Network) : 가까운 거리의 컴퓨터 연결
  • WAN (Wide Area Network) : 멀리 떨어진 지역의 컴퓨터 연결
  • WLAN (Wireless Local Area Network) : LAN과 같은 연결이지만 무선
  • MAN (Metropolitan Area Network) : LAN과 WAN의 중간 역할

1.2 구성요소

  • 노드 (Node) : 네트워크에 연결된 기기
  • 링크 (Link) : 노드를 연결하는 통로
  • 라우팅 (Router) : 서로 다른 네트워크 간 데이터 전송
  • 스위치 (Switch) : 네트워크 내부 트래픽 관리, 노드 간 데이터 전송 조절

1.3 패킷 스위칭

  • 데이터를 특정 단위(패킷)으로 나누어 다른 노드에 전송하는 과정
  • 전송률 (Throughput, bps) : 단위시간당 보낼 수 있는 데이터의 전송 속도
  • 일반적으로 전체 네트워크의 속도는 전송률이 가장 느린 병목 링크 (Bottle Neck Link)에 의해 결정됨

2. 네트워크 코어

  • 여러개의 라우터와 스위치로 구성됨
  • 상호 연결되어 데이터를 전송하고 라우팅
  • 갖추어야 할 요소
    • 높은 처리량 : 많은 사용자가 사용하므로 처리할 작업이 많음
    • 높은 가용성 : 항상 가동되어야 함
    • 빠른 전송속도 : 대규모의 데이터를 빠르게 전송

2.1 네트워크 코어의 기능

  • 포워딩 (Forwarding) : 특정 노드로 데이터가 이동하는 것
  • 라우팅 (Routing) : 패킷 단위로 출발지부터 목적지까지 경로를 설정하는 기능
    (패킷의 데이터 내용을 바탕으로 라우팅 테이블을 참고해 경로 설정함)

3. AS 계층 구조

  • 인터넷 내의 다양한 네트워크들을 기능과 크기 등으로 계층적으로 구성하는 방식
  • 각각의 네트워크들을 논리적으로 연결하여 전체 인터넷을 구성
  • 여러개의 라우터를 AS라는 그룹으로 묶어 관리
  • 각 AS는 자체적으로 IP 주소를 관리
  • 라우팅 프로토콜을 통해 다른 AS들과 라우팅 정보 교환

3.1 AS 구조의 계층

  • ISP (Internet Sevice Provider) : 인터넷 서비스 제공자
  • Tier-1 ISP 계층
    • 전 세계의 모든 인터넷 트래픽 처리하는 대규모 네트워크
    • Tier-1간 Peer 계약 체결
  • Tier-2 ISP 계층
    • 지역 또는 국가단위의 ISP
    • Tier-1와 Peer 또는 Transit(인터넷 연결에 필요한 대역폭을 Tier-1에 대여받는 형태) 관계

4. IP 주소

  • IP (Internet Protocol) : 네트워크에서 호스트들이 서로를 식별하고 통신하기 위해 사용하는 주소 체계

    • IPv4 주소 체계

      • 32 비트로 구성되며 주로 8비트씩 끊어 표현함

    • IPv6 주소 체계

      • 128비트로 구성되며 16진수, :으로 구분해서 표현함

  • CIDR (Classless InterDomain Routing) : 클래스가 없는 도메인간 라우팅 기법
    (a.b.c.d/x의 x가 서브넷 부분의 비트 수를 의미)

5. DNS (Domain Name System)

  • 인터넷에서 호스트의 이름을 해당 호스트의 IP 주소로 변환해주는 시스템
  • 전 세계적으로 분산된 서버들의 집합체
    • 이 서버들이 DNS 서버를 관리하고 DNS 쿼리를 처리해 호스트의 이름을 IP 주소로 변환해 줌
    • DNS 쿼리 (Query) : 사용자의 컴퓨터나 네트워크 장비에서 발생
      (필요한 경우 상위 DNS 서버로 쿼리를 전달해 호스트의 IP 주소 획득)

5.1 구성 요소

  • Root DNS 서버 : 인터넷상 존재하는 모든 도메인의 최상위에 위치한 서버
  • Top-level DNS 서버 : .com, .org, .net과 같은 최상의 도메인의 서버
  • Authoritative DNS 서버 : 특정 도메인에 대한 정보를 가지고 있는 서버
  • Local DNS 서버 : 사용자가 접속한 로컬 네트워크에 존재하는 서버

6. 프로토콜 (Protocol)

  • 어떤 형태로 정보를 주고 받을 것인지에 대한 규칙과 규격
  • 컴퓨터 네트워크에서 정보를 주고 받는 방법 표준화
  • 정의할 내용
    • 메시지 타입 : request / response
    • 메시지 문법 : 프로토콜이 정의하는 데이터의 형식/구조
      (데이터의 타입, 크기, 종류)
    • 메시지 의미 : 메시지의 내용, 각 필드의 의미
    • 액션 규칙 : 각 메시지를 받았을 때 어떻게 동작할 것인지에 대한 규칙

6.1 인터넷 프로토콜 계층 구조

  • 인터넷

7. OSI 7 Layer

  • 국제표준화기구에서 개발한 모델로 컴퓨터 네트워크 디자인과 통신을 계층으로 정의한 것
  • 각 계층은 독립되어 있음

  1. Physical Layer

    • 데이터(기계어)를 전기적인 신호로 변환해 비트 단위로 주고받는 하드웨어 계층
    • 상위 계층으로부터 전달된 비트 스트림을 전송하는 역할
    • 통신 케이블, 허브 등
    • 프로토콜 : Modem, Cable, Fiber, RS-232C

  2. Data Link Layer

    • 물리적 네트워크 사이에서 직접적인 데이터 전송을 담당하는 계층
    • 하드웨어에 의존적
    • 상위 계층으로부터 정보(패킷)를 받아 주소와 제어 정보를 추가(프레임)함
    • 신뢰성 있는 전송을 보장하는 계층
    • Physical Layer계층을 통해 송수신되는 데이터의 전송 오류를 감지
    • 브리지, 스위치 등
    • 프로토콜 : 이더넷, MAC, PPP, ATM, LAN, Wifi

  3. Network Layer

    • 목적지 네트워크 주소(IP)를 정하고 그에 따른 경로(Route)를 선택하고 경로에 따라 패킷을 전달하는 계층
    • 데이터를 목적지까지 안전하고 빠른 경로롤 전달하는 기능(라우팅)이 중요
    • 여러 개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할
    • 전송되는 데이터는 패킷 단위로 분할되어 전송한 후 다시 합쳐짐
    • 라우터, L3 스위치
    • 프로토콜 : IP, ICMP

데이터 주고받는 기본적인 라인

  1. Network Layer

    • EndPoint의 사용자들이 신뢰성 있는 데이터를 주고받게 하는 역할
    • 오류 검출 및 복구, 흐름 제어와 중복 검사 등을 수행
    • 패킷의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷을 다시 전송
    • 헤더에 포트 번호가 포함됨
    • 데이터 전송 단위 : 세그먼트
    • 게이트웨어, L4 스위치
    • 프로토콜 : TCP, UDP, ARP, RTP

  2. Session Layer

    • 포트 번호를 기반으로 연결
    • 통신 장치 간 상호 작용을 설정하고 유지하며 동기화
    • Session : 클라이언트와 웹 서버 간 네트워크 연결이 지속 유지되는 상태
    • 네트워크 상 양쪽 연결을 관리하고 연결을 지속시켜주는 계층
    • 세션 생성, 유지, 종료, 전송 중단 시 복구 기능 수행
    • TCP/IP 세션을 만들고 없애는 역할
    • 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류 복구 명령들을 일괄적으로 다룸
    • 프로토콜 : NetBIOS, SSH, TLS

  3. Presentation Layer

    • 송신 측과 수신 측 사이에서 데이터 형식을 지정
    • 응용 계층으로 부터 전달받거나 전송하는 데이터의 인코딩/디코딩, 암호화가 이루어짐
    • 코드 간의 번역을 담당하며 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 덜어줌
    • 프로토콜 : JPG, MPEG, SMB, AFP

  4. Application Layer

    • 사용자와 바로 연결되어 있으며 응용 SW를 도와주는 계층
    • 응용 서비스를 네트워크에 연결해주는 역할
    • 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 네트워크에 연결 및 수행하는 역할
    • 사용자와 직접 접하는 유일한 계층
    • 프로토콜 : HTTP, DNS, Telnet, FTP

7.1 TCP 프로토콜

  • 신뢰성 있는 전송 보장

    • 패킷 손실 방지와 도착 순서 보장

      • 혼잡 제어(congsetion control) 기능 : 네트워크 혼잡을 감지해 전송 속도를 제어해 성능 유지

    • 데이터가 일정 크기의 세그먼트로 나뉘어 전송

    • 각 세그먼트는 시퀀스 번호와 확인 응답 번호 보장

  • 연결지향적
    • 반드시 TCP 연결 설정 과정을 거침
    • 3-way handshake

7.1.1 체크섬

  • 데이터 패킷의 정확성을 확인하기 위해 데이터로 도출된 계산 결과를 패킷에 포함한 것
  • 송신자 : 데이터를 전송하기 전에 패킷의 일부분 / 전체에 대한 계산을 수행해 송신함
  • 수신자 : 동일한 계산을 수행해 체크섬을 계산하고 패킷에 포함된 값과 비교

7.2 UDP 프로토콜

  • 전송 계층에서 작동하는 비연결형(연결과정 없음) 프로토콜
  • 확인 응답을 받지 않아 신뢰성/순서 보장 없음
  • TCP보다 간단한 구조여서 데이터 전송이 빠름
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