컴퓨터 네트워크-1주차 공부

컴퓨터 네트워크란?

컴퓨터 네트워크란, 서로 다른 컴퓨터들이 통신 장비와 전송 매체를 통해 데이터를 공유하고 통신할 수 있도록 연결된 시스템이다. 네트워크를 통해 사용자는 파일을 공유하거나 웹 페이지에 접속하고, 이메일을 주고 받는 등 다양한 통신 작업을 수행할 수 있다.

인터넷

최초의 알파넷은 4대의 컴퓨터로 운영되었다. 현재는 무수히 많은 node들로 운영된다.
현재 우리가 사용하는 위치는 가장자리라고 할 수 있다. 가운데 부분은 수많은 Router와 서버라고 보면 된다.

네트워크 코어

• 라우터와 네트워크들의 네트워크로 구성
  network edge
• client / server model

대표적인 네트워크 계층으로는 TCP | UDP가 있다.

• TCP(Transmission Control Protocal)
  패킷 전송이 보장되고, 순서가 지켜지며, 흐름제어가 된다. 서버는 절대 클라이언트의 속도를 넘지 못한다.
  밀집 제어도 된다. 네트워크 밀집에 대한 처리도 이루어진다.

• UDP(User Datagram Protocal)
  커넥션을 보장하지 못하고, 패킷 전송이 보장되지 않는다. 흐름제어, 네트워크 혼잡 제어가 이뤄지지 않는다.

HTTP3는 UDP를 기반으로 설계되어있다.

프로토콜이란?

프로토콜은 두 개 이상의 장치가 서로 통신하는 데 필요한 규칙, 관례이다.
서로 다른 하드웨어와 운영체제 등을 가지고 통신을 하기 위해 만든 규칙을 프로토콜이라고 한다.
대표적인 예로, TCP, UDP 의 마지막 단어에 P가 Protocol이다.
인터넷과 관련된 프로토콜들을 모은 것을 TCP/IP라고 부른다.

TCP/IP 란?

TCP/IP는 패킷 통신 방식의 인터넷 프로토콜인 IP와 전송 조절 프로토콜인 TCP로 이루어져 있다.
IP는 패킷 전달 여부를 보증하지 않고, 패킷을 보낸 순서와 받는 순서가 다를 수 있다. TCP는 IP위에서 동작하는 프로토콜로 데이터의 전달을 보증하고 보낸 순서대로 받을 수 있는 로직을 구현했다.
TCP를 기반으로 한 많은 수의 애플리케이션 프로토콜이 IP위에서 동작하기 때문에, 묶어서 TCP/IP로 부른다.

TCP / IP 계층 구조

• 에플리케이션 계층 (Application Layer)
  애플리케이션 계층은 FTP, HTTP< SSH, SMTP, DNS 등 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층이며, 웹 서비스, 이메일 등의 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 층이다.

• 전송 계층(Transport Layer)
  전송 계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며 어플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때의 중계 역할을 한다. 대표적인 예로 TCP, UDP가 있다.
  TCP는 패킷 사이의 순서를 보장하고 연결 지향 프로토콜을 사용해 연결을 하여 신뢰성 보장, 순서 보장을 하는
  가상회선 패킷 교환 방식 을 사용한다.
  반면 UDP는 순서를 보장하지 않고, 수신 여부를 확인하기 않고 데이터만 주는 데이터그램 패킷 교환 방식 을 사용한다.

• 인터넷 계층
  인터넷 계층은 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용되는 계층이다. IP, ARP, ICMP 등이 있으며 패킷을 수신해야 할 상대의 주소를 지정해 데이터를 전달한다. 상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않는 비연결형적인 특징을 가지고 있다.

• 링크 계층
  링크 계층은 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고 받는 규칙을 정하는 계층입니다. 참고로 네트워크 접근 계층이라고도 합니다.
  이를 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 나누기도 하는데, 물리 계층은 무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보내는 계층을 말하며, 데이터 링크 계층은 이더넷 프레임을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당하는 계층입니다.

OSI 7 Layer vs TCP/IP Layer

프로토콜을 계층화 하는 이유는?

사양 변경 시 변경된 계층만 변경하면 되는 등 모듈화가 되기 때문이다.
각 계층은 계층이 연결되어 있는 부분만 결정되어 있고, 각 계층의 내부는 자유롭게 설계할 수 있다.

캡슐화와 비캡슐화

캡슐화는 데이터를 전송하기 위해 필요한 정보를 추가하고, 네트워크로 전송할 수 있도록 하는 것이다.
따라서 송신자가 수신자로 보낼 때 이루어진다.

네트워크에서 데이터가 전송될 때, 전송에 필요한 정보를 데이터 앞 부분에 붙여서 다음 계층으로 보내게 되는데,이러한 헤더 + 페이로드(데이터)가 합쳐서 다음 계층이 되면 해당 부분의 전체가 페이로드 가 되고, 계층이 내려갈 때 마다 반복한다.

반대로 비캡슐화는 수신자가 데이터를 원복하는 것이다.

컴퓨터 네트워크에서 데이터를 전송하는 방식

가장 일반적인 방법은 TCP/IP 프로토콜을 사용하는 것이다.
TCP/IP는 인터넷에서 컴퓨터가 서로 통신하는 데 사용되는 프로토콜이다. 네트워크에서 데이터를 전송하는 데 필요한 프로토콜의 집합이고. TCP/IP는 데이터를 작은 패킷으로 나누고 각 패킷에 주소를 지정한다.
패킷들은 네트워크를 통해 목적지까지 전송되고, 목적지에서는 패킷들이 다시 조합되어 원본 데이터가 복원된다.

NIC와 리피터

(L1 계층)
LAN 카드라고 하는 네트워크 인터페이스 카드(NIC, Network Interface Card)는 2대 이상의 컴퓨터 네트워크를 구성하는데 사용하며, 네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 카드이다.
각 LAN 카드에는 MAC주소가 존재한다.
리피터는 들어오는 약해진 신호 정도를 증폭해 다른 쪽으로 전달하는 장치이다. 이를 통해 패킷이 더 멀리갈 수 있다. 하지만 요즘엔 광케이블이 보급되어서 현재는 잘 쓰이지 않는다.

L2 스위치

L2 스위치는 장치들의 MAC 주소를 MAC 주소 테이블을 통해 관리하며, 연결된 장치로부터 패킷이 왔을 때 패킷 전송을 담당한다. 단순히 패킷의 MAC 주소를 읽어 스위칭한다.

DataLink 계층의 장비
네트워크 단위들을 연결하는 통신장비이며, 전이중 통신을 하는 스위치를 사용한다.

- 통신 종류
- 단방향 통신 - 한쪽 방향으로만 통신 가능
- 반이중 통신 - 양방향 통신, 동시에 전송할 수 없는 방식
- 전이중 통신 - 동시에 양방향 전송이 가능한 방식
스위치는 전이중 통신, 허브는 반이중 통신이다.

프레임 단위이며, 프레임의 헤더에는 MAC 주소가 존재한다.
MAC 주소를 사용해 출발지, 목적지를 구
스위치는 MAC 주소를 가지고 있어 데이터가 들어올 때마다
출발지와 포트를 정해놓고, 목적지가 저장되어있으면 그 목적지로 데이터 전달 -> 포워딩이라고 함
다른 포트로 데이터가 가지 못하게 하는 것 -> 필터링
저장되지 않은 주소 -> 모든 컴퓨터로 전달 -> 플로딩(Flooding)
일정 기간 동안 들어오지 않은 주소 삭제 -> 에이징(aging)

브리지

브릿지는 소프트웨어적으로 처리, 스위치는 하드웨어적으로 처리한다.

```
 ㅇ스위치,브리지는 2 이상의링크 계층 네트워크를 결합하여 LAN을 확장 구성하는 장비
     - 사실스위치는 여러 개의 포트를 가진 고성능브리지(MultiportBridge)
        . 이 경우의 단순브리지는2 포트스위치로 볼 수 있음

  ㅇ 오늘날에는 순수 브리지는 거의 사용하지 않음
     - 저렴한스위칭 기능이 부가된브리지(Switching Hub,스위칭 허브)를 씀
     - 또는, 고가의스위치 장비(LAN 스위치) 또는브리지 기능을 포함한
라우터(Brouter) 등으로 대체됨

출처: http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?no=4842
```

L7 스위치, L4 스위치

로드밸런서라고도 하며, 서버의 부하를 분산하는 기기이다. 클라이언트로부터 오는 요청을 뒤쪽의 여러 서버로 나누는 역할을 하며, 시스템이 처리할 수 있는 역할을 하며 시스템이 처리할 수 있는 트래픽 증가를 목표로 한다.
URL, 서버, 캐시, 쿠키들을 기반으로 트래픽을 분산한다. 또한 바이러스, 불필요한 외부 데이터 등을 걸러내는 필터링 기능 또한 가지고 있으며, 응용 프로그램 수준의 트래픽 모니터링도 가능하다.

만약 장애가 발생한 서버가 있다면 이를 트래픽 분산 대상에서 제외해야 하는데, 이는 정기적으로 헬스 체크를 이용하여 감시하면서 이루어진다.

로드밸런서로는 L7 스위치 뿐 아니라 L4 스위치도 있다.L4 스위치는 스트리밍 관련 서비스에서는 사용할 수 없고, 메시지를 기반으로 인식하지 못하고 IP와 포트를 기반으로 트래픽을 분산한다.
반면 L7 로드벨런서는 IP 포트 이외에도 URL, HTTP 헤더, 쿠키 등을 기반으로 트래픽을 분산한다.

클라우드 서비스에서 L7 스위치를 이용한 로드밸런싱은 ALB 컴포넌트로, L4 스위치를 이용한 로드밸런싱은 NLB 컴포넌트로 한다.

LAN과 WAN

근거리 통신망(LAN)은 라우터 및 스위치와 같은 커넥터를 사용하여 물리적으로 서로 가까운 디바이스를 연결한다. 이를 통해 각 컴퓨터는 데이터를 교환하고 소규모로 안전하게 통신한다.

소규모네트워크(집, 사무실)에서 주로 사용되며 보통 허브나 스위치로 연결된다.

반면 하나의 건물이나 대규모 캠퍼스를 넘어 특정 지역이나 심지어 전 세계에 분산된 여러 위치까지도 포함하기 때문에 광역 네트워크(WAN)라고 한다

WAN은 여러 개의 상호 연결된 LAN으로 구성될 수 있다. WAN은 디바이스가 넓은 지역에서 통신할 수 있도록 장거리에 걸쳐 여러 LAN을 연결하는 네트워크 이다.