⛳️ 인프런 - cs 지식의 정석 강의를 듣고 학습한 내용입니다.
네트워크 계층별 장치
네트워크 기기를 계층별로 나눠서 알아보자.
강의에서는 5계층으로 설명했는데,
물데네전세표용 순서대로 L1 ~ L7 스위치이다.
L은 Layer의 L인 것 같다.
상위 계층 장치는 하위 계층 기능을 포함할 수 있지만, 하위 계층 장치는 상위 계층 기능을 처리할 수 없다.
예를 들어, 애플리케이션 계층을 담당하는 L7 스위치는 네트워크 분산 처리 기능을 할 수 있지만, 물리 계층의 NIC는 이러한 기능을 수행할 수 없다.
레이어별 프로토콜 및 PDU
- 애플리케이션 계층: L7 스위치 (로드밸런서)
- 전송 계층: L4 스위치
- 인터넷 계층(네트워크 계층): 라우터, L3 스위치
- 데이터 링크 계층: L2 스위치, 브리지
- 물리 계층: NIC, 리피터, AP
7️⃣ 애플리케이션 계층 - L7 스위치 (aka 로드밸런서)
: 서버의 부하를 분산하는 기기
- IP, 포트, URL, 헤더, 쿠키 등을 기반으로 트래픽을 분산한다.
- 장점: 서버 이중화 및 보안 강화
- 헬스 체크를 통해 장애가 발생한 서버를 확인하고, 해당 서버에 트래픽을 보내지 않게 한다.
헬스 체크 :
- 서버의 정상 여부를 확인
- 설정된 전송 주기와 재전송 횟수에 따라 서버에 요청을 반복 전송
4️⃣ 전송 계층 - L4 스위치
: 로드밸런서의 특징인 트래픽 분산 등을 할 수 있다.
- 트래픽 분산 (IP 주소와 포트 번호 기반)
- 전송계층의 TCP, UDP 헤더를 참고해 우선순위 판단 및 트래픽 분산
- 헬스 체크 지원
3️⃣ 인터넷 계층(네트워크 계층) - L3 스위치와 라우터
라우터: 라우팅하는 장비
LAN에서는 L2 스위치를 이용해 MAC 주소만으로 통신할 수 있지만, 서로 다른 네트워크 간 통신 (인터넷)을 위해서는 라우터가 필요하다.
- 패킷 소모 최소화
- 경로 최적화
L3 스위치: L2 스위치 기능 + 라우팅 기능
- 라우팅 테이블 참조: IP 패킷에 목적지 IP 주소를 담아 전송
2️⃣ 데이터 링크 계층 - L2 스위치와 브리지
데이터 링크 계층은 '이더넷 프레임'을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당하는 계층이다.
L2 스위치
: MAC 주소 기반 통신을 통해 동일 네트워크 내 장치 간 통신을 지원한다.
- 각 장치의 MAC 주소를 MAC 주소 테이블에 저장
- 목적지 MAC 주소를 찾아 이더넷 프레임 전송
브리지(Bridge)
: 두 개의 근거리 통신망인 LAN을 상호 접속할 수 있도록 하는 연결 장치
- 통신망 범위 확장
- 서로 다른 LAN 간 통신 지원
1️⃣ 물리 계층 - NIC, 리피터, AP
물리 계층은 무선랜과 유선랜을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 주고받는 계층이다.
NIC
: LAN 카드라고도 하는 네트워크 인터페이스 카드. PC 고유의 식별번호인 MAC 주소가 등록되어 있으며, 이 장치를 통해 PC를 네트워크에 연결한다.
리피터(Repeater)
: 약해진 신호를 증폭해 다른 쪽으로 전달
AP (Access Point)
: 패킷을 복사하는 장치이다. 우선 유선랜을 연결하고, 이를 기반으로 무선랜 네트워크망을 구축한다.
유선 LAN과 무선 LAN
💻 유선 LAN
전이중화 통신 (Full Duplex)
: 양쪽 장치가 동시에 송신과 수신을 할 수 있는 통신 방식
- 데이터 송수신 경로가 분리되어 충돌이 발생하지 않음
- 전송 효율이 높아 빠른 통신 가능
IEEE 802.3 (이더넷 프로토콜)
: 어떤 구조를 기반으로 할 것인지, 케이블의 최대 전송량, 어떤 케이블만이 가능하도록 할 것인지 등을 정한 규칙
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
: 데이터 전송 시 충돌을 감지하고 이를 처리하는 방식으로, 반이중화 유선 통신 방식 중 하나 - 과거의 방식 (동시에 송수신 불가능)
- 동작 방식:
- 회선 사용 여부 감지
- 회선이 비어 있으면 데이터 전송
- 충돌 발생 시 충돌 감지 후 전송 중단
- 일정 시간 대기 후 재전송
유선 LAN 케이블
트위스트 페어 케이블
: 네트워크 통신, 전화선 등에 사용
- STP (Shielded Twisted Pair): 외부 간섭을 막기 위해 실드 처리가 된 케이블
- UTP (Unshielded Twisted Pair): 실드 처리가 되지 않은 케이블 (일반적으로 사용)
LAN 케이블
- 커넥터: RJ45 커넥터 사용
- 용도: 컴퓨터, 라우터, 스위치 등 네트워크 장비 연결
광섬유 케이블
: 최대 100Gbps 이상의 빠른 데이터 전송을 지원하는데, 빛의 내부 반사를 이용하여 빠르게 데이터를 전송할 수 있다.
- 코어: 빛이 통과하는 중심 부분 (굴절률 높음)
- 클래딩: 코어를 감싸며 빛이 밖으로 빠져나가지 않도록 반사 역할 (굴절률 낮음)
🛜 무선 LAN
반이중화 통신 (Half Duplex)
: 양방향 통신은 가능하지만 동시에 송수신은 불가능한 통신 방식
- 한 번에 한 방향만 데이터 전송 가능
- 충돌을 방지하기 위해 전송 전 채널 감지 필요
위는 전이중화 통신, 밑은 반이중화 통신
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)
: 충돌을 사전에 방지(회피) 하는 무선 LAN 전송 방식 (IEEE 802.11 기반)
- 동작 방식:
- 채널 사용 여부 감지
- 채널이 유휴 상태일 경우, IFS(InterFrame Space) 시간 대기
- 랜덤 백오프 시간 대기 후 데이터 전송
- ACK 수신 시 전송 완료, 실패 시 재시도
무선 LAN 주파수 비교: 2.4GHz vs 5GHz
| 주파수 대역 | 특징 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|---|
| 2.4GHz | 저속, 장거리 지원 | 장애물에 강함, 호환성 높음 | 속도 느림, 간섭 많음 |
| 5GHz | 고속, 단거리 지원 | 빠른 속도, 간섭 적음 | 장애물에 약함, 커버리지 낮음 |
