Introduction to Networking | Network Fundamentals Part 1 & 2

SeungHyuk Shin·2021년 4월 25일

network

해당 강의를 듣고 작성하는 게시글입니다.

Part1. 실제로 네트워크가 무엇인지 네트워크의 타입이 무엇이있는지.
Part2. 네트워크가 어떻게 연결되는지

What is a network?

LAN vs WAN?

LAN

네트워크의 컴퓨터 중 하나를 서버로 할당하여 다른 모든 컴퓨터를 관리 할 수 있다.
LAN을 사용하면 소프트웨어를 서버에 저장할 수 있으며 네트워크의 모든 사용자가 사용할 수 있습.
건물의 모든 워크 스테이션을 연결하여 인터넷에 액세스 할 필요없이 로컬에서 서로 통신 할 수 있도록 도와준다.
프린터 및 스캐너와 같은 리소스를 공유하는 데 도움이 된다.
소프트웨어 개발자는 네트워킹 시스템의 클라이언트-서버 모델을 사용하여 사무실 또는 공장 내에서 개발 / 테스트 도구를 공유하기 위해 LAN 네트워크를 사용할 수도 있다.

WAN

본사는 지역 사무소 직원과 일부 데이터를 공유 한 다음 중앙 노드에 데이터를 저장하여 공유 할 수 있다.
군사 작전에는 통신을 위해 고도로 안전한 네트워크가 필요합니다. 이 시나리오에서는 WAN이 사용된다.
철도 예약 및 항공사는 WAN 네트워크를 사용한다.
WAN을 사용하면 워크 스테이션을 로컬로 연결할 수 있으므로 인터넷에 연결하지 않고도 각 노드가 서로 통신 할 수 있다.
프린터, 스캐너, 하드 디스크 및 팩스와 같은 리소스를 사용하면 모든 노드를 공개적으로 공유 할 수 있다.

Protocol

프로토콜은 장치가 서로 통신 할 수 있도록하는 표준 규칙 집합이다. 이러한 규칙에는 전송할 수있는 데이터 유형, 데이터 송수신에 사용되는 명령 및 데이터 전송 확인 방법이 포함된다.

프로토콜을 언어로 생각할 수 있다. 각 언어에는 고유 한 규칙과 어휘가 있다. 두 사람이 같은 언어를 공유하면 효과적으로 의사 소통 할 수 있듯이 두 하드웨어 장치가 동일한 프로토콜을 지원하는 경우 제조업체나 장치 유형에 관계없이 서로 통신 할 수 있다. 예를 들어 Apple iPhone은 표준 메일 프로토콜을 사용하여 Android 장치로 이메일을 보낼 수 있다. Windows 기반 PC는 표준 웹 프로토콜을 사용하여 Unix 기반 웹 서버에서 웹 페이지를 로드 할 수 있다.

Connecting Devices(Cable & Wireless)

Cable - Copper and Fibre

Copper

값이 싸다
짧은 거리에 사용한다.
전기적 신호를 사용한다.
외부에 영향을 받을 수 있다.

Fibre

유리로 만들어져있다.
빛 신호를 사용한다.
값이 비싸다.
긴 거리에 사용한다.
외부에 영향을 받을 수 없다.

Ethernet

이더넷은 프로토콜의 일종이다. 이더넷은 다양한 계층으로 이루어져 있는데 그 중 물리적계층은 어떤 케이블 종류를 사용할 것인지 케이블의 속도가 얼마나 가능한지 설명한다. 물리적 계층 위에 Media Access Control 계층이 있는데 데이터가 어떻게 포멧되고 보내질지 설명한다.

이더넷은 IEEE에 의해 디자인되었다. IEEE는 여러가지 이더넷 명칭을 만들었는데 예를 들어 802.3an,802.3u,802.3ab 등 각 규정을 정의한다. 각각의 규정은 어려운 이름이라 친숙한 이름으로 대신 부르는데 예를들어 802.3an는 10GBASE-T라고 불리고 10G는 케이블의 속도를, BASE는 BASEBAND를 의미한다. BASEBAND는 Digit(0,1) 신호를 통해 통신한다는 뜻이고 이와 유사한 BroadBand는 아날로그 신호를 이용한다. T는 UTP를 의미하는것으로 케이블의 종류를 의미한다.

Electrical cable

전시적 신호를 이용하는 Copper 케이블은 전선에 전류를 흘려보냄으로써 0,1을 송수신하는데 가장 흔히 볼수 있는 구리선은 Unshielded Twisted Pair로 UTP로 불린다. UTP의 선을 보면 꼬여있는것을 볼 수 있는데, 각각의 선에 전기적 신호를 보낼때 작은 자기장이 발생함으로써(Crosstalk) 다른 전선에 영향을 줄 수 있기때문에 각각의 선이 평행하지 않게 꼬아 놓는것이다.

우리가 흔히 볼 수있는 랜선은 rj45 커넥터이다. Straight Through는 각각의 쌍이 송수신의 역할을 분담한다. 만약 왼쪽의 주황색 쌍이 송신을 담당한다면 반대쪽의 주황색 쌍은 수신을 담당한다.

여기서 중요한점은 Straight Through 케이블은 호스트와 스위치를 연결할때 사용된다는 것이다. 그렇다면 만약 호스트와 호스트나 라우터와 연결 하고 싶다면 어떻게 해야할까? 각각의 쌍이 수신만 하거나 송신만 하게 되므로 맞지 않게되므로 여기서는 Crossover 방식을 사용하는 살짝 다른 케이블을 사용해야한다.

여기서 의문점이 들수있다. 그러면 두가지의 다른 종류의 케이블을 항상 고려하며 사용해야하는가? 현실에서는 어떤 케이블을 쓸지 고민하지 않고 썼을것이다. 이러한 문제점을 해결하기위해 Auto MDI-X라는 기술이 있다. MID-X를 지원하는 기술을 가진 장비는 자동적으로 어떤 케이블이 사용됐는지 탐지한다. 그러면 장비는 논리적으로 각 핀들의 기능을 바꿔서 사용한다.

Fibre Cable

Fiber cable은 유리로 만들어져있다. 빛 신호를 이 유리를 통해 보냄으로써 통신한다. Fiber Cable은 보통 네트워크 장치끼리 통신하는 라우터와 스위치 사이에서 혹은 서버에서 사용한다.

여기서 잠깐 Full duplex와 Half duplex에 대해 알고가자. Full duplex란 각각의 장비가 송수신을 동시에 하는것을 의미한다. UTP 케이블은 Full duplex를 지원한다. 어떤 장비는 Full duplex를 지원하지 않는데 이럴경우에는 Half duplex를 사용한다. 한동안 수신만 하다가 송신을 하는것이다.

두가지 다른방법으로 Fibre Cable이 사용 될 수 있는데 첫번째는 싱글코어만 사용하는 것이다. Half duplex 방법이므로 동시에 송수신을 할 수 없다. 두번째는 더블코어를 사용하는 것이다. 한쪽은 송신을하고 한쪽은 수신을 함으로써 Full duplex를 지원한다.

Fibre Cable의 종류는 Sigle Mode, Multi Mode 두가지가 있다. Multi Mode는 LED 빛을 사용해 보통 짧은거리에서 사용되고 Sigle Mode는 레이저를 사용함으로써 2km 넘는거리에서 사용될 수 있다.

Fibre Cable은 유리를 통해 빛을 보내게 만들어져있으므로 당연히 구부릴수 있는 한계가 있다.

Wireless

무선 네트워크는 엑세스 포인트를 사용한다. 와이파이를 사용하는 무선 네트워크는 스위치 같은 역할을 한다. 엑세스 포인트는 유선 네트워크에 당연히 연결 될 수 있다. 이를 통해서 유선과 무선 장치가 한 네트워크에 같이 존재 할 수있다. 무선 네트워크는 유저 장치에 연결되기 위한 좋은 장치이다. 서버나 라우터에 무선 네트워크가 사용되는 것을 본적은 보통 없을 것이다.

QUIZ

1000BASE-T의 속도는 얼마인가? 어떤 종류의 케이블을 사용하는가?
호스트와 스위치를 연결할때 어떤 종류의 케이블을 사용하는가? 스위치와 스위치를 연결할땐 어떤 케이블을 사용하는가?
Auto-MDIX는 무엇인가?
UTP 케이블과 비교하여 Fibre 케이블은 언제 사용되는가? Sigle Mode 종류의 Fibre 케이블은 언제 사용되는가?

Network Addresses

해당 그림에서 컴퓨터가 프린터에게 데이터를 보내고 싶다고 가정해보자. 컴퓨터와 프린터는 현재 네트워크에 연결 돼있으므로 컴퓨터는 프린터에게 데이터를 보낼 수 있다. 하지만 네트워크에는 여러가지 엔드포인트가 있다. 어떻게 컴퓨터가 어느곳에 보낼지 알 수 있을까? 그저 단순히 네트워크 안에 있는 모든 엔드포인트로 데이터를 보내야 할까?그렇게 작동한다면 효율적이지도 못할것이고 다른 엔드포인트가 자료를 볼 수 있으므로 보안적인 측면도 문제가 된다.

네트워크상에 모든 장비들은 두가지의 주소가있다. 하나는 IP 주소이고 하나는 MAC 주소이다. MAC 주소는 각각의 네트워크 카드가 가지고 있는 주소이다. 즉 여러개의 네트워크 카드들은 여러개의 MAC 주소를 가지고 있다. 네트워크 카드가 생산될때 이 MAC주소가 영구적으로 부여되고 바꿀수 없다. IP 주소는 네트워크 관리자에 의해 부여된다. 우리가 IP주소를 고르면 IP주소를 기억하기가 더 쉽게된다.

MAC 주소는 로컬 네트워크에서만 사용된다. 따라서 다른 네트워크로 보낼때는 맥주소를 사용해서 데이터를 보낼 수 없다.

예를들어 현재 컴퓨터에서 다른 네트워크에 있는 프린터로 메시지를 보낸다 가정해보자. 그렇다면 우리는 프린터의 MAC주소로는 바로 보낼 수 없지만 중간에 도와줄 수 있는 라우터의 MAC주소는 알고있기에 프린터의 IP주소를 함께 묶어 라우터에게 보낸다.

라우터에 도착한 메세지는 라우터가 IP주소를 확인하고 해당 IP에 MAC 주소로 메세지를 보낸다.