네트워크 장비

• 네트워크 인터페이스 카드(NIC; Network Interface Card)
  • 컴퓨터와 컴퓨터 또는 네트워크를 연결하는 장치
  • 정보 전송 시 케이블을 통해 전송될 수 있도록 정보 형태를 변경
  • 이더넷 카드(LAN Card) 혹은 어댑터(Adapter)라고도 함
• 허브(Hub)
  • 가까운 거리의 컴퓨터들을 연결하는 장치로 각각의 회선을 통합하여 관리
  • 신호 증폭 기능을 하는 리피터(Repeater)의 역할을 포함
  • 허브 종류
    • 더미 허브(Dummy Hub) : 네트워크에 흐르는 모든 데이터를 단순히 연결하는 기능만 제공
    • 스위칭 허브(Switching Hub) : 네트워크상에 흐르는 데이터의 유무 및 흐름을 제어하며, 각각의 노드가 허브의 최대 대역폭을 사용할 수 있게하는 기능 제공
• 리피터(Repeater)
  • 거리 증가에 따른 감쇠된 신호를 증폭하거나 수신한 신호를 재생하는 장치
  • OSI 참조모델의 물리 계층에서 동작하는 장비
  • 전송 거리 연장 또는 배선의 자유도를 높이기 위한 용도로 사용
• 브리지(Bridge)
  • LAN과 LAN을 연결하거나 LAN 안에서의 컴퓨터 그룹을 연결하는 장치
  • 네트워크상의 단말기들로 인한 트래픽 병목 현상 해소
  • 네트워크를 분산적으로 구성할 수 있어 보안성을 증가
  • 브리지를 이용한 서브넷(Subnet)구성 시 전송 가능한 회선 수는 브리지가 n개일 때 n(n-1)/2개이다.
• 스위치(Switch)
  • LAN과 LAN을 연결하여 더 큰 LAN을 만드는 장치
  • 하드웨어를 기반으로 처리하여 전송 속도가 빠름
  • 포트마다 서로 다른 전송 속도를 지원할 수 있도록 제어 가능
  • 수십~수백 개의 포트 제공
  • OSI 참조 모델의 데이터 링크 계층에서 사용
• 라우터(Router)
  • 브리지의 기능에 데이터 전송의 최적 경로를 선택하는 기능이 추가된 장치
  • LAN과 WAN을 연결하는 기능도 제공
  • OSI 참조 모델의 네트워크 계층에서 동작하는 장비
  • 네트워크 계층까지의 프로토콜 구조가 다른 네트워크 간의 연결을 위해 프로토콜 변환 기능 수행
• 게이트웨이(Gateway)
  • 프로토콜 구조가 다른 네트워크를 연결하는 장치
  • LAN에서 다른 네트워크에 데이터를 송수신 할 때 출입구 역할일 함
  • 세션, 표현, 응용 계층 간을 연결하여 데이터 형식 변환, 주소 변환, 프로토콜 변환 등을 수행

TCP/IP

• 프로토콜(Protocol)

  • 서로 다른 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 수행할 수 있도록 표준화시켜 놓은 통신 규약
  • 기본 요소

  기본 요소	내용
  구문(Syntax)	전송하고자 하는 데이터의 형식, 부호화, 신호 레빌 등을 규정
  의미(Semantic)	두 기기 간의 효율적이고 정확한 정보 전송을 위한 협조 사항과 오류 관리를 위한 제어 정보를 규정
  시간(Timing)	두 기기 간의 통신 속도, 메세지의 순서 제어 등을 규정

  • 기능 : 단편화(Fragmentation), 재결합(Reassemble), 캡슐화(Encapsulation), 흐름 제어, 오류 제어, 동기화(Synchronized), 순서 제어, 주소 지정, 다중화(Multiplexing), 경로 제어, 전송 서비스 등

• TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

  • 인터넷에 연결된 서로 다른 기종의 컴퓨터들이 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 표준 프로토콜

  프로토콜	내용
  TCP(Transmission Control Protocol)	- OSI 7계층의 전송 계층에 해당
  	- 가상 회선 방식을 기반으로 하는 연결형 서비스 제공
  	- 패킷의 다중화, 순서 제어, 오류 제어, 흐름 제어 기능을 제공
  IP(Internet Protocol)	- OSI 7계층의 네트워크 계층에 해당
  	- 데이터그램 방식을 기반으로 하는 비연결형 서비스 제공
  	- 패킷의 분해/조립, 주소 지정, 경로 선택 기능 제공

  • 구조

  OSI	TCP/IP	기능
  응용, 표현, 세션 계층	응용 계층	응용 프로그램 간의 데이터 송수신 제공
  전송 계층	전송 계층	호스트들 간의 신뢰성 있는 통신 제공
  네트워크 계층	인터넷 계층	데이터 전송을 위한 주소 지정, 경로 설정 제공
  데이터링크, 물리 계층	네티워크 액세스 계층	실제 데이터(프레임)를 송수신하는 역할

응용 계층의 주요 프로토콜

• FTP(File Transfer Protocol) : 컴퓨터와 컴퓨터 또는 인터넷 사이에서 파일을 주고 받을 수 있도록 하는 원겨겨 파일 전송 프로토콜
• SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) : 전자 우편 교환 서비스
• TELNET : 프로그램을 실행하는 등 시슽메 관리 작업을 할 수 있는 가상 터미널(Virtual Terminal) 기능 수행, 원격 서비스
• SNMP(Simple Network Management Protocol) : 네트워크 관리 프로토콜, 네트워크 기기의 네트워크 정보를 네트워크 관리 시스템에 보내는데 사용하는 프로토콜
• DNS(Domain Name System) : 도메인 네임을 IP 주소로 매핑(Mapping)하는 시스템
• HTTP(Hyper Text Transfer Protocol) : WWW(월드 와이드 웹)에서 HTML 문서를 송수신 하기 위한 프로토콜

전송 계층의 주요 프로토콜

• TCP(Transmission Control Protocol)

  내용
  양방향 연결(Full Duplex Connection) 서비스 제공
  가상 회선 연결(Virtual Circuit Connection) 서비스 제공
  스트림 위주의 전달(패킷 단위)
  신뢰성 있는 경로를 확립하고 메세지 전송 감독
  순서 제어, 오류 제어, 흐름 제어 기능
  패킷 분실, 손상, 지연이나 순서가 틀린 것 등이 발생할 때 투명성이 보장되는 통신 제공
  TCP의 헤더는 최대 100Byte까지 확장하여 사용 가능

• UDP(User Datagram Protocol

  내용
  비연결형 서비스 제공
  TCP에 비해 상대적으로 단순한 헤더 구조를 가져 오버헤드가 적고, 흐름 제어나 순서 제어가 없어 전송 속도가 빠름
  빠른 속도로 전송, 다수의 사용자에게 전송, 반복적인 전송에 유리
  실시간 전송에 유리
  신뢰성보다 속도가 중요시 되는 네트워크에서 사용
  UDP 헤더 구성 : Source Port Number, Destination Port Number, Length, Checksum 등

• RTCP(Real-Time Control Protocol

  내용
  RTP(Real-Time-protocol) 패킷의 전송 품질을 제어하기 위한 제어 프로토콜
  세션(Session)에 참여한 각 참여자들에게 주기적으로 제어 정보 전송
  하위 프로토콜은 데이터 패킷과 제어 패킷의 다중화(Multiplexing) 제공
  데이터 전송을 모니터링하고 최소한의 제어와 인증 기능만 제공
  RTCP 패킷은 항상 32비트의 경계로 끝남

인터넷 계층의 주요 프로토콜

• IP(Internet Protocol)

  내용
  전송할 데이터에 주소 지정 및 경로 설정 기능
  비연결형인 데이터그램 방식을 사용하여 신뢰성이 보장되지 않음

• ICMP(Internet Control Message Protocol)

  내용
  IP와 조합하여 통신중에 발생하는 오류 처리
  전송 경로 변경 등을 위한 제어 메세지 관리
  헤더는 8Byte로 구성

• IGMP(Internet Gruop Management Protocol)

  내용
  멀티캐스트를 지원하는 호스트 또는 라우터 사이에서 멀티캐스트 그룹 유지를 위해 사용

• ARP(Address Resolution Protocol)

  내용
  호스트의 IP주소를 호스트와 연결된 네트워크 접속 장치의 물리적 주소(MAC Address)로 변환

• RARP(Reverse Address Resolution Protocol)

  내용
  ARP와 반대로 물리적 주소를 IP 주소로 변환

네트워크 액세스 계층의 주요 프로토콜

• Ethernet(IEEE 802.3) : CSMA/CD 방식의 LAN
• IEEE 802 : LAN을 위한 표준 프로토콜
• HDLC : 비트 위주의 데이터 링크 제어 프로토콜
• X.25 : 패킷 교환망을 통한 DTE와 DCE간의 인터페이스를 제공하는 프로토콜
• RS-232C : 공중 전화 교환망(PSTN)을 통한 DTE와 DCE간의 인터페이스를 제공하는 프로토콜

스위치(Switch)

• LAN과 LAN을 연결하여 더 큰 LAN을 만드는 장치
• L2 스위치
  • OSI의 2계층에 속하는 장비
  • 일반적으로 부르는 스위치에 해당
  • MAC 주소를 기반으로 프레임 전송
  • 동일 네트워크 간의 연결만 가능
• L3 스위치
  • OSI 3계층에 속하는 장비
  • L2 스위치에 라우터 기능이 추가
  • IP 주소를 기반으로 패킷 전송
  • 서로 다른 네트워크 간의 연결 가능
• L4 스위치
  • OSI 4계층에 속하는 장비
  • 로드밸런서가 달린 L3 스위치
  • IP 주소 및 TCP/UDP를 기반으로 사용자들의 요그를 서버에 부하가 적은 곳에 배분하는 기능 제공
• L7 스위치
  • OSI 7계층에 속하는 장비
  • IP 주소, TCP/UDP 포트 정보에 패킷 내용까지 참조하여 세밀하게 로드밸런싱
• 로드밸런서(Load Balancer) : 특정 서버에만 부하가 발생하지 않도록 트래픽을 분산시켜주는 장비
• 스위칭 방식

방식	내용
Store and Forwarding	데이터를 모두 받은 후 스위칭하는 방식
Cut-Through	데이터의 목적지 주소만을 확인 후 바로 스위칭 하는 방식
Fragment Free	Store and Forwarding과 Cut-Through 방식의 장점을 결합한 방식

• 백본 스위치(Backbone Switch)
  • 네트워크들을 연결할 때 중추적인 역할을 하는 네트워크에서 스위칭 역할을 하는 장비
  • 모든 패킷이 지나가는 네트워크의 중심에 배치
  • 대규모 트래픽을 처리하려면 고성등의 백본 스위치가 필요
  • 주로 L3 스위치가 백본 스위치의 역할을 함
• Hierachical 3 Layer 모델
  • 네트워크 구성 시 사용되는 모델의 한 종류로, 액세스 계층, 디스트리뷰션 계층, 코어 계층으로 분류
  • 액세스 계층(Access Layer)
    • 사용자가 네트워크에 접속 할 때 최초로 연결되는 지점
    • 사용자들로부터 오는 통신을 집약해서 디스트리뷰션 계층으로 전송
    • 성능은 낮아도 되지만 포트는 사용자 수만큼 있어야 함
    • L2 스위치 사용
  • 디스트리뷰션 계층(Distribution Layer)
    • 액세스 계층의 장치들이 연결되는 지점
    • 액세스 계층에서 오는 통신을 집약해서 코어 계층으로 전송
    • LAN 간의 라우팅 기능 수행
    • 라우터, L3 스위치 사용
  • 코어 계층(Core Layer)(= 백본 계층)
    • 디스트리뷰션 계층에서 오는 통신을 집약해 인터넷에 연결하는 계층
    • 전자우편, 인터넷 접속, 화상 회의 등의 기능 수행
    • 백본 스위치 사용

경로/트래픽 제어

• 경로 제어(Routing)

  • 전송 경로 중에서 최적 패킷 교환 경로를 결정하는 기능
  • 경로제어표(Routing Table)을 참조하며, 라우터에 의해 수행
  • 경로 제어 요소
    • 성능 기준
    • 경로의 결정 시간과 장소
    • 정보 발생지
    • 경로 정보의 갱신 시간

• 라우팅 프로토콜(Routing Protocol)

  • IGP(Interior Gateway Protocol, 내부 게이트웨이 프로토콜) : 하나의 자율 시스템(AS) 내의 라우팅에 사용되는 프로토콜
    • RIP(Routing Information Protocol)
      • 거리 벡터 라우팅 프로토콜이라고도 불리며 최단경로 탐색에 벨만포트(Bellman-Ford) 알고리즘 사용
      • 최대 홉(Hop) 수를 15로 제한하므로 대규모 네트워크에서는 RIP 사용 불가
    • OSPF(Open Shortest Path First protocol)
      • 대규모 네트워크에서 많이 사용되며, 경로 탐색 시 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘 사용
      • 노드간 거리 정보, 링크 상태 정보를 실시간으로 반영하여 최단 경로 라우팅 지원
    • 라우팅 정보에 변화가 생기는 경우 변화된 정보만 네트워크 내의 모든 라우터에 알림
  • EGP(Exterior Gateway Protocol) : 자율 시스템(AS) 간의 라우팅, 즉 게이트웨이 간의 라우팅에 사용되는 프로토콜
  • BGP(Border Gateway Protocol) : 초기에 BGP 라우터들이 연결될 때는 전체 라우팅테이블을 교환하고 이후에는 변화된 정보만 교환

• 트래픽 제어(Traffic Control)

  • 네트워크의 보호, 성능 유지, 네트워크 자원의 효율적인 이용을 위해 전송되는 패킷의 흐름 또는 그 양을 조절하는 기능
  • 종류
    • 흐름 제어
    • 폭주(혼합) 제어
    • 교착상태 방지

• 흐름 제어(Flow Control)

  • 네트워크 내의 원활한 흐름을 위한 송수신측 사이의 패킷의 양이나 속도를 규제하는 기능

  기법	내용
  정지 대기(Stop and Wait)	수신 측 확인 신호(ACK)를 받은 후 다음 패킷을 전송하며 한 번에 하나씩 전송 가능한 방식
  슬라이딩 윈도우(Sliding Window)	수신 통지를 이용한 송신데이터의 양을 조절하는 방식으로 한 번에 여러개씩 전송 가능한 방식

• 폭주 제어(Congestion Control)

  • 네트워크 내의 패킷 수를 조절해 네트워크의 오버플로(Overflow)를 방지하는 기능

  기법	내용
  느린 시작(Slow Start)	윈도우의 크기를 1부터 2배씩 지수적으로 증가시켜 점진적으로 속도가 증가하며, 전송 데이터의 크기가 임계 값에 도달하면 혼잡 회피 단계로 넘어감
  혼잡 회피(Congestion Avoidance)	느린 시작의 지수적 증가가 임계 값에 도달하면 혼잡으로 간주하고 윈도우의 크기를 1씻 선형적으로 증가시켜 혼잡을 예방하는 방식