네트워크 기초
네트워크란
노드들이 자원을 공유할 수 있게 하는 디지털 전기통신망의 하나
즉, 분산되어 있는 컴퓨터를 통신망으로 연결한 것
네트워크 분류
개인 영역 네트워크
개인 영역 네트워크(PAN)
비교적 작은 지리적 범위내에서 개인적인 기기 간의 통신
각종 블루투스, NFC(Neaf Field Communication)와 같은 기술 활용
근거리 네트워크
근거리 네트워크(LAN)
가까운 거리에 위치한 비교적 소규모의 네트워크
지리적으로 제한된 공간에서 네트워크로 연결한 것
도시 지역 네트워크
도시 지역 네트워크(MAN)
LAN보다는 큰 규모를 가지지만 WAN보다는 지리적으로 작은 규모의 네트워크
DSL 전화망, 케이블 TV 네트워크를 통한 인터넷 서비스 제공이 대표 예
광역 네트워크
광역 네트워크(WAN)
두 개 이상의 근거리 네트워크를 넓은 지역에 걸쳐 연결
LAN과 CAN보다 더 큰 지리적 영역을 커버
ISP로부터 제공받은 회선을 이용해 네트워크 구축
네트워크 토폴로지
네트워크의 요소들을 물리적으로 연결해 놓은 것 또는 연결 방식
Ring, Mesh, Star, Fully Connected, Line, Tree, Bus
실무하다보면 형식대로 구성이 힘들때도 있어, 하이브리드 방식을 사용하기도 함
네트워크 통신방식
유니캐스트
서버와 클라이언트 간의 일대일 통신방식
자신의 MAC 주소와 목적지 MAC 주소가 동일하다면 전송된 데이터를 수신하고, 일치하지 않으면 해당 프레임은 버린다.
웹 브라우징, 이메일 전송 등에 사용
HTTP, SSH
브로드캐스트
LAN 네트워크 상의 모든 수신자에게 데이터를 전송
브로드캐스트 주소는 FF-FF-FF-FF-FF-FF로 미리 정해져 있음
불특정 다수에게 전송되므로 네트워크 성능 저하 초래 가능성 있음
ARP, DHCP
멀티캐스트
그룹 내의 여러 수신자에게 동시에 데이터를 전송
전송받을 필요가 없는 노드에는 보내지 않아도 됨
IPTV, 온라인 동영상 스트리밍 등에 사용
애니캐스트
다른 말로 임의 캐스트
여러 대상 중에 가장 가까운 대상에 데이터를 전송
같은 목적지 주소를 가진 서버가 여러 대여서 통신 가능한 다수의 후보군이 있음
네트워크 규칙
프로토콜
컴퓨터 및 네트워크 간에 통신하기 위해 정의된 규칙과 규약의 집합
문법(Syntax), 의미(Semantic), 타이밍(Timing)으로 구성
OSI 모델, TCP/IP 모델
OSI 7 Layer
개방형 시스템 상호 연결(Open Systems Interconnection Reference)
현재 대부분의 프로토콜은 TCP/IP 기반으로 되어 있음
이기종 간 호환을 목적으로 등장
TCP/IP 모델
TCP(Transmission Control Protocol), IP의 묶음
Network Access Layer, Network Layer, Transport Layer, Application Layer
캡슐화/역캡슐화
캡슐화
데이터의 앞부분에 전송하는데 필요한 정보를 붙여서 다음 계층으로 보내는 과정
7계층 -> 1계층으로
역캡슐화
데이터를 수신할 때 헤더를 하나씩 제거하는 과정
1계층 -> 7계층으로
프로토콜 데이터 단위
PDU(Protocol Data Unit)
통신에서 데이터를 전송하는 단위
Bits, Frames, Packets(데이터그램), Segments, Data~
물리 계층
물리계층 개요
물리계층 개요
OSI 모델에서 가장 하위에 위치하는 계층
네트워크에서 데이터를 전기 신호 또는 광신호로 변환하여 전송
실제 장치를 연결하는 데 필요한 전기적, 물리적 세부 사항을 정의
프로토콜
X.21
ITU-T에 의해 정의된 인터페이스의 표준
전화나 인터넷과 같은 통신 네트워크에서 데이터를 보내는 방법에 대한 규칙
이 규칙에 따라 전송되는 데이터는 고정된 양
이 고정된 양은 '고정 대역폭'
RS-232
EIA에 의해 개발된 시리얼 데이터 통신을 위한 표준
주로 컴퓨터와 모덴 간의 통신을 위해 사용
전송 속도가 느리고 거리 제한이 있지만 단순하고 범용성이 좋음
주요 장비
네트워크 인터페이스 카드
네트워크와 컴퓨터 사이의 물리적 연결을 담당
네트워크에서 데이터를 전송하고 수신하는 역할을 수행
물리 계층에서 신호를 생성하거나 해석하여 데이터를 전달
생성된 데이터를 전기 신호로 변환하여 네트워크로 전송
리피터
신호를 증폭하여 전송 거리를 연장하거나 신호의 품질을 유지
요즘은 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하기 때문에 사용할 필요 없다
허브
여러 컴퓨터 또는 네트워크 장치를 연결하여 네트워크를 형성하는데 사용
데이터를 받으면 연결된 모든 장치로 브로드 캐스트하여 데이터를 전송
네트워크 성능이 줄어드는 문제가 있어 현재 거의 사용되지 않음
전송 매체 종류
데이터 송수신을 위한 물리적인 경로
유선 전송매체 : 동축 케이블, 연선, 광섬유 케이블
무선 전송매체 : 라디오파, 지상 마이크로파, 위성 마이크로파
유선 매체
동축(Coaxial Cable)
동그란 형태의 케이블
안정성과 전력 손실이 적음
텔레비전, 케이블 인터넷 등에서 사용됨
중앙에 위치한 구리 도선과 이를 둘러싼 금속 쉴드로 구성되어 있음
이 구조는 외부의 전자기 간섭으로부터 신호를 보호하는 데 도움이 됨
광섬유(Fiber Optic Cable)
빛의 신호를 사용하여 데이터를 전송
대량의 데이터를 긴 거리로 전송하는 데 매우 효과적
전자기 간섭에 대한 저항성이 뛰어남
구리 선 보다 훨씬 가볍고 얇아 유연성이 뛰어나며 설치가 간편
연선
연선(Twisted Pair Cable)
두 개의 독립적인 도선이 서로 꼬여 있는 케이블
이 구조는 전자기 간섭을 줄여주며 네트워크 연결에 주로 사용됨
한 쌍이 하나의 통신회선 역할을 하며, 여러 개의 쌍이 묶여 하나의 케이블을 형성
구리 선을 꼬는 이유는 두 선 사이의 전기적 간섭을 최소화하기 위해
연선 종류
UTP
UTP(Unshielded Twisted Pair)
쉴드로 보호되지 않은 연선
가장 일반적으로 사용되는 형태로, 이더넷 네트워크와 전화 시스템에 주로 사용됨
전자기 간섭에 상대적으로 취약
설치가 간단하고 비용이 저렴함
FTP
FTP(Foiled Twisted Pair)
전체 케이블을 둘러싸는 얇은 알루미늄 포일 쉴드로 보호되는 형태
STP
STP(Shielded Twisted Pair)
각 쌍과 전체 케이블이 알루미늄 쉴드로 보호되는 형태
이중 삼중으로 차폐되어 있어 외부의 전자기 간섭으로부터 케이블을 보호함
연선 배선 방식 표준
다이렉트 케이블
Straight Through Cable
구리 선 여덞 개를 동일한 순서로 연결
568A-568A 또는 568B-568B처럼 양쪽 끝이 모두 같은 표준을 따름
PC, 스위치, 라우터 : TX RX 순
스위치 허브 : RX TX 순
크로스 케이블
Crossover Cable
서로 다른 장치를 연결할 때 사용
568A-568B, 서로 다른 표준을 사용
롤오버 케이블(콘솔 케이블)
Rollover Cable
시스코의 스위치나 라우터등에 바로 연결해서 스위치나 라우터를 세팅할 때 사용하는 케이블
양쪽을 완전히 반대로 구성
무선 매체
케이블 규격
케이블 규격
케이블 분류
CAT5
이더넷에서 널리 사용됨
CAT5는 더 높은 노이즈 감소를 위해 트위스트 페어로 구성
CAT5E
개선된 CAT5
1000BASE-T에 적합한 더 높은 성능과 노이즈 감소를 제공
효율적인 비용으로 기가비트 속도를 지원
가장 일반적인 케이블 유형 중 하나
CAT6
높은 대역폭과 더 낮은 노이즈를 제공
1Gbps와 10GBASE-T에 모두 사용할 수 있음
CAT6a
CAT6a는 CAT6의 개선된 버전
10GBASE-T 네트워크에 적합
더 높은 대역폭을 제공
커넥터
RJ-45
RJ(Registerd Jack)-45
네트워크 장비 간 데이터 전송을 위한 케이블 커넥터
주로 이더넷 연결에 가장 일반적으로 사용됨
8개의 핀으로 구성
RJ-11
전화선 및 모뎀 등을 컴퓨터 또는 전화에 연결하는데 사용됨
6개의 핀으로 구성
BNC
동축 케이블에 사용됨
주로 CCTV, 오디오, 텔레비전 등에 사용
SC/PC
SC는 커넥터의 형태를 말하고, pc는 광이 접촉되는 커넥터의 끝 형태를 말함
광섬유 네트워크에서 사용되는 커넥터 중 하나
신호의 안정성과 손실을 최소화하는데 중요한 역할을 함
데이터링크 계층
데이터링크 계층 개요
데이터링크 계층 개요
OSI 7계층 모델의 두 번째 계층
물리 계층에서 받은 정보를 잘못된 정보 없이 안전하게 전달하는 역할
데이터의 프레임화
물리 주소(MAC 주소)를 이용한 통신
오류 검출 기능
통신 방법
단방향 통신
송신 측과 수신 측이 미리 정해져 있음
데이터는 한 방향으로만 전송되는 통신 방식
송신 측과 수신 측을 연결하는 전송 경로가 필요
무선 호출기, 라디오, 아날로그 TV 방송, 키보드 등
양방향 통신
데이터를 두 방향으로 송수신할 수 있는 통신 방식
반이중 통신과 전이중 통신으로 나뉨
양방향 통신
반이중 통신
Half Duplex
양방향 통신
동시에 데이터를 송수신할 수 없음
송신과 수신이 번갈아 가며 이루어짐
휴대용 무전기 등
전이중 통신
Full Duplex
양방향 통신을 동시에 수행 가능
데이터가 양쪽으로 동시에 전송됨
전화통화, 이더넷, Wi-Fi 등
CSMA/CD
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
이더넷과 같은 배포된 물리 네트워크에서 주로 사용됨
충돌 감지를 통해 여러 장치가 동시에 데이터를 전송하지 않도록 제어
충돌을 감지하고 대응하기 위해 물리적으로 데이터 전송을 감지하고 정지시키는 기술을 사용함
CSMA/CA
Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
무선 네트워크에서 사용되는 프로토콜(주로 Wi-Fi와 같은 기술에서 사용됨)
물리적인 충돌을 감지하는 것이 어려운 무선 환경에서 충돌을 피하는 방법 제공
전송하기 전에 채널이 사용 가능한지 확인하고 충돌을 피하기 위한 절차를 따름
주요 장비
브리지
두개의 근거리 통신망(LAN)을 상호 접속해주는 통신망 연결 장치
데이터 링크 계층에서 동작
통신망의 범위와 길이를 확장
서로 다른 통신망 구조의 통신망을 연결
초기 네트워크에서 트래픽 관리를 위해 사용됨
스위치가 등장하면서 스위치가 브리지의 역할을 대부분 수행
스위치
허브와 달리 데이터 충돌이 발생하지 않음
스위치가 각 포트를 독립적인 충돌 도메인으로 관리
한 번에 여러 통신을 동시에 처리할 수 있음
MAC 주소
MAC 주소
네트워크 장비가 네트워크 상에서 고유하게 식별되기 위해 사용되는 고유한 식별자
네트워크 인터페이스 카드에 할당되어 있음
MAC 주소를 통해 네트워크에서 데이터를 주고받는 장비를 식별함
MAC 주소 형식
48비트(6바이트) 길이
16진수로 표현: XX-XX-XX-XX-XX-XX
터미널에서 아래 명령어로 확인 가능
Windows: ipconfig /all 또는 getmac /v
Linux: ifconfig
MAC 주소의 앞 3바이트는 제조사 식별자(해당 장비를 제조한 회사)
뒤 3바이트는 고유한 장비로, 해당 제조사에서 할당한 고유 번호
스위치 기능
MAC 주소 테이블
스위치는 연결된 장치들의 MAC 주소를 MAC 주소 테이블에 저장
스위치가 프레임을 더 빠르고 효율적으로 전달할 수 있게 도움
플러딩
스위치는 처음 부팅할 때 네트워크 관련 정보가 없음
이 때 패킷이 들어오면 스위치는 허브와 같이 모든 포트로 패킷을 전송함
이를 플러딩(Flooding)이라고 함
스위치는 LAN에서 동작하므로, 자신이 정보를 가지고 있지 않더라도 어딘가에 장비가 있을 수 있다고 가정하고 작업 수행
어드레스 러닝
패킷이 특정 포트에 들어오면 스위치는 해당 패킷의 출발지 MAC 주소와 포트 번호를 MAC 주소 테이블에 기록
출발지 MAC 주소 정보만 사용하므로 브로드캐스트나 멀티캐스트에 대한 MAC 주소는 학습하지 못함
포워드/필터링
패킷이 스위치에 들어온 경우, 스위치는 도착지 MAC 주소를 확인하고 자신이 갖고 있는 MAC 테이블과 비교
배치되는 정보가 있으면 해당 포트로 패킷을 전달(Fowarding) 하고, 다른 포트로는 패킷을 보내지 않음(Filtering)
스패닝 트리 프로토콜
STP(Spanning Tree Protocol)
네트워크에서 발생할 수 있는 루프 현상을 방지하기 위한 프로토콜
루프 현상은 데이터 패킷이 무한히 순환하는 현상
루프 현상은 성능 저하를 일으키고 최악의 경우 네트워크 마비 초래
이를 방지하기 위해 네트워크 내의 스위치들 사이에서 정보를 교환하며 가장 효율적인 통신 경로를 생성하는데, 이때 생성되는 통신경로는 트리구조를 띔
이를 '스패닝 트리'라고 함
애이징
Broadcasting Storm
네트워크에서 발생할 수 있는 현상
브로드캐스트 패킷이 네트워크 내에서 무한히 순환하는 현상
네트워크 내에 루프 경로가 존재할 때 발생
이러한 루프 경로는 스패닝 트리 프로토콜과 같은 메커니즘을 통해 방지
프로토콜
이더넷
LAN에서 가장 널리 사용되는 데이터링크 프로토콜 중 하나
IEEE 802.3 표준을 기반
MAC 주소를 사용하여 네트워크 상의 장치들을 식별함
이더넷은 주로 CSMA/CD 방식을 사용하여 충돌을 감지하고 해결
IEEE 802.3
유선 LAN 기술의 표준을 정의
데이터 전송 속도, 프레임 구조, 매체 종류 등을 표준화하여 호환성을 유지
이더넷 프레임
Preamble: 프레임의 시작을 알리는 신호(7Byte)
SFD(Start of Frame Delimeter): 프레임의 시작을 표시하는 필드(1Byte)
이더넷 헤더
DA(Destination MAC Address): 목적지의 MAC 주소
SA(Source MAC Address): 출발지의 MAC 주소
Len/Type: 길이 또는 타입
Payload: 상위 계층의 프로토콜로부터 캡슐화된 데이터(46~1500Byte)
상위 계층의 패킷 길이가 46Byte보다 작다면 끝에 padding(0)으로 채움
MTU(Maximum Transmission Unit)
네트워크에서 한 번에 전송 가능한 데이터 패킷의 최대 크기
MTU를 초과하는 크기의 데이터는 작은 패킷으로 분할되어 전송됨
이더넷에서는 흔히 1500Byte의 MTU를 사용
LLC(Logical Link Control)
상위의 LLC 부계층:
여러 다양한 MAC 부계층과 네트워크 계층(Layer 3)간의 접속 담당
하위의 MAC 부계층:
물리 계층 상의 토폴로지나 기타 특성에 맞추어주는 제어 담당
Wi-Fi(Wireless Fidelity)
무선 네트워킹 기술로, IEEE 802.11 표준에 따라 개발됨
일반적으로 2.4GHz와 5GHz라는 두 개의 주파수 대역을 사용
이는 각각 IEEE 802.11n과 802.11ac 표준에 따라 사용됨
Wi-Fi 0, 802.11(1997년)
Wi-Fi 1, 802.11b(1999년)
Wi-Fi 2, 802.11a(1999년)
Wi-Fi 3, 802.11g(2003년)
VLAN(Virtual Local Area Network)
물리적으로 분리되지 않은 네트워크 장치들을 Broadcast Domain을 논리적으로 그룹화하여 독립된 네트워크를 생성하는 기술
네트워크 트래픽을 관리하고 보안을 강화할 수 있음
스위치 내에서 설정됨
각 VLAN에 속한 장치들은 서로 다른 VLAN에 속한 장치들과 통신이 제한됨
802.1Q
VLAN을 구현하기 위한 IEEE 표준
패킷 정보에 4Byte VLAN 태그를 추가하여 VLAN을 식별
태그에는 VLAN ID가 포함되어 있어, 스위치는 패킷을 적절한 VLAN으로 라우팅
TPID(Tag Protocol Identifier): 태그 식별 필드
PCP(Priority Code Point): 0~7 우선순위 (0이 보통, 7이 가장 높은 우선순위)
DEI(Drop Eligible Indicator): PCP와는 별도로, 또는 결합해서 쓰이며 트래픽이 혼잡해질 때 제거되기 적합한 프레임들을 가리키는데 사용
VID(VLAN Identifier): VLAN 식별자를 나타내는 12bit 필드
총 4096개 중 0과 0xFF를 제외, 4094개의 VLAN 식별 가능
기타
L2 Data Linke Layer
LAN : 이더넷, 토큰링, 토큰버스, FDDI
WAN : 패킷 교환망:HDLC, Frame-Relay, ATM (사설망)
회선 교환망
VPN 때문에 사설망 잘 안쓰게 됨
허브를 쓰면 csma/cd를 쓰고 스위치를 쓰면 안씀
ifconfig 후
lo: loopback
wlol의 ether가 MAC주소
Address
Physical Address(L2에서 씀) : MAC Address, NIC가 제조될 때 할당됨
노트북을 이동하면 변경되지 않음, 이더넷 헤더에 있음
Logical Address(L3에서 씀) : IP Address (v4, v6), 동네에 맞는 주소(할당)
IP 헤더에 있음
Quiz
1) OSI 7 Layer 참조모델을 누가 왜 말들었나요?
각 Layer의 이름과 기능이 어떻게 돠나요?
-ISO, 이 기종 컴퓨터간의 네트워크가 필요해졌기 때문
응용 계층
표현 계층
세션 계층
전송 계층
네트워크 계층
데이터링크 계층
물리 계층
2) 통신을 위해서 Interface에 고유한 Address 주소가 있습니다.
이 Address가 2가지 있습니다. 이 2가지는?
-Physical Address, Logical Address
3) MAC Address의 주소 표기 방식, 길이, 구성이 어떻게 되나요?
-XX-XX-XX-XX-XX-XX, 48bit(6byte), OUI + 제품번호
4) Network 연결을 위해서 어떤 케이블들을 사용하나요?
-동축 케이블, 광섬유, 연선(UTP, STP, FTP)
5) Physical Layer의 랜카드(Interface)는 어떤 역할을 하나요?
-0과 1의 비트열을 전기신호로 변환한다
6) Encapsulation, Decapsulation을 설명해주세요.
-캡슐화: 데이터의 앞부분에 필요한 부분을 붙여 전송
-역캡슐화: 데이터를 수신할 때 헤더를 하나씩 제거
