네트워크 계층 구조 파악
네트워크 개요
네트워크? 원하는 정보를 원하는 수신자 또는 기기에 정확하게 전송하기 위한 기반 인프라
프로토콜? 정보 전달 시 따르기로 약속한 규칙
1. WAN(Wide Area Network)
- 국가, 대륙과 같이 광범위한 지역을 연결하는 네트워크
- 거리에 제약이 없으나 다양한 경로를 지나 정보가 전달되므로 LAN보다 느린 속도, 높은 에러율
- 전용 회선 방식 : 통신 사업자가 사전에 계약을 체결한 송신자와 수신자끼리만 데이터를 교환하는 방식
- 교환 회선 방식 : 공중망을 활용하여 다수의 사용자가 선로를 공유하는 방식
회선 교환 방식?
물리적 전용선을 활용하여 데이터 전달 경로가 정해진 후 동일 경로로만 전달됨
데이터를 동시에 전송할 수 있는 양을 의미하는 대역폭이 고정되고 안정적인 전송률을 확보
패킷 교환 방식?
패킷이라는 단위를 사용하여 데이터를 송신하고 수신
패킷이란 정보를 일정한 크기로 분할한 뒤 각각의 패킷에 송수신 주소 및 부가 정보를 입력한 것
OSI(Open System Interconnection) 7계층
국제 표준화 기구인 ISO(International Standardization Organization)에서 개발한 네트워크 계층 표현 모델
- 각 계층은 서로 독립적으로 구성되어 있음
- 각 계측은 하위 계층의 기능을 이용하여 상위 계층에 기능을 제공함
네트워크 관리 기술의 발달로 인해 최근에는 5, 6계층 레이어는 7계층 레이어로 합쳐 통칭하기도 함
네트워크 주요 장비
[ 허브와 리피터 ]
- 허브(Hub)
: 여러 대의 컴퓨터를 연결하여 네트워크로 보내거나 하나의 네트워크로 수신된 정보를 여러 대의 컴퓨터로 송신하기 위한 장비 - 리피터(Repeater)
: 디지털 신호를 증폭시켜주는 역할을 하여 신호가 약해지지 않고 컴퓨터로 수신되도록 하는 중계기
[ 브리지와 스위치 ]
브리지(Bridge)와 스위치(Switch)는 두 시스템을 연결하는 네트워킹 장치이며 두 개의 LAN을 연결하여 훨씬 더 큰 LAN을 만듦
- Store and Forwarding : 데이터를 전부 받은 후 다음 처리를 하는 방식
- Cut Through : 데이터의 목적지 주소만 확인 후 바로 전송 처리하는 방식
- Fragment Free : 위 두 방식의 장점을 결합한 방식
[ 라우터 ]
라우터(Router)? 망 연동 장비
- PC 등의 로컬 호스트가 LAN에 접근할 수 있도록 함
- WAN 인터페이스를 사용하여 WAN에 접근하도록 함
- 라우팅 프로토콜은 경로 설정을 하여 원하는 목적지까지 지정된 데이터가 안전하게 전달되도록 함
[ 기타 장비 ]
- 스위칭 허브 : 스위치 기능을 가진 허브를 의미, 요즘 사용되는 대부분의 허브가 스위칭 허브
- 망(백본) 스위칭 허브 : 광역 네트워크를 커버하는 스위칭 허브(ex 경남권 스위칭, 부산권 스위칭 등 대단위 지역을 커버)
- 유무선 인터넷 공유기 : 외부로부터 들어오는 인터넷 라인을 연결하여 유선으로 여러 대의 기계를 연결하거나 무선 신호로 송출하여 여러 대의 컴퓨터가 하나의 인터넷 라인을 공유할 수 있도록 하는 네트워크 기기
- NIC(Network Interface Card) : 외부 네트워크와 접속하여 가장 빠른 속도로 데이터를 주고받을 수 있게 컴퓨터 내에 설치되는 장치
- 게이트웨이 : 프로토콜을 서로 다른 통신망에 접속할 수 있게 해 주는 장치
네트워크 프로토콜 파악
네트워크 프로토콜
컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에서 메시지를 주고받는 양식과 규칙의 체계
- 통신 규약 또는 규칙에는 전달 방식, 통신 방식, 자료의 형식, 오류 검증 방식, 코드 변환 규칙, 전송 속도 등을 정하게 됨
- 다른 기종의 장비는 각기 다른 통신 규약을 사용하는데 프로토콜을 사용하면 다른 기기 간 정보의 전달을 표준화할 수 있음
[ 프로토콜의 특징 ]
- 단편화 : 전송이 가능한 작은 블록으로 나누어지는 것
- 재조립 : 단편화되어 온 조각들을 원래 데이터로 복원하는 것
- 캡슐화 : 상위 계층의 데이터에 각종 정보를 추가하여 하위 계층으로 보내는 것
- 연결 제어 : 데이터의 전송량이나 속도를 제어하는 것
- 오류 제어 : 전송 중 잃어버리는 데이터나 오류가 발생한 데이터를 검증하는 것
- 동기화 : 송신과 수신 측의 시점을 맞추는 것
- 다중화 : 하나의 통신 회선에 여러 기기들이 접속할 수 있는 기술
- 주소 지정 : 송신과 수신지의 주소를 부여하여 정확한 데이터 전송을 보장하는 것
[ IP(Internet Protocol)에 대한 체계]
1. IPv4와 IPv6의 차이점
- IPV4 주소 : 전 세계적으로 약 43억 개로 제한되어 관리되는 유한한 주소 체계
- IPV6 주소 : IPV4의 주소 개수가 고갈되는 문제를 해결하기 위해 기존의 IPV4 주소 체계를 128bit 크기로 확장한 인터넷 프로토콜로 충분한 수의 디바이스에 IP주소를 부여할 수 있음
TCP/IP 프로토콜
TCP/IP이란 TCP와 IP 프로토콜만 지칭하는 것이 아니라 UDP(User Datagram Protocol), ICMP(Internet Control Message Protocol), ARP(Address Resolution Protocol), RARP(Reverse ARP) 등 관련된 프로토콜을 통칭함
TCP와 UDP로 구분되는 프로토콜은 트랜스포트 계층에서 응용 계층과 인터넷 계층 사이의 통신을 담당함
TCP와 UDP의 가장 큰 차이점 : 데이터 전송의 신뢰성
- TCP는 수신 측의 수신 가능 상태, 수신 여부 등을 단계별로 체크하며 데이터를 전송
- UDP는 망으로 데이터를 송신할 뿐 확인 작업을 수행하지 않음
[ TCP(Transmission Control Protocol) ]
- CRC 체크와 재전송 기능을 통해 신뢰성 있는 전송을 확보
- Flow Control 기능을 수행하여 단계별 데이터 전송 상황을 체크
- 논리적인 1:1 가상 회선을 지원하여 해당 경로로만 데이터가 전달되도록 함
- 대표 서비스 : FTP, Telnet, Http, SMTP, POP, IMAP 등
[ UDP(User Datagram Protocol) ]
- 연결되어 있어도 데이터를 송신할 수 있지만, 수신 측의 수신 여부는 확인하기 어려움
- Flow Control, Error Control을 하지 않아 신뢰성 있는 데이터 전송에는 부적합
- 하나의 송신 정보를 다수의 인원이 수신해야 할 경우 UDP를 사용
- 대표 서비스: SNMP, DNS, TFTP, NFS, NETBIOS, 인터넷 게임/방송/증권 등
[ TCP/UCP의 헤더 구조와 전송 방식 차이 ]
- 송/수신자 포트 번호 : 송신-수신 프로세스에 할당되는 포트 주소
- 순서 번호 : 송신자가 전하는 데이터 전송 순서
- 응답 번호 : 제대로 수신했는지 여부를 수신자 측으로부터 전달받음
- 데이터 오프셋 : 헤더의 크기
- 예약 필드 : 다른 사용 목적으로 확보된 필드로 실제 사용 안 함
- 윈도 크기 : 수신 윈도의 버퍼 크기 지정
- Checksum : 헤더와 데이터의 오류 검출
- 긴급 위치 : 긴급 데이터 처리용
- 제어 비트 : 긴급 필드 설정, 응답 번호 유효 여부 등 체크
네트워크 핵심 알고리즘 파악
패킷 스위칭
WAN을 통해 데이터를 원격지로 송부하기 위해 X.25, 프레임릴레이 및 ATM과 같은 다양한 기술들을 필요로 하게 됨.
1. X.25
- 전기 통신 국제기구인 ITU-T에서 관리 감독하는 프로토콜
- 패킷이라고 불리는 데이터 블록을 사용하여 대용량의 데이터를 다수의 패킷으로 분리하여 송신하며, 수신 측에서는 다수의 패킷을 결합하여 원래의 데이터로 복원
- OSI 7계층 중 1~3계층(물리, 데이터링크, 네트워크 계층)까지를 담당
- 데이터 송수신의 신뢰성 확보를 위해 양자 간 통신 연결을 확립해 나가는 프로세스를 거침
- 초기에 에러 제어나 흐름 제어를 위한 복잡한 기능을 가지고 있어 자체로 성능상의 오버헤드가 발생되었기 때문에 현재는 프레임릴레이나 ISDN, ATM 등 고속망으로 대체됨
2. 프레임릴레이
- ISDN을 사용하기 위한 프로토콜로서 ITU-T에 의해 표준으로 작성됨
- X.25가 고정된 대역폭을 갖는 반면, 프레임릴레이는 사용자의 요청에 따라 유연한 대역폭을 할당함
- 망의 성능 향상을 위해 에러 제어 기능과 흐름 제어 기능을 단순화시켰음
- X.25가 OSI 7계층 중 1~3계층까지를 담당하는 반면, 프레임릴레이는 1~2계층만을 담당함
- 전용선을 사용하는 것보다 가격이 저렴하며 기술적으로는 X.25에 비해 우위에 있음
3. ATM(Asynchronous Transfer Mode; 비동기 전송 모드)
- 비동기 전송 모드라고 하는 광대역 전송에 쓰이는 스위칭 기법
- 동기화를 맞추지 않아 보낼 데이터가 없는 사용자의 슬롯은 다른 사람이 사용할 수 있도록 하여 네트워크 상의 효율성을 높임
- ATM망은 연결형 회선이기 때문에 하나의 패킷을 보내 연결을 설정하게 되고 이후 실데이터 전송이 이루어짐
- ATM은 OSI 7계층과는 다른 고유한 참조 모델이 있음
- 물리 계층(Physical Layer) : 물리적 전송 매체를 다룸
- ATM 계층 : 셀과 셀 전송을 담당, 셀의 레이아웃을 정의하고 헤더 필드가 의미하는 것을 알려주며 가상 회선의 연결 및 해제, 혼잡 제어도 다룸
- AAL(ATM Adaptation Layer) : 패킷을 작은 조각인 셀로 전송한 후 다시 조립하여 원래의 데이터로 복원하는 역할을 함
서킷 스위칭
패킷 스위칭과 달리 네트워크 리소스를 특정 사용층이 독점하도록 하는 것을 의미
- 네트워크를 독점적으로 사용하기 때문에 전송이 보장(Guaranteed)된다는 특징이 있음
- 서킷 스위칭은 서킷을 확보하기 위한 작업을 진행하고 실데이터를 전송하며 서킷을 닫는 프로세스로 진행됨. 이러한 작업이 일어나는 동안 다른 기기들은 해당 경로를 사용할 수 없음
패킷 스위칭과 서킷 스위칭의 차이점
- 서킷 방식은 데이터 일부를 송수신하여 전달 경로를 파악하고 확보한 뒤 실데이터를 전달
- 패킷 전달 방식은 헤더의 주소 정보에 따라 수신 측으로 데이터를 전송
라우팅 알고리즘
데이터는 송신 측으로부터 수신 측까지 데이터를 전달하는 과정에서 다양한 물리적인 장치들을 거쳐 감. 목적지까지의 최적 경로를 산출하기 위한 법칙이 라우팅 알고리즘
1. 거리 벡터 알고리즘(Distance vector algorithm)
- 라우터와 라우터 간의 최단 경로 스패닝 트리를 찾고 그 최적 경로를 이용할 수 없을 경우에 다른 경로를 찾음
- 각 라우터가 업데이트될 때마다 전체 라우팅 테이블을 보내라고 요청하지만 수신된 경로 비용 정보는 이웃 라우터에게만 보내짐
- 링크 상태 라우팅 알고리즘보다 계산 면에서 단순함
2. 링크 상태 알고리즘(Link state algorithm)
- 라우터와 라우터 간의 모든 경로를 파악한 뒤 대체 경로를 사전에 마련해 두는 방식
- 링크 상태 알고리즘을 사용하면 네트워크를 일관성 있게 파악할 수 있으나 거리 벡터 알고리즘에 비하여 계산이 더 복잡하고 트래픽을 광범위한 범위까지 전달해야 함
3. 라우팅 프로토콜의 종류
※ 게시물에 사용된 개념도와 도표 등의 출처 : 교육부의 NCS 학습모듈 자료