6주차(1) - 2022/03/07 네트워크 기초 개요

네트워크

네트워크란?

• 각 엔드포인트(PC, 서버 등의 단말)간의 자원들을 공유할 수 있게 해주는 디지털 통신 네트워크
• 장거리 통신인 알파넷을 시작으로 네트워크 통신이 발전되기 시작

Net + Work ⇒ Network

컴퓨터들이 통신 기술을 이용해 그물망처럼 연결된 통신 이용 형태

→ 두 대 이상의 컴퓨터들을 연결하고 서로 통신(이야기)할 수 있는 것

 

인터넷과 인트라넷

• 인터넷
  • 네트워크(Net)을 묶는다(Inter)의 의미로 “여러 개의 네트워크를 묶었다”라는 뜻으로 쓰임
  • 하나의 프로토콜 가지고 통신
  • 브라우저 통한 접근
• 인트라넷
  • 내부의 인터넷을 의미
  • 하나의 프로토콜을 가지고 통신
• 엑스트라넷
  • 사내를 포함한 협력회사나 고객이 접근 가능
  • 하나의 프로토콜 가지고 통신

 

프로토콜

• 사전적 의미
  • 컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에서 메시지 주고 받는 양식과 규칙의 체계
  • 형식, 의미, 동기 과정을 정의하지만 구현과 방법은 독립적
  • 구성
    • 물리적 측면 : 자료 전송에 쓰이는 전송 매체, 단자, 신호, 회선 규격 등
    • 논리적 측면 : 프레임 구성, 각 항목의 뜻과 기능, 전송의 절차 등
  • 프로토콜의 3요소
    • 구문
    • 의미
    • 기간
  • 기능
    • 단편화와 조립
    • 캡슐화
    • 연결 제어
    • 흐름 제어
    • 오류 제어
    • 동기화
    • 순서 지정
    • 주소 지정
    • 다중화
    • 전송 서비스

 

네트워크 분류

 

규모에 따른 분류

• WAN
  • Wide Area Network
• MAN
  • Metropolitan Area Network
• LAN
  • Local Area Network
• 백본 통신망(Backbone Network)
  • 기간망
  • 네트워크의 최상위 레벨로 네트워크의 중심을 이루는 주요 통신망
• ISP(Internet Service Provider)
  • KT dns를 제공함
  • 유해사이트 차단

 

위상에 따른 분류

• 네트워크 토폴로지
  • 컴퓨터 네트워크 요소들을 물리적으로 연결해 놓은 것 또는 연결 방식을 의미함
  • LAN의 경우 물리적 토폴로지와 논리적 토폴로지로 가능
  • 종류
    • 버스형
    • 스타형
    • 링형
    • 트리형
    • 메시형
    • 기타 등등

 

전송 매체에 따른 분류

• 교환 시스템
  • 회션 교환 방식
    • 고정 대역이 할당된 연결을 설정해 데이터 전송하는 방식으로 통로가 지정되어 있는 형태
    • 안정적인 전송률과 라우팅 작업이 간편
    • 접속에 상대적으로 긴 시간 필요
  • 패킷 교환 방식
    • 일정한 크기로 데이터 나누어 독립적 라우팅 과정을 거쳐 목적지에 도달하는 형태
    • 가상 회선 방식과 데이터그램 방식으로 나뉨
      • 가상회선 방식 : 송수신 호스트 사이에 가상 연결 설정, 모든 단위 데이터의 전달 경로 동일
      • 데이터그램 방식 : 경로 선택이 각 단위 데이터와 독립적으로 전송
  • 셀 교환 방식
    • 전송에 필요한 최소 기능만 포함한 고정된 크기 셸을 생성해 전송하는 방식
    • 패킷 교환 방식과 유사하며, 연결 지향 패킷 교환 네트워크 사용
    • 네트워크 연결 시 가상 회로 설정해 스위칭 시간 최소화로 네트워크 처리량 증가
    • 헤더는 페이로드 유형 정보, 가상 회선 식별자, 오류체크 정보 포함
    • 실시간 스트리밍

연결 방식에 따른 분류

분류 유선망 무선망 모바일망

매개체	Twisted Pair 케이블, 동축케이블, 광섬유 케이블	전파	전파
표준	IEEE 802.3	IEEE 802.11,
IEEE 802.15 등	IEEE 802.16
IMT-2000
최고 전송속도	1000Gbits/s(광섬유 테이블)	866.7Mbits/s (802.11ac)	672Mbits/s (HSPA+ WIMAX)

 

유선망

• 컴퓨터 네트워크 연결을 유선으로 구성하는 경우 유선 LAN 이라고 부름
• 특징
  • 대표적 LAN 환경에서 많이 사용 되는 유선망 형태는 Ethernet (IEEE 802.3 표준방식)
  • 무선망에 비해 속도가 빠르고 보안에 유리
  • 설치 비용이 큼
  • 동축, 광섬유 케이블 등이 사용됨

무선망

• 선이 없이 구성된 형태의 컴퓨터망
• 일명 WIFI망
• 컴퓨터는 핫스팟 내에서 AP(Access Point)를 통해 무선으로 인터넷 망에 접속
• 장점 : 케이블 연결이 불필요해 설치가 쉽고 설치 비용이 저렴
• 단점 : 보안이 취약함

 

모바일망

• 무선망 단점 보완하기 위해 수 킬로미터 지역을 지원하는 셀(Cell) 형태의 모바일망 개발
• 단점 : 수십 미터 반경의 핫스팟 지역에서만 인터넷 사용 가능. 이동 중에는 사용할 수 없음
• 특징
  • WiBro(Wireless Broadband) 기술 LTE(Long Term Evolution) 기술 등 존재
  • 셀 밖에서는 모바일망에 연결 불가

 

이더넷

• 여러 개 호스트가 하나의 매체/링크 공유해 동시에 접근하는 경우 충돌 발생
• 링크 공유하는 경우 원할한 통신 위해 서로 간의 약속이 필요하며 이러한 네트워크 방식을 말함
• 버스형 토폴로지의 경우가 일반적인 링크 공유하는 형태
  • 버스형 토폴로지는 충돌이 잦음
• 공유 링크에 접근하기 위한 프로토콜 중 임의 방식 사용하는 프로토콜
  • ALOHA, CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA

 

CSMA

• Carrier Sense Multiple Access 반송파 감지 다중 접근
• 각 지국이 전송하기 전에 상태 확인하는 방식
• 프레임이 전송되는 시간차로 인해 휴지(Idle : 쉬는 상태) 상태라면 즉시 프레임을 전송하는 방식
• CD
  • Collision Detection 충돌 감지
  • 프레임을 전송함과 동시에 두 개의 다른 포트 이용하고, 충돌 감지해 재전송 시간을 책정
• CA
  • Collision Avoidance 충돌 회피
  • 무선 네트워크에 사용됨
  • 전송을 늦추어서 충돌을 회피함

 

네트워크 모델

• 추상화 모델인 계층 구조의 OSI 7 Layer 와 TCP/IP 모델이 존재
• 계층 구조와 추상화로 여러 특징이 존재
  • 각 계층별 역할이 독립적
  • 계층별 관리로 유지보수가 효율적
  • 다양한 소프트웨어 기대
  • 비교적 쉬운 이해 가능
  • 복잡성 감소

 

OSI 7 Layer(Open System Interconnection Reference Model)

• 특징
  • 국제 표준화 기구(ISO)에서 개발한 모델
  • 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신 계층화 한 모델
  • 7 계층으로 구분되어 있는 형태를 지님

 

TCP/IP 모델

• 특징
  • IP와 TCP로 이루어진 모델로 TCP 기반으로 한 많은 수의 어플리케이션 프로토콜이 IP 위에서 동작하는 형태기 때문에 TCP/IP로 불리움
  • 4계층으로 구성되어 있고 현재 가장 보편적으로 많이 쓰이는 형태
  • 자료에 따라 5계층으로 분류하기도 함

 

OSI 7 계층

1~3 계층 : 미디어 계층 / 4~7 계층 : 호스트 계층

물리 계층

• 특징
  • 데이터 전송을 위한 물리적 링크를 설정, 유지, 절단
  • 전압 레벨, 변환 시기, 물리적 데이터 최대 전송량, 전송 거리 등 정의
• 종류(하드웨어)
  • 동축 케이블, 광 케이블
  • 어댑터, 모뎀, 리피터(또는 중계기), 허브
• 종류(소프트웨어 단위)
  • 핀, 전압, 라인 임피던스, 케이블 사양, 무선 장치의 주파수
• 단위 : 비트
• 전송 모드
  • 단방향 : 일방적으로 한쪽 방향으로만 송신하는 방식(ex. TV, Radio)
  • 반이중 : 양방향 통신이 가능하나 동시에 송수신 불가능(ex. 무전기)
  • 전이중 : 양방향 실시간 통신 가능(ex. 전화)

 

케이블

10	BASE	T
속도	통신 방식	종류, 거리

 

•  속도
  • 앞 숫자 기준은 Mbps(Megabit Per Second) 단위
    • BPS(Byte Per Second)와 다름
• 통신방식
  • Baseband(디지털 방식)와 Broadband(아날로그 방식)로 나뉨
• UTP 케이블
  • 명칭 : 10/100 BASE-T
  • Connector : RJ-45
  • 연결거리 : 100M
  • 종류
    • Direct Cable
      • 색상화 된 선들 순서가 각각 끝에서 동일하며 1:1 케이블
      • 허브 내부에서 송신-송신, 수신-수신으로 바뀜
      • 색 순서 : 흰주 - 주 - 흰초 - 파 - 흰파 - 초 - 흰갈 - 갈
      • 용도 : PC ↔ HUB (송수신 바꿔줌)
    • Crossover Cable
      • RJ-45끝 핀 1번 다른 끝 핀 3번에 접속, 핀 2번은 다른 끝 핀 6번 접속
      • 허브가 하는 수신-송신, 송신-수신 하는 일을 케이블을 꼬아 놓은 것으로 대체하는 것
      • 색 순서 : 흰주 - 주 - 흰초 - 파 - 흰파 - 초 - 흰갈 - 갈 and 흰초 - 초 - 흰주 - 파 - 흰파 - 주 - 흰갈 - 갈
      • Rollober Cable
• 동축 케이블
  • LAN선?
• 광 케이블
  • 유리자원 풍부
  • 백본 용도로 많이 사용
  • 비쌈

 

허브

• 멀티포트와 리피터 역할을 합친 기기
• CSMA/CD 방식 따름
• 연결된 모든 네트워크에 데이터 전송하고 데이터 수신한 단말에서 판단함
• 종류
  • 인텔리전스 허브
    • 네트워크 관리시스템(NMS)를 통한 제어 가능
    • 데이터 분석, 제어, 감시 기능 제공
    • 지속적으로 충돌이 감지되는 기기 차단
  • 세미 더미 허브
    • 더미 허브와 인텔리전스 허브가 서로 연결된 형태의 허브
    • 인텔리전스 허브 역할 수행
  • 더미 허브
    • 네트워크 관리 기능 제공하지 않는 일반적인 허브

 

데이터링크 계층

• 특징
  • 물리적 주소(MAC) 기반으로 하드웨어 간 통신
  • 보내는 측과 받는 측 사이의 속도 차이를 보장하는 흐름 제어
  • 오류와 잡음으로 인한 에러 보정 위한 에러 제어 기능
  • ARP Table → ARP는 2.5계층
• 기능
  • 포인트 투 포인트 간 신뢰성 있는 전송 보장하기 위한 계층으로 CRC 기반 오류 제어와 흐름 제어, 재전송 기능을 제공
  • MAC 주소를 사용하며 주소 체계 자체는 계층이 없는 단말 구조
• 프로토콜
  • 주로 이더넷
  • 포인트 투 포인트 : HDLC, ADCCP
  • 근거리 네트워크용 : LLC, ALOHA
• 종류(하드웨어)
  • 스위치
    • L2 스위치
    • LAN을 분리된 콜리전 도메인으로 분할
    • MAC 주소 기반으로 LAN 구성하는 2계층의 대표적인 네트워크 장비
    • 특징
      • 다수의 스위치 포트 존재
      • 빠른 스위칭 가능
      • 많은 프레임 버퍼
      • 포트 당 적은 비용
      • 포트 간 속도의 혼합 기능
  • 브릿지
    • 허브에 연결된 두 PC만 통신하게 되면 순간의 다른 PC의 통신이 불가(CSMA/CD 방식이 원인)
    • 다른 네트워크(LAN)으로부터 연결해주는 역할 ⇒ 직통 연결
    • 프레임의 데이터로부터 정보 처리하며 MAC 주소 사용

스위치 & 허브?

• 허브는 라인에 대역폭 분할해 데이터 전송, 스위치는 대역폭을 5대의 컴퓨터에 모두 적용
• 스위치에는 CPU와 메모리(ARP Table) 존재, 허브는 전기 멀티탭과 같은 단순한 분배 장치

 

네트워크 계층

• 특징
  • 상위 계층에 연결하기 위해 필요한 데이터 전송과 경로 선택 기능 제공
  • 발신지 호스트에서 목적지 호스트까지 각 패킷의 전달에 대한 책임
  • 라우팅 프로토콜을 사용해 최적의 경로 선택
  • 데이터를 패킷 단위로 분할해 전송 후 재결합
  • Packet 단위를 사용하며, 32bit 주소 공간 체계(IPv4 기준)
  • 보통 라우터 장비에서 사용되는 주소 체계를 갖고 있으며, IP, ICMP, IGMP 프로토콜 가짐
• 라우팅 네트워크
  • 계층을 한마디로 정의하는 기능이 라우팅

 

전송 계층

• 특징
  • 목적지와 발신지 사이의 통신에서 에러 제어와 흐름 제어 담당
  • 신뢰 있는 통신 연결 제어 ⇒ TCP
  • 비신뢰성 통신 연결 제어 ⇒ UDP
  • 데이터를 패킷 단위로 분할해 전송 후 재결합
  • 세그먼트 단위 사용

 

세션 계층

• 특징
  • 포트(port) 연결을 이용해 통신장치 간의 상호작용 설정
  • 통신 프로토콜(SSH, TLS) 사용
    • SSH : 5계층
    • SSHD : 7계층
    • Ping : 7계층
    • ICMP : 3계층
  • 두 시스템 간의 대화(누가 언제 통신하였는지 결정해 토큰 교환) 허용

 

표현 계층

• 특징
  • 입력 또는 출력되는 데이터 하나의 표현 형태로 변환
  • 프로토콜은 JPEG, MPEG, SMB, AFP 등 문자나 그래픽 형태
  • 중요한 정보 전달하기 위해 시스템은 비밀성 보장
    • 암호화 : 원래 정보 다른 형태로 변환
    • 복호화 : 암호화된 메시지를 원래의 메시지로 변환

 

어플리케이션 계층

• 특징
  • 프로토콜 : 텔넷, FTP, 전자우편(POP, SMTP), HTTP 등
  • 사용자로부터 데이터 받아 하위 계층으로 전달
  • 하위 계층에서 전달하는 데이터를 사용자에게 전달하는 역할
  • 여러가지 네트워크 서비스 제공하는 실질적인 계층
  • 특정 네트워크 서비스 기능 수행하는데 필요한 프로토콜 지원

 

OSI 7 계층 정리

→ 계층별 프로토콜 및 장비