11. 응용 SW 기초 기술 활용 (3)

Chapter 3. 네트워크 기초 활용하기
1. 거리에 따른 네트워크 분류
- WAN : 광대역 네트워크, LAN에 비해 전송 거리가 넓음, 라우팅 알고리즘 필요, LAN 대비 에러율이 높고 전송지연이 큼
- LAN : 근거리 네트워크, 한 건물 또는 작은 지역을 커버하는 네트워크

2. OSI 7계층
- 물리계층 : 실제 장비들을 연결하기 위한 장치 (허브, 리피터)
- 데이터 링크계층 : 오류와 흐름을 제거하여 신뢰성 있는 데이터 전송 (브리지, 스위치)
- 네트워크 계층 : 다수의 중개 시스템 중 올바른 경로를 선택하도록 지원 (라우터)
- 전송계층 : 송신, 수신 프로세스 간의 연결 (L4 스위치)
- 세션 계층 : 송신, 수신 간의 논리적 연결 (호스트(PC)등)
- 표현계층 : 코드 문자 등을 번역하여 일관되게 전송하고 압축, 해제, 보안 기능도 담당
- 응용계층 : 사용자 친화 환경 제공(이메일, 웹 등)

3. 1게층 장비
- 허브 : 여러 대의 컴퓨터를 연결하여 네트워크로 보내거나, 하나의 네트워크로 수신된 정보를 여러 대의 컴퓨터로 송신하기 위한 장비
- 리피터 : 디지털 신호를 증폭시켜 주는 역할을 하여 신호가 약해지지 않고 컴퓨터로 수신되도록 하는 장비

4. 2계층 장비
- 브리지 : 두 개의 LAN을 서로 연결해주는 통신망 연결 장치
- L2 스위치
- 출발지에서 들어온 프레임을 목적지 MAC 주소 기반으로 빠르게 전송시키는 데이터 링크 계층의 통신 장치
- Store and Forwarding : 데이터를 전부 받은 후 다음 처리를 하는 방식
- Cut Through : 데이터의 목적지 주소만 확인 후 바로 전송 처리하는 방식
- Fragment Free : 프레임의 앞 64바이트만을 읽어 에러를 처리하고 목적지 포트로 전송하는 방식
- NIC : 외부 네트워크와 접속하여 가장 빠른 속도로 데이터를 주고 받을 수 있게 컴퓨터 내에 설치되는 장치
- 스위칭 허브 : 스위칭 기능을 가진 허브, 사용되는 대부분의 허브가 스위칭 허브

5. 3계층 장비
- 라우터
- LAN과 LAN을 연결하거나 LAN과 WAN을 연결하기 위한 인터넷 네트워킹 장비
- 패킷의 위치를 추출하여, 그 위치에 대한 최적의 경로를 지정하며, 이 경로를 따라 데이터 패킷을 다음 장치로 전송시키는 장비
- 라우팅 프로토콜은 경로 설정을 하여 원하는 목적지까지 지정된 데이터가 안전하게 전달되도록 함
- 게이트웨이
- 프로토콜을 서로 다른 통신망에 접속할 수 있게 해주는 장치
- LAN에서 다른 네트워크에 데이터를 보내거나 다른 네트워크로부터 데이터를 받아들이는 출입구 역할
- L3 스위치
- 3계층에서 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비
- IP 레이어에서의 스위칭을 수행하여 외부로 전송
- 라우터와의 경계가 모호
- 유무선 인터넷 공유기
- 외부로부터 들어오는 인터넷 라인을 연결하여 유선으로 여러 대의 기계를 연결하거나 무선 신호로 송출하면서 여러 대의 컴퓨터가 하나의 인터넷 라인을 공유할 수 있도록 하는 네트워크 장비
- 망(백본) 스위칭 허브
- 광역 네트워크를 커버하는 스위칭 허브
- 대단위 지역을 커버함

6. 4계층 장비
- L4 스위치
- 4계층에서 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비
- TCP/UDP 등 스위칭 수행
- FTP, HTTP 등을 구분하여 스위칭하는 로드밸런싱 기능
- 애플리케이션 레이어에서 파악이 가능한 이메일 내용 등 정교한 로드밸런싱 수행 불가
- TCP/UDP 포트번호를 분석하여 포워딩을 결정하고 QoS와 GLB/SLB 기능을 제공하는 스위치

7. 프로토콜
서로 다른 시스템이나 기기들 간의 데이터 교환을 원활히 하기 위한 표준화된 통신규약, 데이터 처리 기능, 제어 기능, 관리적 기능이 있다.
- 구문 : 시스템 간의 정보 전송을 위한 데이터 형식, 코딩, 신호 레벨 등의 규정
- 의미 : 시스템 간의 정보 전송을 위한 제어 정보로 조정과 에러 처리를 위한 규정
- 타이밍 : 시스템 간의 정보 전송을 위한 속도 조절과 순서 관리 규정

8. 프로토콜 특징
- 단편화 : 전송이 가능한 작은 블록으로 나누어지는 기법
- 재조립 : 단편화되어 온 조각들을 원래 데이터로 복원하는 기법
- 캡슐화 : 상위 계층의 데이터에 각종 정보를 추가하여 하위 계층으로 보내는 기법
- 연결 제어 : 데이터의 전송량이나 속도를 제어하는 기법
- 오류 제어 : 전송 중 잃어버리는 데이터나 오류가 발생한 데이터를 검증하는 제어 기법
- 동기화 : 송신과 수신 측의 시점을 맞추는 기법
- 다중화 : 하나의 통신 회선에 여러 기기들이 접속할 수 있는 기술
- 주소 지정 : 송신과 수신지의 주소를 부여하여 정확한 데이터 전송을 보장하는 기법

9. TCP(Transmission Control Protocol)
- 전송 제어 프로토콜은 인터넷 프로토콜 스위트의 핵심 프로토콜 중 하나로, IP와 함께 TCP/IP 라는 명칭으로 사용
- 전송 계층에 위치하면서 근거리 통신망이나 인트라넷, 인터넷에 연결된 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 간에 일련의 옥텟을 안정적으로, 순서대로, 에러 없이 교환할 수 있게 해주는 프로토콜
<TCP 특징>
- 신뢰성 보장 : 패킷 손실, 중복, 순서 바뀜 등이 없도록 보장, TCP 하위 계층인 IP 계층의 신뢰성 없는 서비스를 보완하여 신뢰성 제공
- 연결 지향적 특징 : 같은 전송계층의 UDP가 비연결성인 것과는 달리, TCP는 연결지향임, 양단간 애플리케이션/프로세스는 TCP가 제공하는 연결성 회선을 통하여 서로 통신
- 흐름제어 : 흐름 제어 기능을 활용하여 송신(송신전송률) 및 수신(수신처리율) 속도를 일치시킴
- 혼잡제어 : 네트워크가 혼잡하다고 판단될 때는 혼잡제어 기법을 사용하여 송신율을 감소함

10. UDP(User Datagram Protocol)
- 비연결성이고, 신뢰성이 없으며, 순서화되지 않은 데이터그램 서비스를 제공하는 전송(4계층)계층의 통신 프로토콜
<UDP 특징>
- 비신뢰성 : 데이터그램 지향의 전송계층용 프로토콜, 메시지가 제대로 도착했는지 확인하지 않음, 검사 합을 제외한 특별한 오류 검출 및 제어 없음
- 순서화되지 않은 데이터그램 서비스 제공 : 수신된 메시지의 순서를 맞추지 않음, 흐름 제어를 위한 피드백을 제공하지 않음
- 실시간 응용 및 멀티캐스팅 기능 : 빠른 요청과 응답이 필요한 실시간 응용에 적합, 여러 다수 지점에 전송 가능
- 단순 헤더 : 헤더는 고정 크기의 8바이트(TCP는 20바이트) 만 사용, 헤더 처리에 시간과 노력을 필요로하지 않음

11. IPv4(Internete Protocol version 4)
인터넷에서 사용되는 패킷 교환 네트워크상에서 데이터를 교환하기 위한 32bit 주소체계를 갖는 네트워크 계층의 프로토콜

12. IPv6(Internet Protocol version 6)
- 인터넷 프로토콜 스택 중 네트워크 계층의 프로토콜로서 버전 6 인터넷 프로토콜로 제정된 차세대 인터넷 프로토콜
- IPv4가 가지고 있는 주소고갈, 보안성, 이동성 지원 등의 문제점을 해결하기 위해 개발된 128bit 주소체계를 갖는 차세대 인터넷 프로토콜
<IPv6 특징>
- IP 주소의 확장 : 기존 32비트 주소 공간에서 벗어나 128비트 주소공간을 제공
- 이동성 : 네트워크의 물리적 위치에 제한받지 않고 같은 주소를 유지하면서도 자유롭게 이동 가능
- 인증 및 보안기능 : 패킷 출처 인증과 데이터 무결성 및 비밀보장 기능을 IP 프로토콜 체계에 반영, IPSEC 기능 적용
- 개선된 QoS 지원 : 흐름 레이블 개념 도입, 특정 트래픽은 별도의 특별한 처리를 통해 높은 품질의 서비스 제공
- Plug & Play 지원 : IPv6 네트워크에 접속하는 순간 자동적으로 네트워크 주소를 부여받음
- Ad-hoc 네트워크 지원 : Ad-hoc 네트워크를 위한 자동 네트워킹 및 인터넷 연결 지원
- 단순헤더 적용 : IP 패킷의 처리를 신속하게 할 수 있도록 고정크기의 단순헤더를 사용하는 동시에, 확장 헤더를 통해 기능에 대한 확장 및 옵션기능의 사용이 용이한 구조
- 실시간 패킷 추적 가능 : 흐름레이블을 사용하여 패킷의 흐름을 실시간 제공

13. 패킷 스위칭
컴퓨터 네트워크와 통신 방식 중 하나로, 데이터를 전송하는 동안만 네트워크 자원을 사용하도록 하는 통신방식
1) X.25
- 고정된 대역폭 : 고정된 대역폭을 할당하여 사용자 요청에 따른 유연한 대역폭 할당이 어려움
- 패킷 사용 : 대용량의 데이터를 다수의 패킷으로 분리하여 송신하며, 수신 측에서는 다수의 패킷을 결합하여 원래의 데이터로 복원
- 1~3계층 담당 : OSI 7계층상의 레이어 중 1~3 계층까지를 담당
- 송수신 신뢰성 : 송수신의 신뢰성을 확보하기 위해 양자 간 통신 연결을 확립해 나가는 프로세스 수행
- 성능 저하 : 에러 제어나 흐름 제어를 위한 복잡한 기능으로 오버헤드 발생, 현재는 프레임 릴레이나 ISDN, ATM 등 고속망으로 대체

2) 프레임 릴레이
- 유연한 대역폭 : 사용자의 요청에 따라 유연한 대역폭 할당
- 기능 단순화 : 망의 성능 향상을 위해 에러 제어 기능과 흐름 제어 기능을 단순화
- 1~2계층 담당
- 가격 저렴 : 전용선을 사용하는 것보다 가격이 저렴, 기술적으로는 X.25에 비해 우위

3) ATM(Asynchronous Transfer Mode)
- 비동기 전송모드라고 하는 광대역 전송에 쓰이는 스위칭 기법
- 보낼 데이터가 없는 사용자의 슬롯은 다른 사람이 사용할 수 있도록 하여 네트워크 상의 효율성을 높임
- 연결형 회선이기 때문에 하나의 패킷을 보내 연결을 설정하게 되고 이후 실데이터 전송 이루어짐
- OSI 7계층과는 다른 고유한 참조모델을 가지고 있음
- AAL(ATM Adaptation Layer) : 패킷을 작은 조각인 셀로 전송한 후 다시 조립하여 원래의 데이터로 복원하는 역할을 담당
- ATM계층 : 셀과 셀 전송 역할 담당, 셀의 레이아웃을 정의하고 헤더 필드가 의미하는 것을 알려줌, 가상 회선의 연결 및 해제, 혼잡 제어 처리
- 물리계층 : 물리적 전송 매체를 처리하는 역할

14. 서킷 스위칭
- 전송보장 : 네트워크를 독점적으로 사용하기 때문에 전송이 보장
- 서킷 확보 작업 : 서킷을 확보하기 위한 작업을 진행하고 실데이터를 전송하며 서킷을 닫는 프로세스로 진행, 서킷 확보 작업이 일어나는 동안 다른 기기들은 해당 경로 사용 불가

15. 라우팅 알고리즘
1) 거리 벡터 알고리즘
- 인접 라우터와 정보를 공유하여 목적지까지의 거리와 방향을 결정하는 라우팅 프로토콜 알고리즘
- 벨만-포드 알고리즘을 사용
- 각 라우터가 업데이트 될 경우 전체 라우팅 테이블을 보내라고 요청하지만 수신된 경로 비용 정보는 이웃 라우터에게만 보내진다.

2) 링크 상태 알고리즘
- 링크 상태의 정보를 모든 라우터에 전달하여 최단 경로 트리를 구성하는 라우팅 프로토콜 알고리즘
- 다익스트라 알고리즘 사용
- 네트워크를 일관성있게 파악할 수 있으나 거리벡터 알고리즘에 비하여 계산이 더 복잡하고 트래픽을 광범위한 범위까지 전달해야 함

16. 라우팅 프로토콜의 종류
- RIP : 최초의 라우팅 프로토콜, 거리벡터 알고리즘 활용, 30초 주기로 전체 라우팅의 정보를 갱신, 변화 업데이트 시 많은 시간 소요, 라우팅 루프 발생 가능
- IGRP : RIP의 문제점 개선을 위해 시스코에서 개발, 네트워크 상태를 고려하여 라우팅(대역폭, 속도 등)
- OSPF : 링크 상태 알고리즘 사용, 발생한 변경 정보에 대해 RIP보다 빠른 업데이트, 토폴로지에 대한 정보가 전체 라우터에 동일하게 유지
- BGP : 규모가 큰 네트워크의 상호 연결, 대형 사업자 간의 상호 라우팅