2024. 5. 26. 21:17ㆍGCC/IT 지원
- 컴퓨터 네트워크 개론
Protocol(프로토콜)
컴퓨터가 제대로 통신하기 위해 따라야하는 정의된 표준 집합
Computer networking(컴퓨터 네트워킹)
컴퓨터가 서로 통신하는 방식 전체
- TCP/IP 5계층 네트워크 모델
| 5 | Application | HTTP, SMTP, etc... | Messages | n/a |
| 4 | Transport | TCP/IP | Segment | Port #'s |
| 3 | Network | IP | Datagram | IP address |
| 2 | Data Link | Ethernet, Wi-Fi | Frames | MAC Address |
| 1 | Physical | 10 Base T, 802.11 | Bits | n/a |
1. 물리적 계층(Physical layer)
컴퓨터를 상호 연결하는 물리적 기기를 나타냄
2. 데이터 링크 계층(Data Link layer)
네트워크 인터페이스 또는 네트워크 액세스 계층
첫번째 프로토콜을 접하게 되며, 물리적 계층이 케이블, 커넥터, 신호 전송과 관련이 있다면
데이터 링크 계층은 일반적인 신호 해석 방법을 정의하여 네트워크 기기가 통신할 수 있도록 함
단일 링크를 통해 데이터를 전송
- Ethernet(이더넷) : 이더넷 표준은 동일한 네트워크 도는 링크의 노드에 데이터를 전달하는 프로토콜도 정의
3. 네트워크 계층(Network layer)
인터넷 계층, 여러 네트워크가 라우터라는 기기를 통해 서로 통신할 수 있음
라우터를 통해 함께 연결된 네트워크 모음이 인터네크워크이며, 그 중 가장 유명한 것이 인터넷(Intetnet)
네트워크 모음을 통해 데이터가 전달되도록 함
IP(Internet Protocol) : 인터넷과 전 세계 소규모 네트워크의 핵심
클라이언트는 데이터를 요청하고 서버는 요청에 응답
4. 전송 계층(Transport layer)
해당 데이터를 받아야하는 클라이언트 및 서버 프로그램을 분류
TCP/IP(Transmission Control Protocol) : 전송제어 프로토콜
UDP(User Datagram Protocol) : 사용자 데이터그램 프로토콜을 포함하여 다른 전송 프로토콜도 IP를 사용하여 이동
5. 애플리케이션 계층(Application layer)
- 네트워킹 기기의 기초
1. 케이블(Cable) : 여러기기를 서로 연결하고 연결된 기기를 통해 데이터가 전송되도록 함
구리 케이블 : 가장 일반적인 형태의 네트워킹 케이블로 플라스틱 절연채ㅔ 내부에 여러 쌍의 구리선으로 이루어져 있으며, 가장 일반적인 형태의 구리 연선 케이블은 Cat 5, Cat 5e, Cat 6 케이블로 카테고리 5, 카테고리 6을 줄여서 부름
카테고리 마다 물리적 특성이 다른데 구리 쌍선의 꼬임수에 따라 사용 가능한 길이 및 전송 속도가 달라짐, 전압을 사용
Crosstalk(크로스토크) : 전선의 전기 펄스가 다른 전선에서 우연히 감지되는 현상
파이버 케이블(Fiber cables) : 광섬유 케이블, 광섬유란 사람 머리카락 너비 정도의 유리로 만들어진 작은 튜브로 빛의 광선을 전송할 수 있으며, 빛의 펄스를 사용하여 기본 데이터의 1과 0을 나타냄
외부 소스의 전자기 간섭이 많은 환경에서 사용되기도 하며 구리 케이블보다 더 빠르게 데이터를 전송할 수 있지만 훨씬 비싸고 깨지기 쉬우나 잠재적인 데이터 손실 없이 구리보다 훨씬 더 긴 거리로 데이터를 전송할 수 있는 장점이 있음
컴퓨터 데이터 센터에서 사용하는 경우가 많음
2. 허브 및 스위치
Hub(허브) : 한번에 많은 컴퓨터에서 연결할 수 있는 물리적 계층 기기, 허브에 연결된 각 시스템은 들어오는 데이터가 필요한지 결정하고 필요하지 않을 경우 무시하게 됨
네트워크에 많은 노이즈가 발생하고 충돌 도메인이라는 것이 생성
계층 1, 물리적 계층 기기
Collosion domain(충돌 도메인)
한번에 하나의 기기만 통신할 수 잇는 네트워크 세그먼트, 여러 시스템에서 동시에 데이터를 전송하려고 하면 케이블을 통해 전송된 전기 펄스가 서로 간섭할 수 있음
Network Switch(네트워크 스위치) : 스위칭 허브, 많은 기기를 연결하여 통신할 수 있도록 한다는 점에서 허브와 매우 유사하지만 스위치는 계층 2, 즉 데이터 링크 기기라는 점에서 차이가 있음
스위치는 네트워크를 통해 전송되는 이더넷 프로토콜 데이터의 내용을 실제로 검사할 수 있다는 의미로 데이터가 사용될 시스템을 확인한 다음 해당 데이터를 해당 시스템으로 전송, 이더넷 데이터를 검사하여 전송할 위치를 결정하는 것
3. 라우터
허브(Hubs, 계층 1 기기)와 스위치(Switchs, 계층 2 기기)는 일반적으로 LAN, 즉 근거리 통신망이라는 당일 네트워크에서 컴퓨터를 연결하는데 사용되는 기본 기기
라우터(Router)
독립적인 네트워크 간에 데이터를 전달라는 방법을 알고 있는 기기, 계층 3 인 네트워크 계층에서 작동
IP 데이터를 검사하여 전송할 위치를 결정
내부 테이블을 저장하는데 전 세계의 다양한 네트워크 간에 트래픽을 라우팅 하는 방법에 대한 정보가 포함되어 있음
BGP(경계 게이트웨이 프로토콜)로 알려진 프로토콜을 통해 서로 데이터를 공유하여 트래픽을 전달할 가장 최적의 경로를 학습하며, 트래픽을 올바른 위치로 전송하기 위한 글로벌 가이드
가장 일반적인 라우터 유형은 홈 네트워크 또는 소규모 사무실용으로 매우 상세한 라우팅 테이블이 없음
주로 가정이나 사무실 LAN 내부에서 발생하는 트래픽을 ISP(인터넷 공급자)에 전달하는 것, 트래픽이 ISP에 도착하면 더욱 정교한 유형의 라우터가 인수하는 방식
코어 라우터는 인터넷의 백본을 형성하고 인터넷을 통해 데이터를 보내고 받는 방식을 직접적으로 책임지며, 다른 많은 라우터에 다양하게 연결되어 있음
코어 ISP 라우터는 훨씬 더 많은 트래픽을 처리할 뿐만 아니라 트래픽을 전송할 위치를 결정할 때 훨씬 더 복잡한 과정을 처리함
4. 서버 및 클라이언트
노드(Nodes) : 모든 네트워크 기기
대부분의 네트워크 지형에서는 각 노드가 주로 서버 또는 클라이언트
서버(server) : 데이터를 요청하는 대상에 해당 데이터를 제공하는 것, 클라이언트에 데이터를 제공할 수 있는 모든 것
클라이언트(Clients) : 데이터를 수신하는 것
- 물리적 계층
- 연선(twisted pair cable) : 연선 케이블, 구리선 쌍이 함께 꼬여 있기 때문, 라인 코딩
- 표준 Cat 6 케이블 : 단일 피복 안에 꼬인 쌍선 4개, 총 8개의 전선으로 구성
- 이중 통신(Duplex Communication) : 정보가 케이블을 통해 양방향으로 흐를 수 있다는 개념(ex. 전화)
- 단방향(Simplex Communication) 통신 : 단일 방향으로 흐름(ex. 베이비 모니터)
- 전이중(Full duplex) : 네트워킹 양쪽에 있는 기기가 정확히 동시에 서로 통신할 수 있음
- 반이중(Half-duplex) : 각 방향으로 통신이 가능하지만 한 번에 하나의 기기만 통신할 수 있음
- 네트워크 포트 및 패치 패널
물리적 계층이 작동하는 방식의 마지막 단계는 네트워크 링크의 엔드포인트에서 발생
가장 일반적인 플러그 : RJ45(Registered Jack 45)
네트워크 포트 : 보통 컴퓨터 네트워크를 구성하는 기기에 직접 연결
스위치는 많은 기기를 연결하는 용도로 사용되기 때문에 네트워크 포트가 많음
패치 패널은 많은 네트워크 포트가 포함된 기기로 다른 작업을 수행하지 않고 많은 케이블을 연결하는 엔드포인트의 컨테이너 역할만 함
그 외의 케이블은 일반적으로 패치 패널에서 스위치 또는 라우터로 연결되어 해당 링크의 다른긑에 있는 컴퓨터에 네트워크로 엑세스 할 수 있도록 함
- 데이터 링크 계층
이더넷 및 MAC 주소
- 이더넷 : 개별 링크를 통해 데이터를 전송하는 데 가장 널리 사용되는 프로토콜로 이더넷과 데이터 링크 계층은 스택 상위 수준에 있는 소프트웨어가 데이터를 보내고 받는 수단을 제공
충돌 도메인 등의 문제를 반송파 감지 다중 접속 및 충돌 감지라는 기술을 사용하여 문제 해결(CAMA/CD)
MAC주소를 사용하여 전송하는 데이터에 전송을 보낸 시스템과 전송을 받을 시스템의 주소를 모두 제공하여 단일 충돌 도메인 역할을 하는 네트워크 세그먼트에서도 해당 네트워크의 각 노드는 트래픽이 언제 전송되는지를 알 수 있음
- MAC 주소(Media Access Control Address) : 미디어 엑세스 제어 주소, 개별 네트워크 인터페이스에 연결된 전역 고유 식별자
일반적으로 16진수(Hexadecimal) 숫자 2개로 구성된 그룹 5개로 표현되는 48비트 숫자
옥텟(Octet) : MAC 주소에서 각 숫자 그룹을 말하는 또다른 방법, 컴퓨터 네트워킹에서 옥텟은 8비트로 표현할 수 있는 모든 숫자
MAC 주소에서 처음 3개의 옥텟은 조직 고유 식별자 즉, OUI(Organizationally Unique Identifier)는 IEEE(Institue of Electrical and Electronics Engineers)에서 개별 하드웨어 제조업체에 할당
MAC 주소에서 마지막 3개의 옥텟은 모든 MAC 주소를 전역으로 고유하게 유지하기 위해 가능한 각 주소를 한번만 할당하는 조건으로 제조업체가 원하는 방식대로 할당할 수 있습니다.
유니캐스트, 멀티캐스트 및 브로드 캐스트
유니캐스트 : 한 기기에서 다른 한 기기로 데이터를 전송하는 방법, 항상 하나의 수신 주소에만 적용
멀티캐스트 : 로컬 네트워크 신호의 모든 기기로 설정, 고유한 하드웨어 MAC 주소 외에 조건에 따라 각 기기에서 수락하거나 거절한다는 점
브로드 캐스트 : 이더넷 브로드 캐스트 주소는 모두 F
이더넷 프레임 분석
데이터 패킷(Data packet) : 네트워크 링크를 통해 전송되는 바이너리 데이터 세트 한 개를 나타내는 포괄적인 용어
이더넷 프레임(Ethernet frames) : 이더넷 수준의 데이터 패킷, 특정 순서로 표시되는 고도로 구조화된 정보 모음
거의 모든 섹션은 필수 섹션이고 대부분 크기가 고정되어 있음
- 프리앰블(Preamble) : 8바이트 또는 64비트 길이이고 두 섹션으로 자체 분할, 처음 7개 바이트에는 1과 0이 번갈아 표시되며 이 섹션에서는 프레임간의 버퍼 역할을 일부하고 네트워크 인터페이스에서 내부 시계를 동기화하거나 데이터 전송속도를 조정하는데 사용되기도 함, 프리앰블의 마지막 바이트는 SFD(Start frame delimiter, 시작 프레임 구분기호)이 바이트는 프리앰블이 끝나고 뒤이어 실제 프레임 콘텐츠가 시작될 것임을 수신 기기에 알림
시작 프레임 구분 기로 바로 뒤에는 대상 MAC 주소가 오며 이 주소는 의도된 수신 기기의 하드웨어 주소, 그 뒤에는 소스 MAC주소, 또는 프레임이 시작된 위치가 옴 - 이더타입필드(EtherType field) : 16비트 길이의 필드로 프레임 콘텐츠의 프로토콜을 설명하는데 사용됨
- VLAN 헤더(VLAN header) : 프레임 자체가 VLAN 프레임이라는 것을 나타내며, VLAN 헤더가 있으면 그 뒤에 EtherType가 옴
VLAN(Virtual LAN, 가상 LAN)으로 동일한 물리적 장비에서 여러개의 논리적 LAN을 운영하는 기술
VLAN 태그가 있는 프레임은 특정 태그를 릴레이 하도록 구성된 스위치 인터페이스에서만 전송되며 여러개의 LAN인 것처럼 작동하는 한 개의 물리적 네트워크를 가질 수 있음, 일반적으로 다양한 형태의 트래픽을 분리하는데 사용 - 데이터 페이로드(Data payload) : 네트워킹 용어로 페이로드(Payload)는 전송되는 실제 데이터 이며 헤더가 아닌 모든 항목을 나타냄, 기존 이더넷 프레임의 데이터 페이로는 길이가 16~1500 바이트인데 여기에는 IP, 전송, 애플리케이션 계층과 같은 상위 계층에서 실제로 전송되는 모든 데이터가 포함,
- 프레임 검사 시퀀스(Frame Check Sequence) : 전체 프레임의 체크섬 값을 나타내는 4바이트 또는 32비트 숫자, 프레임에 대해 순환 중복 검사를 수행하여 계산됨,
순환중복 검사(Cyclical Redundacy Check, CRC) : 데이터 무결성에 중요한 개념이며 네트워크 전송 뿐만 아니라 컴퓨팅 전반에서 사용, 기본적으로 다항식 나누기를 사용하여 더 큰 데이터 세트를 나타내는 숫자를 만드는 수학적 변환, 데이터 세트에 대해 CRC를 수행할 때마다 동일한 체크섬 수가 나와야 함,
이더넷 프레임에 CRC가 포함되는 이유는 수신 네트워크 인터페이스가 손상되지 않은 데이터를 수신했는지 추론 할 수 있게 하기 때문
- VLAN 헤더(VLAN header) : 프레임 자체가 VLAN 프레임이라는 것을 나타내며, VLAN 헤더가 있으면 그 뒤에 EtherType가 옴
기기는 인터넷 프레임을 전송할 준비가 되면 대상 및 원본 MAC 주소, 데이터 페이로드 등 모든 정보를 수집하며, 데이터에 대해 CRC를 수행하고 결과 체크섬 수를 프레임 끝에 프레임검사 시퀀스로 추가함
이 데이터는 링크를 통해 전송되고 데이터에 다른쪽 끝에서 수신됨
이더넷 프레임의 모든 다양한 필드가 수집되고 수신측에서 해당 데이터해 대해 CRC를 수행한 후 수신 측에서 계산된 체크섬이 프레임 검사 시퀀스 필드의 체크섬과 일치하지 않으면 데이터를 버림, 전송 중에 일부 데이터가 손실되거나 손상되었을 수 있기 때문
상위 계층의 프로토콜이 해당 데이터를 재전송해야하는지를 결정하고 이더넷 자체는 데이터 무결성에 대해 보고만 하고 데이터 복구는 실행하지 않음