네트워크?
컴퓨터끼리 연결해서 데이터를 교환하는 시스템
범위에 따라 랜(LAN, Local Area Network)과, 왠(WAN, Wide Area Network)로 나뉨
LAN
: 가정이나 사무실 등 하나의 거점 내부를 연결하는 네트워크
[LAN 특징]
랜은 두가지 접속 방법이 있음
-> 케이블로 접속하는 유선 랜과 전파로 접속하는 무선 랜
1. 유선랜 : 인터넷 -> ONU -> 라우터 -> 스위치 -> 컴퓨터 (랜 케이블 연결)
2. 무선랜 : 인터넷 -> ONU -> 라우터 -> 컴퓨터 (전파로 통신)
유선랜은 규격으로 대부분 이더넷을 사용함
이더넷은 랜에 이용되는 물리적인 회선이나 접속 커넥터에 관해 정해진 규격으로, OSI 참조 모델의 1층과 2층(물리계층, 데이터링크 계층)에 해당됨
무선 랜은 규격으로 IEEE라는 표준화 기구가 정한 IEEE 802.11 시리즈가 표준이며 IEEE 802.11 기기와 관련한 업계 단체인 Wi-Fi Alliance가 이 표준에 따라 만들어진 제품 간 호환성을 인증하는데, 이 인증을 와이파이라 함
WAN
: 거점과 거점을 연결하는 네트워크
[WAN 특징]
왠은 거점과 거점을 연결하고자 통신 사업자가 제공하는 통신 회선 서비스를 이용하는 네트워크
유선으로 연결된 왠 서비스 이외에 이동 통신망을 사용한 무선 통신도 있으며, 그 예로 휴대전화를 들 수 있음
이런 무선 통신을 두고 무선 왠(WWAN, Wireless WAN)이라고 함
네트워크 구성요소
1. PC, 휴대 전화 등 : 사용자가 일반적으로 이용하는 단말
2. 서버 : 어떤 서비스를 제공하는 컴퓨터
3. 스위치 : 유선 랜을 묶는 것, 단순히 유선 랜을 묶는 것을 L2 스위치, 네트워크와 네트워크를 연결하는 기능이 있는 것을 L3스위치, 부하 분산 및 애플리케이션에 맞게 통신을 제어할 수 있는 고급 스위치를 L4 스위치나 L7 스위치 등으로 부름
4. 무선 엑세스 포인트 : 무선 랜을 묶는 것, 유선 랜과 중개도 함
5. ONU : 자택이나 회사 등에 끌어온 광 회선과 공유기 사이에 설치되어 광 회선과 공유기를 연결하고 광 신호와 디지털 신호를 변환하는 장치
6. 라우터 : 네트워크와 네트워크를 연결하는 기능이 있는 네트워크 장비, 랜과 인터넷의 경계에 설치되어 네트워크 간 다리를 놓거나, 거점과 거점을 연결하거나, 여러 단말기로 네트워크 회선을 공용하는 역할
7. 방화벽 : 라우터와 마찬가지로 네트워크 경계에 놓이는 장비이며, 보안과 관련한 기능을 풍부하게 갖춘 장비
인터네트워킹
일반적으로 컴퓨터 네트워크를 확장하는 방법은 두 가지가 있음
- 한 네트워크를 키워 가기
- 네트워크와 네트워크를 연결해 넓혀 가기
복수 네트워크를 서로 연결하는 것을 인터네트워킹이라고 함(2번째 방식)
그리고 전 세계적으로 인터네트워킹을 하는 것이 인터넷임
인터네트워킹의 장점은 불필요한 통신을 네트워크 전체로 확산시키지 않는다는 것과 고장이나도 영향이 광범위하게 퍼지는 것을 막을 수 있다는 것임
또한 개별 네트워크를 각 조직의 방침에 따라 관리할 수 있음
네트워크와 인터넷의 관계
조직(AS)
인터넷은 전 세계 여러 조직의 네트워크가 서로 연결된 것
이 조직 단위를 AS라고 함
AS란, 인터넷을 구성하는 단위인 어느 하나의 관리 주체로 보유 운용되는 독립된 네트워크를 의미함
AS가 많이 연결되어 인터넷을 형성함
조직의 예) KT, SKT, LG U+ 같은 인터넷 서비스 제공자(ISP)
인터넷의 특징 중 하나는 특정 관리 조직이 존재하지 않는다는 것
인터넷과 왠의 차이
인터넷은 전 세계의 네트워크를 연결한 세계적 규모의 네트워크임
네트워크와 네트워크를 연결할 때는 통신 사업자의 왠 회선으로 연결하며, 거점과 거점을 연결하는 부분이 왠이며, 왠으로 연결된 네트워크 전체가 인터넷임
프로토콜
컴퓨터끼리 통신하기 위해서는 공통된 약속이 필요함
이러한 공통된 약속을 프로토콜이라고 하며, 지금은 TCP/IP라는 것이 주류
OSI 참조 모델
또 하나 알아 둘 프로토콜 계층 모델은 OSI 참조 모델임
이것은 TCP/IP 4계층 모델처럼 컴퓨터가 가져야만 하는 통신 기능을 계층 구조로 나눈 모델이자 벤더 간에 상호 통신할 수 있는 네트워크 모델로, 통일 규격임
계층이 높아질수록 사용자에 가깝고, 낮을 수록 기기에 가까움
스위치로 예를 들면,
스위치는 랜 케이블을 모으는 장치로, 조건에 맞게 통신을 중계함
어떤 계층의 정보를 바탕으로 중계하냐에 따라 명청이 달라짐
이더넷 범위에서 처리하는 것은 L2스위치, 라우팅이 가능한 것은 L3 스위치, TCP로 배분할 수 있는 것은 L4 스위치, 응용 프로그램 레발에서 배분할 수 있는 것은 L7 스위치임
[참고]
L4 로드밸런서와 L7 로드밸런서의 차이
-> 로드 밸런서는 트래픽을 받아 여러 대의 서버에 분산시키는 하드웨어 or 소프트웨어임
부하 분산에는 L4 로드밸런서와 L7 로드밸런서가 사용되며, 이는 L4 부터 Port를 다룰 수 있기 때문
L4 로드밸런서 :
IP, Port를 기준으로 스케줄링 알고리즘을 통해 부하를 분산함
클라이언트에서 로드밸런서(DNS)로 요청을 보냈을 때 최적의 서버로 요청을 전송하고 결과를 클라이언트에게 전송
즉, 요청하는 서비스의 종류와 상관 없이 공장을 여러 개 돌리는 것
L7 로드밸런서 :
L7 위에서 동작하기에 IP, Port 이외에도 URI, Payload, Http Header, Cookie 등의 내용을 기준으로 부하를 분산
그래서 콘텐츠 기반 스위칭이라고도 함
L4 로드밸런서가 단지 부하를 분산한다면, L7 로드밸런서는 요청의 세부적인 사항을 두고 결제만 담당하는 서버, 회원가입만을 담당하는 서버 등으로 분리해서 가볍고 작은 단위로 여러 개의 서비스를 운영하고 요청을 각각의 서버에 분산할 수 있는 것
* URI와 URL의 차이?
URI : 특정 리소스를 식별하는 통합 자원 식별자. 웹 기술에서 사용하는 논리적 혹은 물리적 리소스를 식별하는 고유한 문자열 시퀀스
URL : 흔히 웹 주소로 불리며, 컴퓨터 네트워크 상에서 리소스가 어디에 있는지 알려주기 위한 규약으로, URI의 서브넷임
-> URI는 식별하고, URL은 위치를 가르킨다.
주소
통신에서 통신 상대를 특정하는 식별 정보.
주소가 있기에 비로소 원하는 상대방과 통신할 수 있는 것
IP 주소
TCP/IP에서 컴퓨터를 식별하려고 할당되는 번호
IP 주소에는 프라이빗 IP 주소와 글로벌 IP 주소가 있음
랜 내부에서 사용되는 것이 프라이빗 IP 주소, 인터넷에서 사용되는 것이 글로벌 IP 주소임
MAC 주소
컴퓨터나 라우터 등 네트워크 기기에 처음부터 할당된 번호인 MAC 주소를 IP 주소와 조합해야 비로소 컴퓨터끼리 통신이 가능해짐
주소를 이용한 통신 흐름과 ARP
같은 네트워크에 속한 컴퓨터끼리 통신할 때는 우선 IP 패킷을 보내고 싶은 상대의 MAC 주소를 조사하고, 그 주소로 패킷을 보내는 흐름이 됨
IP 패킷을 보내고 싶은 상대의 MAC 주소를 조사할 때 사용하는 것이 ARP
ARP란, IP 주소에 대응하는 MAC 주소를 알아내려고 네트워크 전체에 패킷을 보내면(ARP Request), 자신을 찾는 것을 안 컴퓨터가 응답(ARP reply)함으로써 MAC 주소와 IP 주소를 연결하여 통신할 수 있게 하는 일련의 시스템
반면,
다른 네트워크에 속한 컴퓨터와 통신하면 라우터 또는 L3 스위치가 사용됨
자신과 다른 네트워크의 IP 주소와 통신할 때 컴퓨터는 미리 지정된 게이트웨이라는 IP 주소로 통신을 보냄
기본 게이트웨이는 다른 네트웨크로 데이터를 전송하는 방법을 알고 있으며 일반적으로 라우터가 그 역할을 수행함
이때 ARP를 사용해 조사하는 것은 목적지의 IP 주소에 대응하는 MAC 주소가 아니라 기본 게이트웨이에 대응하는 MAC주소임.
패킷
통신할 때 데이터를 교환하는 방법에는 회선 교환과 패킷 교환 두 가지가 있음
- 회선 교환 : 전화에 가까운 이미지로 데이터를 교혼하는 동안 계속해서 회선을 점유하는 방식임. 일반적으로 일대일로 주고받아 통신 중 다른 상대와 통신할 수 없음. 이는 여러 상대와 동시에 데이터를 주고 받는 경우가 있는 컴퓨터의 네트워크에는 효율적이지 못함
패킷 교환 방식 :
주고 받는 데이터를 '패킷'이라고 하는 작은 덩어리로 나누고, 회선을 공용해서 복수의 통신을 내보내는 방식
운송장 -> 헤더, 화물 -> 페이로드
IP 주소 분석
컴퓨터가 출하되었을 때는 MAC 주소만 있고 IP 주소는 없음
컴퓨터를 라우터에 연결해야 비로소 라우터에서 IP 주소를 받아옴
-> 라우터에서 IP 주소를 자동으로 할당받는 기술을 DHCP라고 함
1. DHCP Discover : DHCP 클라이언트가 DHCP 서버를 찾고자 네트워크에 통신
2. DHCP Offer : DHCP 서버가 DHCP 클라이언트에 설정을 제안하는 통신
3. DHCP Request : DHCP 클라이언트가 DHCP 서버에 제안된 설정의 세부사항을 요청하는 통신
4. DHCP Ask : DHCP 서버가 DHCP 클라이언트에 설정의 세부 사항을 지정하는 통신
서브넷 마스크
IPv4 주소는 xxx.xxx.xxx.xxx 형식으로 표기됨
이는 8자리 2진수 4개임
또 IP 주소는 네트워크부와 호스트부로 나뉨
네트워크부는 어떤 네트워크를 나타내는 정보이고, 호스트부는 그 네트워크 안의 컴퓨터를 특정하는 정보임
IPv4 주소에서 네트워크부가 어디부터 어디까지인지 나타내는 것이 넷마스크(서브넷 마스크)임
- IP 주소 : 192.168.1.1
- 서브넷 마스크 : 255.255.255.0
- 네트워크 주소 : 192.168.1.0
- 브로드캐스트 주소 : 192.168.1.255
IP 주소의 할당과 관리
호스트 부는 2진수 8자리이기에 10진수로 말하면 0~255의 네트워크 호스트부로 이루어져있지만, 할당할 수 없는 숫자가 있음
호스트부의 시작 숫자(0)와 마지막 숫자(255)임
호스트부가 모두 0으로 된 것을 네트워크 주소라 하며, 그 네트워크 자체를 나타냄
한편 호스트부를 모두 1로 한 것은 브로드캐스트 주소이며, 로컬 네트워크 전체에 통신을 보낼 때 사용함
이러한 의미를 지닌 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소는 컴퓨터 등 기기에 할당할 수 없음
그렇기에 사용자가 사용할 수 있는 IP 주소 개수는 256(0~255)에서 2개를 뺀 254개임
실제로는 라우터 등 네트워크 기기에도 IP주소가 필요하므로 기기에 할당할 수 있는 IP주소는 한층 더 줄어듦
클래스 및 가변 길이 서브넷 마스크
IP 주소는 네트워크부 길이에 따라 클래스가 나뉨
주요 클래스 : 클래스 A(/8), 클래스 B(/16), 클래스 C(/24)
그러나 서브넷 마스크가 반드시 클래스를 따라야 하는 것은 아님
클래스의 서브넷 마스크 길이를 변경하여 네트워크 크기를 바꾼 것을 가변 길이 서브넷 마스크라고 함
예를 들어, 192.168.0.0/24인 네트워크 세그먼트를 랜에 할당했을 때 IP주소가 부족하면 서브넷 마스크를 변경할 수 있음
255.255.255.0에서 255.255.254.0으로 변경하면 호스트부가 그만큼 넓어져 할당할 수 있는 IP주소도 늘어남
다만, 처음부터 호스트부를 넓게 잡아두면 ARP등으로 브로드캐스트 통신량이 증가해 필요한 만큼 적절한 크기로 설정해야함
데이터가 전송되는 메커니즘
컴퓨터가 3대 있다 가정해보자
- 네트워크 A에 속한 컴퓨터 A
- 네트워크 B에 속한 컴퓨터 B
- 네트워크 C에 속한 컴퓨터 C
컴퓨터 A가 컴퓨터 B,C로 통신할 때, 각각 다른 네트워크에 속해있어 직접 데이터를 보낼 수 없음.
그래서 라우터가 개입됨
컴퓨터 A가 컴퓨터 B에 데이터를 보낼 때 어떤 라우터로 보내야 할지 모르는 경우, 컴퓨터 A는 기본 게이트웨이라고 하는 라우터로 데이터를 송신함
기본 게이트 웨이란, '규정 수신처'를 의미하며, 전송할 라우터가 정해져 있지 않은 경우에는 반드시 이곳으로 보냄
컴퓨터 A의 기본 게이트웨이가 네트워크 A와 B에 속할경우 컴퓨터 A로부터 통신을 컴퓨터 B로 전송할 수 있음
라우터가 수행하는 작업을 라우팅이라고 함
컴퓨터 A에서 컴퓨터 C로 보낼 때, 컴퓨터 A는 네트워크 C로 데이터를 보낼 때 라우터로 보낸다는 것을 알고있고 이는 라우팅 테이블에 기록되어 있음
라우팅 테이블에서는 네트워크로의 통신을 어느 라우터로 전달해야 하는지 기록되어있음
라우팅 테이블에 따라 기본 게이트웨이로 보내거나 직접 대상 라우터로 보낼 수 있는 구조로 되어있음
라우터에서 라우터로 전송
인터넷이나 기업 네트워크에서는 라우터 여러 대가 연결되어 있고, 그 라우터들을 통해 통신함
이때, 라우터도 자신이 속해 있지 않거나 보낼 곳을 모르는 네트워크와 통신해야 할 수 있음
라우터에도 기본 게이트웨이(기본 라우터)가 있음
기본 라우터로 통신을 전송하면 기본 라우터가 다시 전송처를 찾는 식으로 버킷 릴레이를 반복해 네트워크가 성립
포트 번호
TCP/UDP 모두 포트 번호가 있음
포트 번호는 통신하는 대상 컴퓨터의 애플리케이션을 특정하는 번호임
포트 번호는 3가지 종류로 나뉨
- well-known port : 0 ~ 1023 범위이며, 애플리케이션(서버측)에서 사용
- registered port : 1024 ~ 40151 범위이며, well-known 포트에 없는 독자적으로 만들어진 애플리케이션에서 사용하는 포트 번호
- dynamic port : 49152 ~ 65535 범위이며, 애플리케이션에서 사용하는 포트 번호
동적 포트 번호는 출발지 접속 포트 번호로 이용됨
ICMP
TCP/IP가 구현된 컴퓨터 및 네트워크 기기 사이에서 통신 상태를 확인할 때 이용하는 프로토콜
OSI 참조 모델 3계층에서 동작하며, 계층은 IP와 동일하지만 IP 위에서 동작하는 프로토콜임
ping이나 tracert 명령어 등이 ICMP 프로토콜을 사용하는 프로그램임
TCP나 UDP를 사용하지 않고 단독으로 움직이기에 3계층 상위인 4계층의 TCP와 UDP와 사실상 동등한 위치
TCP와 UDP를 거치지 않고 동작하므로 포트 번호는 없음
NAT
NAT(Network Address Translation)은 IP주소를 변환하는 기술
IP 주소에서는 프라이빗 IP주소와 글로벌 IP주소가 있음
그 중 랜 내에서 사용되는것이 프라이빗 IP주소이며, 인터넷에서 사용되는 것이 글로벌 IP주소임
여기서 프라이빗 IP주소를 가진 컴퓨터로 인터넷 상의 글로벌 IP주소를 가진 서버에 접속한다고 가정할 때, 프라이빗 IP 상태로는 인터넷 상에서 라우팅할 수 없음
그래서 라우터가 프라이빗 IP를 글로벌 IP주소로 변환해주어야만 데이터를 전송할 수 있음
이가 NAT임
프라이빗 IP 주소에 사용할 수 있는 IP 주소
프라이빗 IP 주소로 사용할 수 있는 IP 주소는 세 가지 클래스로 정해짐
- 클래스 A : 10.0.0.0/8
- 클래스 B : 172.16.0.0/12
- 클래스 C : 192.168.0.0/16
CIDR
목적지 여러개를 모은 것