[CS] 네트워크 기초 지식 정리(3/3)

네트워크 기기

네트워크 기기의 처리 범위

• 네트워크 기기는 계층별로 처리 범위를 나눌 수 있음.
  • 애플리케이션 계층 : L7 스위치
  • 전송 계층: L4 스위치
  • 인터넷 계층: 라우터, L3 스위치
  • 데이터 링크 계층: L2 스위치, 브리지
  • 물리 계층: NIC, 리피터, AP
• 상위 계층을 처리하는 기기는 하위 계층을 처리할 수 있지만 그 반대는 불가.

L7 스위치

• 스위치는 여러 장비를 연결하고 데이터 통신을 중재하며 목적지가 연결된 포트로만 전기 신호르 ㄹ보내 데이터를 전송하는 통신 네트워크 장비.
• L7 스위치는 로드밸런서라고도 하며, 서버의 부하를 분산하는 기기.
• 클라이언트로부터 오는 요청들을 뒤쪽의 여러 서버로 나누는 역할을 하며 시스템이 처리할 수 있는 트래픽 증가를 목표.
• URL, 서버, 캐시, 쿠키들을 기반으로 트래픽을 분산.
• 바이러스, 불필요한 외부 데이터 등을 걸러내는 필터링 기능 또한 가지고 있으며 응용 프로그램 수준의 트래픽 모니터링도 가능.
• 장애가 발생한 서버가 있다면 이를 트래픽 분산 대상에서 제외해야 하는데, 이는 정기적으로 헬스 체크를 이용하여 감시하면서 이루어짐.
  • 헬스 체크: L4 스위치 또는 L7 스위치 모두 헬스 체크를 통해 정상적인 서버 또는 비정상적인 서버를 판별하는데, 전송 주기와 재전송 횟수 등을 설정한 이후 반복적으로 서버에 요청을 보내는 것. 서버에 부하가 되지 않을 만큼 요청 횟수가 적절해야 함.
• L4 스위치와 L7 스위치 차이
  • L4 스위치는 전송 계층을 처리하는 기기로 스트리밍 관련 서비스에서는 사용할 수 없으며 메시지를 기반으로 인식하지 못하고 IP와 포트를 기반으로 트래픽을 분산.
• 로드밸런서를 이용한 서버 이중화
  • 서비스를 안정적으로 운용하기 위해서는 2대 이상의 서버는 필수적. ➡️ 에러가 발생하여 서버 1대가 종료되더라도 서비스는 안정적으로 운용되어야 하기 때문.
  • 로드밸런서는 2대 이상의 서버를 기반으로 가상 IP를 제공하고 이를 기반으로 안정적인 서비스를 제공함.

라우터

• 여러 개의 네트워크를 연결, 분할, 구분시켜주는 역할.
• 다른 네트워크에 존재하는 장치끼리 서로 데이터를 주고받을 때 패킷 소모를 최소화하고 경로를 최적화하여 최소 경로를 패킷을 포워딩하는 라우팅을 하는 장비.

L3 스위치

• L2 스위치의 기능과 라우팅 기능을 갖춘 장비.
• 라우터는 소프트웨어 기반의 라우팅과 하드웨어 기반의 라우팅을 하는 것으로 나눠지고 하드웨어 기반의 라우팅을 담당하는 장치.

L2 스위치

• 장치들의 MAC 주소를 MAC 주소 테이블을 통해 관리하며, 연결된 장치로부터 패킷이 왔을 때 패킷 전송을 담당.
• IP주소를 이해하지 못해 IP 주소를 기반으로 라우팅은 불가능. 단순히 패킷의 MAC 주소를 읽어 스위칭하는 역할을 함.
• 목적지가 MAC 주소 테이블에 없다면 전체 포트에 전달하고 MAC 주소 테이블의 주소는 일정 시간 이후 삭제하는 기능도 있음.

브리지

• 두 개의 근거리 통신망을 상호 접속할 수 있도록 하는 통신망 연결 장치.
• 포트와 포트 사이의 다리 역할을 하며 장치에서 받아온 MAC 주소를 MAC 주소 테이블로 관리함.

NIC(Network Interface Card)

• LAN 카드라고 하는 네트워크 인터페이스 카드는 2대 이상의 컴퓨터 네트워크를 구성하는 데 사용하며, 네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있도록 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드.
• 각 LAN 카드에는 각각을 구분하기 위한 고유의 식별번호인 MAC 주소가 있음.

리피터

• 들어오는 약해진 신호 정도를 증폭하여 다른 쪽으로 전달하는 장치.

AP

• AP에 유선 LAN을 연결한 후 다른 장치에서 무선 LAN 기술(와이파이 등)을 사용하여 무선 네트워크 연결 가능.

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IP 주소

ARP(Address Resolution Protocol)

• IP 주소로부터 MAC 주소를 구하는 IP와 MAC 주소의 다리 역할을 하는 프로토콜.
• ARP를 통해 가상 주소인 IP 주소를 실제 주소인 MAC 주소로 변환. 이와 반대로 RARP를 통해 실제 주소인 MAC 주소를 가상 주소인 IP 주소로 변환하기도 함.

홉바이홉(hop by hop) 통신

• IP 주소를 통신하는 과정
• hop by hop 자체로 건너뛰는 모습을 의미. 이는 통신망에서 각 패킷이 여러 개의 라우터를 건너가는 모습을 비유적으로 표현한 것.
• 통신 장치에 있는 라이팅 테이블의 IP를 통해 시작 주소부터 시작하여 다음 IP로 계속해서 이동하는 라우팅 과정을 거쳐 패킷이 최종 목적지까지 도달하는 통신.

라우팅 테이블

• 송신지에서 수신지까지 도달하기 위해 사요외며 라우터에 들어가 있는 목적지 정보들과 그 목적지로 가기 위한 방법이 들어있는 리스트.
• 게이트웨이와 모든 목적지에 대해 해당 목적지에 도달하기 위해 거쳐야 할 다음 라우터의 정보를 가짐.

게이트웨이

• 서로 다른 통신망, 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 관문 역할.
• 사용자는 인터넷에 접속하기 위해 수많은 톨게이트인 게이트웨이를 거쳐야 하며 게이트 웨이는 서로 다른 네트워크상의 통신 프로토콜을 변환해주는 역할을 하기도 함.

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IP 주소 체계

• IPv4와 IPv6로 나뉨.
• IPv4는 32비트를 8비트 단위로 점을 찍어 표기. IPv6는 64비트를 16비트 단위로 점을 찍어 표기.
• 클래스 기반 할당 방식
• A, B, C, D, E 다섯 개의 클래스로 구분하는 클래스 기반 할당 방식을 썼음.
• A, B, C는 일대일 통신으로 사용되고 클래스 D는 멀티캐스트 통신, 클래스 E는 앞으로 사용할 예비용으로 쓰는 방식.
• 네트워크의 첫 번째 주소는 네트워크 주소로 사용되고 가장 마지막 주소는 브로드 캐스트용 주소로 네트워크에 속해 있는 모든 컴퓨터에 데이터를 보낼 때 사용됨.
• 사용하는 주소보다 버리는 주소가 많은 단점이 있었고 이를 해소하기 위해 DHCP와 IPv6, NAT가 나옴.

DHCP

• IP 주소 및 기타 통신 매개변수를 자동으로 할당하기 위한 네트워크 관리 프로토콜.
• 이 기술을 통해 네트워크 장치의 IP 주소를 수동으로 설정할 필요없이 인터넷에 접속할 때마다 자동으로 IP주소를 할당 가능.

NAT

• 패킷이 라우팅 장치를 통해 전송되는 동안 패킷의 IP 주소 정보를 수정하여 IP 주소를 다른 주소로 매핑하는 방법.
• IPv4 주소 체계만으로는 많은 주소들을 모두 감당하지 못하는 단점이 있음. ➡️ NAT로 공인 IP와 사설 IP로 나눠서 많은 주소 처리.
• NAT를 가능하게 하는 소프트웨어는 ICS, RRAS, Netfilter등이 있음.

NAT를 이용한 보안

• NAT를 사용하면 내부 네트워크에서 사용하는 IP 주소와 외부에 드러나는 IP 주소를 다르게 유지할 수 있기 때문에 내부 네트워크에 대한 어느 정도의 보안이 가능해짐.

NAT 단점

• 여러 명이 동시에 인터넷을 접속하게 되므로 실제로 접속하는 호스트 숫자에 따라서 접속 속도가 느려질 수 있음.