기술노트 블로그

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WAN(Wide Area Network, 원거리 통신망)

- 국가나 대륙간의 넓은 지역을 연결하는 네트워크 (1000m 내외)

- 망과 망을 연결해서 넓은 단위로 연결해서 데이터를 전송하다 보니 전체적으로 속도가 느리고 전송률도 느리다.

- 구성 방식은 전용회선, 회선 교환망과 패킷 교환망 등이 있다. (망과 망을 연결하는 교환기의 종류가 회선 교환기로 구성되어 있으면 회선 교환망 그리고 패킷 교환기로 구성되어 있으면 패킷 교화망이라고 한다.)

SAN(Storage Area Network)

스토리지 에어리어 네트워크

스토리지 전용 고속 네트워크

파이버 채널을 이용해서 구성되고 저장장치들 간의 고속의 연결을 위하 망을 구축

호스트와 호스트를 연결을 하는데 특정한 호스트의 종류는 중요하지 않고, 호스트를 연결하는 저장장치 파이버 채널로 사용하고 있고 파이버 채널을 통해서 대용량의 데이터를 고속으로 전송한다.

일반적으로 서버가 클라이언트로 받은 입출력 요청을 블럭 I/O로 전환해서 SAN에 연결된 스토리지로 전송한다.

LAN 토폴리지(Topology)

- 토폴로지는 호스트 및 장비들의 물리적인 배치 형태이다. (장비들을 호스트)

- 토폴로지는 성형, 망형, 버스형, 링형, 트리형 등이 있다. (호스트들이 어떠한 모양으로 연결되어 있는지)

성형: 여러대의 컴퓨터가 허브나 스위치로 연결, 중앙집권식 구조, 네트워크 확장이 용이, 중앙 컴퓨터에서 고장이 나면 네트워크 전체가 사용이 불가능하므로 단점이다.

망형: 각 노드들이 1:1로 다 연결되어 있다. 마치 그물처럼 연결되어 있다. 그래서 Full Mesh 라고 부른다. 대량의 데이터를 1:1로 송수신하기 때문에 대용량 데이터를 전송할 때 적합하다. 하나의 노드가 고장이 나더라도 다른 시스템에 영향을 주지 않는다. 신뢰성이 높은 방식. 회선 구축 비용이 많이 든다.

버스형: 회선을 share한다. 하나의 통신회선을 여러 컴퓨터들이 공유해서 사용하는 형태. 네트워크 성능을 좌우한다. 장점으로는 노드들의 추가나 제거가 용이하고 설치 비용도 저렴하다. 노드 수가 직렬하게 되면 아무래도 병목 현상이 발생하고 네트워크 성능 저하를 초래한다. 통신회선을 share하기 때문에 문제가 발생하면 그 노드를 찾아내기 어렵다는 단점을 가지고 있다.

링형: 원을 그리듯이 각 장비들이 연결되어 있다. 각 노드가 좌우에 인접한 노드와 연결되어 있으면 원형이라고 이야기를 한다. 다음 컴퓨터에 재전송한다. 링형도 회선을 공유하기 때문에 누가 회선을 사용할 것인가에 대한 제어방식이 있다. 토큰 패싱이라는 방법으로 데이터를 전송한다. 링형은 노드 추가나 삭제가 용이하지 않다. 확장성이 용이하지 않다. 네트워크 환경이 자주 바뀌지 않는 경우 링형을 구성하는 것이 효과적. 데이터 전송 시 토큰패싱 기법을 사용하기 때문에 데이터 전송시 충돌도 없고 노드 숫자가 증가하더라도 망 성능의 저하가 적다.

트리형: 버스형 + 성형 확장시킨 것. 백본과 같은 공통 회선 share 회선을 하는 분기장치에서 보통 이러한 구조를 사용하게 된다. 트래픽 량이 증가할 때 병목 현상이 같이 증대할 수 있다는 단점을 가지고 있다.

매체 접근 제어 방식

여러 호스트들이 동일한 장비를 같이 공유해서 사용한다.

같은 LAN 공간에 있다라는 것은 같은 장비를 공유해서 사용.

충돌이나 경합 문제가 발생.

공유 매체를 사용할 경우 충돌이 일어나게 하지 않는 제어 기술이 필요하다.

이를 매체 접근 제어 방식이다.

가장 대표적인 방식이 CSMA/CD와 토큰 패싱이 있다.

CSMA/CD

CSMA/CD는 누군가가 데이터를 전송하려면 공유 매체를 누군가가 사용하고 있는지를 누군가가 감지를 하게 된다. 데이터를 아무도 사용하지 않으면 데이터를 전송을 하게 되고 만약에 누군가가 그 share매체를 사용하고 있다면 delay를 발생한다. 충돌이 발생하면 일반적으로 충돌이 발생한 구간에서 jam신호 같은 교통 사고가 일어난 것 처럼 딱 부딪치는 것과 동일하기 때문에 signal이 크게 발생한다. 트래픽끼리 충돌이 발생하면 jam신호를 발생해서 broadcast를 하게 된다. .jam신호를 받은 송신자들은 back off 알고리즘 동안 지연한 후에 데이터를 다시 전송을 하게 된다. 

보통 CSMA/CD는 이더넷 랜에서 일반적으로 사용하고 있는 충돌제어방식, 매체접근방식이다.,

토큰패싱(Token Passing)

링 랜 같은 랜에서 일반적으로 사용하는 매체 접근 제어 방식이다.

토큰에는 두가지 종류가 있다.

free token이 있고 busy token이 있는데

free token이 데이터를 전송하려고 하는 사람은 현재 토큰의 상태를 파악하게 된다.

free token이면 아무도 회선을 사용하지 않다.

busy token이면 누군가가 통신회선을 사용하고 있기 때문에 데이터를 전송할 수 없다.

충돌이 안 일어나게 하기 위해서 제어 신호가 free token인지 busy token인지 확인하고 free token이면 busy token으로 전환 후에 데이터를 전송하고 데이터가 전송이 완료되면 busy token을 다시 free token으로 전환시켜서 다른 사람들이 데이터를 전송할 수 있게 해놓는 방식.

LAN 구성 장비

1계층 장비

- 케이블(cable): 보호 외피나, 외장 안에 두개 이상의 전선이나 광섬유로 묶어서 사용하고 있다. 가장 일반적으로 LAN환경에서 사용하는 케이블은 UTP(외부적 간섭을 줄이기 위해서 트위스트 페어를 한 것) STP(실드를 해놓은것, 구리선을 은박지나, 은호일이나, 은 그물로 감싸고 있는 것을 실드라고 한다) 실드는 외부 간섭을 줄이기 위해서 하는 건데  아무래도 STP가 전기적 간섭은 덜 하겠고, UTP는 서로 구리선끼리 꼬임을 해서 전기적 간섭은 STP가 덜하지만 전송 거리나 전송 비용이나 속도나 이런 것들은 UTP나 STP가 동일하다. STP는 실드라는 작업을 했기 때문에 설치 비용이 비싼 편이다. 가격은 광케이블에 비해서 저렴하긴 하지만 실드라는 작업을 더 함으로써 UTP보다는 조금 더 비싼편. 성능은 똑같은데 가격은 더 비싸기 때문에 STP 보다는 UTP를 현업에서는 더 많이 사용한다. UTP도 전기적 간섭이 많지 않은 편이기 때문에 UTP를 써도 무방하다.

- 리피터(repeater): 신호 재생계, 증폭기라고 얘기를 하는데 신호가 거리가 멀어질 수록 점점 감쇄하는데 이런 재생기가 있으면 원음으로 복원을 해준다. 그래서 전송 거리를 확장시키는 기능이 있다.

- 허브(Hub): 신호를 전달해주는 장비, 증폭기 기능을 가지고 있다. 허브를 이용하면 리피터를 다시 둘 필요는 없다. 신호를 노드에 전달해주는 기능도 가지고 있다.

LAN 카드: 호스트가 네트워크에 접속할 수 있도록 컴퓨터내에 설치되는 확장 카드를 LAN 카드라고 얘기를 한다.

전기 신호를 데이터로 송신해서 변환하거나, 데이터를 전기 신호로 변환해서 송신하는 신호 변환 장치 기능도 내장되어 있다.

LAN 카드에는 MAC 어드레스가 할당되어 있어서 LAN 카드의 고유 식별자 번호를 보통 MAC 어드레스라고 한다. 그래서 이 MAC 어드레스를 이용해서 데이터의 수신여부를 판별한다. 

스위치와 브릿지는 거의 동일한 역할을 한다.

프레임을 버퍼에 저장하고 목적지 주소에 맞는 MAC Address를 보고 그 Mac Address에 해당하는 포트에다가 프레임을 전달하는 역할. 즉 허브 같은 경우는 signal로 데이터를 전달하는 방면 브릿지는 Mac address라고 하는 주소를 기반으로 해서 그 주소에 맞는 포트에다가 프레임을 전달해준다. 그리고 동일한 기능은 브릿지를 사용하는 이유가 데이터 전송 범위를 감소시키기 위해서 줄이기 위해서 segment를 분할해서 데이터를 전송할 때 브릿지 장비나 스위치를 사용한다.

- 브릿지: 처리 방식이 소프트웨어 기반의 방식이라서 전송속도가 느리다. 이를 보완한 장비가 스위치다.

- 스위치: 하드웨어 기반으로 데이터를 전송하는 방식을 취하기 때문에 전송속도가 빠르다.

스위치나 브릿지는 공통적으로 Mac 주소 테이블을 가지고 있다. Mac 테이블을 기반으로 프레임을 전송을 하게 되고 스위치 중에서는 스위칭 허브가 있다. 스위칭 허브는 전용 매체 기술을 이용해서 트래픽 병목 현상도 제거하고 있고 포트별로 전송속도도 보장하고 있다는 장점을 가지고 있다.

게이트웨이에 대해서 인터네트워크 장비이다. 네트워크와 네트워크를 연결해주는 장비. 네트워크와 네트워크사이에서 운영되는 장비라고 해서 인터네트워킹 장비라고 얘기한다,.

스위치, 브릿지, 허브는 인트라 네트워크, 하나의 네트워크 안에서 운영시키는 장비.

라우터와 게이트웨이는 네트워크와 네트워크를 연결하기 위한 장비로 사용된다고 이해하면 된다.

라우터는 보통 3계층 장비라고 얘기를 한다.

라우터는 3계층까지 지원해주는 장비라고 얘기를 한다.

서로 다른 망과 프로토콜을 사용하는 네트워크 장비간의 통신을 가능하게 해주는 장비이다.

망과 망을 연결해주는 핵심적인 통신 장비라고 정리하겠다.

망과 망을 연결을 할 때 최적 경로 선정으로 설정을 한다. 목적지까지 가는 경로설정 작업도 하는데 이 때 그냥 목적지까지 가능 경로를 다 선정하는 것이 아니라 여러개의 경로중에서 최고의 경로를 선정해서 데이터가 원활하게 전송될 수 있도록 해주는 기능을 지원해주는 기기가 라우터이다.

다음은 게이트웨이이다.

서로 다른 네트워크를 상호 연결해주는 네트워크 장비이다.

라우터 보다는 게이트웨이가 약간 라우터라고 하는 것을 포함하고 있다.

서로 다른 통신망이나 프로토콜들을 사용하고 있는 네트워크 간의 통신을 가능하게 해주는 통신 장비. 중개자 역할을 해준다.

UTP 케이블링

- 다이렉트 케이블: 양쪽 다 eidtie 568b 표준 연결을 해서 사용하는 것이고 이기종 장비간을 연결할 때 사용하는 케이블. 컴퓨터나 허브, 컴퓨터나 스위치,  라우터나 허브, 라우터나 스위치 이렇게 기종이 다른 장비를 연결할 때 보통 다이렉트 케이블을 사용. 568b 케이블 선의 규격.

- 크로스 오버 케이블: 한쪽은 568b고 한쪽은 568a로 구성해놓은 케이블을 크로스 오버 케이블이라고 한다. 같은 기종의 장비를 연결할 때 보통 사용한다. 컴퓨터나 컴퓨터, 스위치나 스위치 이러한 경우에는 크로스 오버 케이블을 사용한다고 이해하면 될 것 같다. 568a 규격

프로토콜의 개요와 기능

OSI 모델과 TCP/IP 모델을 살펴보겠다.

OSI 모델은 국제표준화 기구에서 이기종 시스템간에도 통신이 가능하기 위해서 만든 프로토콜 개발 지침서

OSI 참조 모델은 네트워크 기능을 총 7개의 계층을 나누어서 각 계층의 기능 및 프로토콜을 정의하고 있다.

참조 모델이라고 한다.

OSI 참조 모델을 기반으로 해서 실제 현업에서 사용되는 모델이 TCP/IP 모델이 있다.

OSI 7Layer를 현업에서 사용될 수 있게 변형된 Layer.

각 계층별 기능을 이해하고 있어야 한다.

응용 계층 -> 물리 계층으로 7개의 계층으로 되어 있다.

7응용계층: 사용자가 어떤 인터넷 서비스를 받으려고 할 때 그 인터페이스에 대한 Userinterface를 제공해주는 측을 응용계층이라고 이야기 한다. UI를 기반으로 실제 전송하려는 데이터가 생성이 된다.

6표현계층: UI를 통해서 데이터를 생성하게 되는데 일반적으로 그 데이터는 text 사람이 이해할 수 있는 문자이다. 이것을 기계어 같은 형태로 변환하는 인코딩 작업이나, 데이터가 사이즈가 큰 경우에 압축 작업 그리고 암호화 작업을 진행하는 계층을 표현 계층이라고 이야기를 한다.

5 세션계층: 프로그램들 간의 애플리케이션들의 즉 송수신지 간의 서비스를 연결 설정하거나 유지 해제하는 작업을 하는 것이 세션 계층이다.

4전송계층: end to end 간 연결에 관련된 작업을 전송계층이라고 이야기 한다. virtual circuit 논리적 통신로도 제공을 하고 있다.

3네트워크 계층: 논리적 주소를 사용. 논리적 주소라는 것은 ip를 말한다. ip주소를 이용해서 경로를 관리하거나 최적 경로 설정을 해주는 층을 3계층이라고 이야기를 한다.

2데이터링트 계층: 기능이 조금 많다. 데이터 전송 형식 결정, 매체접근 제어 기능. CSM/CD, 토큰패싱도 2계층에서 제공한다. 오류 검출 기능. 수신된 데이터에 오류가 있는지를 체크하는 부분.

1물리계층: 전기적, 기계적, 기능적으로 변환해서 데이터가 실제 전송하게 해주는 층을 물리계층이라고 한다.

프로그램 같은 경우 응용 계층, 표현 계층, 세션 계층은 소프트웨어가 제공을 해주게 되는데 분할하기가 조금 어렵다, 그래서 TCP/IP 계층을 총 4개의 계층으로 나누고 있다.

응용 계층은 UI, 부호화, 세션 등 7~5계층의 기능을 지원하는 층

전송계층은 4계층 지원

인터넷층은 3네트워크 층 지원

네트워크 인터페이스 층은 1~2층의 기능을 모두 가지고 있는 층을 네트워크 인터페이스 층이라고 정의하고 있다.

계층별 프로토콜

프로토콜이라고 얘기를 하면 특정 통신 기능을 수행하는 규약을 프로토콜로 정의하고 있다.

각 OSI 7Layer의 기능을 정의를 했다면 그 기능을 수행하기 위한 규악이 있어야 한다. 이를 프로토콜이라고 얘기를 하고 이러한 규약들이 지정이 되어야 두 노드 사이의 데이터 교환시에 통신 오류나 이런 것들을 피할 수 있다.

프로토콜을 구성하는 요소로는 형식, 의미, 순서가 있다. 

형식은 syntax, 의미는 semantic, 순서는 Timing이라고 얘기를 한다.

형식은 규약을 지정할 때 포맷이나 부호화 신호레벨들을 결정하게 하는 것.

의미는 어떻게 패턴을 정의할 것인지 어떻게 동작할 것인지 결정

순서는 속도 일치나 순서 제어등을 하게 되는 요소

각 프로토콜의 기능들에 대해서 명확하게 아는 것은 당연한데 어느 계층에 속하는 프로토콜인지도 명확하게 알아야 한다.

3인터넷 계층 프로토콜: IP, ICMP, IGMP, ARP, PARP

4전송 계층 프로토콜: TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Datagram Protocol)

7응용 계층 프로토콜: SMTP, POP, Telnet, SSH, FTP, HTTP, SNMP, TFTP, DHCP

IP는 송수신 호스트가 패킷 교환 네트워크에서 정보를 전송하게 해주는 가장 중요한 프로토콜 중 하나가 IP이다.

ICMP는 인터넷 컨트롤 메시지 프로토콜이라고 해서 송수신되는 데이터에 문제가 발생했너나 이상 유무를 전달해주는 메시지 프로토콜. ping등의 작업을 하게 되는데 ICMP가 다 제어한다.

IGMP는 인터넷 그룹 메시지 프로토콜로 멀티캐스트 관련된 작업을 제어해주는 프로토콜. 

ARP는 IP주소를 기반으로 해서 물리적 주소를 알아내기 위해서 사용되는 프로토콜.

RARP는 MAC address를 기반으로 해서 IP를 찾을 때 사용되는 프로토콜

TCP는 신뢰성이나 연결지향 작업

UDP는 비신뢰성 비연결성 지향 작업

SMTP는 심플 메일 트랜스퍼 프로토콜, 메일 전송 관련 프로토콜. 메일 송신에 관련된 프로토콜.

POP은 포스트 오피스 프로토콜로 메일의 수신을 담당하는 프로토콜.

메일 서비스를 받게 될 때 SMTP + POP이 연합이 되서 사용이 된다.

Telnet은 원격지 컴퓨터에 접속할 수 있게 해주는 서비스 프로토콜.

SSH 역시 Telnet과 마찬가지로 원격 접속을 가능하게 해주는 프로토콜이긴 한데 원격 서버에 접속됬을 때 전송되는 문자들이 clear test 암호화되지는 않는 반면 SSH는 암호화가 되어서 전송이 되 Telnet보다는 보안성을 강화시킨 원격접속 프로토콜.

FTP는 파일 전송 프로토콜. 대량의 데이터를 고속으로 전송할 때 일반적으로 사용하는 프로토콜.

HTTP는 웹 서비스를 이용하는 서버와 클라이언트 사이에서 사용하는 웹 서비스를 지원해주는 프로토콜.

SNMP는 심플 네트워크 메니지먼트 프로토콜로 네트워크 장비들을 관제하려고 할 때 감시나 통제하려고 할 때 일반적으로 사용하는 프로토콜.

TFTP는 FTP와 동일한 기능을 제공하다만 FTP는 TCP 계열이고 TFTP는 UDP 계열이다. 데이터 송수신의 절차를 조금 간략화해놓은 TFTP라고 얘기를 하고 인증 과정은 생략이 되어있다. FTP 접속을 하게 되면 ID나 패스워드를 확인한 후에 전송이 가능한 반면 TFTP는 인증 처리 없이 데이터를 송수신할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 간소화된 FTP.

DHCP는 유동 IP를 사용하는 호스트에게 IP를 할당할 때 보통 사용하는 프로토콜. 

각 프로토콜은 응요계층과 매핑되는 포트번호가 있다.

포트번호도 기억해 두면 유용하다.

네트워크에서 사용하는 주소 체계

IP 주소와 도메인에 대해서 살펴보겠다.

네트워크에서 사용하는 주소 체계가 두가지가 있는데 IP버전4와 IP버전6이다.

IP버전 4

4개의 옥텟으로 구성

W.X.Y.Z 각 하나 하나를 옥텟이라고 한다.

각각 8비트이므로 총 32비트이다.

A클래스의 시작주소를 보고 클래스를 구분

IP는 총 5개의 클래스로 나뉘어지는데

A는 1~126으로 시작

B는 128~191

C는 192~223

D는 224~239

E는 240~255

E 클래스는 IP가 차후에 부족할 것을 대비해서 예약해 놓은 클래스

E 클래스를 사용하기 전에 실제 IPv6가 나왔다.

IP주소는 크게 네트워크 ID와 호스트 ID로 구분을 하고 있다.

네트워크 ID는 네트워크 주소라고도 부르고 네트워크 그룹 주소라고도 부른다. 해당 IP가 어떤 그룹에 속해져있는지를 나타낸다.

호스트 ID는 그 그룹에서 몇번째 PC에 속하는지를 나타내는 식별자 번호를 보통 호스트 ID라고 한다.

W.X.Y.Z=192.168.10.10

192이기 때문에 C클래스에 속한다.

IP의 네트워크 ID와 호스트 ID가 어디까지냐 구분할 때 일반적으로 서브넷 마스크를 사용하게 된다. 네트워크 구분과 호스트 구분을 구분해주는 역할을 하게 된다. A클래스의 일반적인 서브넷 마스크는 255.0.0.0

B는 255.255.0.0

C는 255.255.255.0 이다.

그래서 C 클래스이므로 마지막 10을 호스트 ID로 구분할 수 있다.

서브넷 마스크를 통해서 네트워크 ID와 호스트 ID를 분할할 수 있다.

서브네팅을 네트워크를 분할하는 기술

대규모 네트워크를 조금 더 여러개의 네트워크로 나누어서 네트워크 범위를 줄이는 작업을 일반적으로 서브네팅이라고 한다.

서브네팅이 나온 계기는 IP 부족 현상을 막기 위한 방안이다.

서브네팅의 기본적인 생각은 디폴트 서브넷 마스크를 기준으로 해서 예를 들어 C클래스 같은 경우는 세 옥텟까지 네트워크 ID인데

서브네팅은 네트워크 ID 비트수를 늘리고 호스트 ID 비트수를 조금 줄이는 것으로 해서 네트워크 서브네팅을 할 수 있다.

기본적으로 C 클래스의 네트워크 ID는 24비트를 사용하고 호스트 ID는 8비트를 일반적으로 사용하지만 서브네팅을 하게 되면 기존의 24비트보다 더 많은 비트를 사용하게 된다. 그만큼 호스트 ID 비트는 줄어들게 된다.

기준에서 늘어난 ID를 서브넷 ID라고 얘기를 하고 이것이 서브넷 ID 비트수에 따라 몇개의 네트워크가 분할되는지를 확인할 수 있다.

3비트를 서브넷 ID로 사용했다면 8개의 네트워크 분할이 일어나는 것을 확인할 수 있다.

분할된 네트워크 당 거느리고 있는 호스트수는 대략 62개 정도인 것을 확인할 수 있다.

IPv4에서 주소가 부족할 것을 고려해서 생성된 차세대 주소 체계라고 보면 된다.

물론 지금도 IPv4가 IP가 부족한 것은 아니지만 네트워크 환경이 홈 네트워킹 체계로 바뀌면서 즉 가전제품이나 이런 제품의 IP를 통신이 되게하기 위해서 IP를 집어넣다 보니 결국 부족한 현상이 일어날 것이다라고 해서 새롭게 제시된 IP주소가 IPv6이다.

IPv6는 128비트 주소 체계를 사용한다.

IPv4는 옥텟이라고 얘기를 하지만 IPv6는 자리를 필드라고 명의하고 있다. 총 8개의 필드로 구성되어 있고 16진수로 구성되어 있고 IPv6는 128비트 체계를 사용하다 보니 실제 수동으로 IP를 부여할 수 없는 상황이 되었다.

IPv4는 직접 관리자가 주소 지정도 가능한 반면에 IPv6는 디폴트 자체가 자동 주소 지정 방식을 설정할 수 있다. 

IPv4에서 사용하는 주소형태는 유니캐스트, 브로드 캐스트, 멀티 캐스트 3가지가 있던 반면

IPv6는 브로드 캐스트 주소가 없어지고 멀티 캐스트를 좀 더 활성화를 시켰고 애니 캐스트 주소를 활성화해서 쓰고 있다.

IPv4는 헤더가 20~60바이트로 가변적인 헤더이다. 기본적으로 20바이트가 고정되어 있다. 작업환경에 따라 60바이트씩 늘어날 수가 있다. 40바이트가 고정 헤더이고 확장 헤더라는 확장 필드를 이용해서 다른 기능들을 지원해주고 있다.

IPv4보다 IPv6는 헤더 프로토콜 자체에서 암호화나 인증기능 또는 Qos, 보안 기능이 확장 필드로 기능을 지원해준다.

IPv4의 헤더들로는 기본 기능만 제공이 되었다면 IPv6는 40바이트 기본헤더와 확장 필드가 이런 다양한 기능들을 제공할 수 있게 해준다.

감사합니다.