응용 SW 기초 기술 활용 - 네트워크 기초 활용하기

네트워크 계층 구조 파악

 

네트워크(NetWork) 개념

 

 - 네트워크란 원하는 정보를 수신자 또는 기기에 정확히 전송하기 위한 기반 인프라

 

 거리에 따른 네트워크 분류

분류	개념	설명
WAN	광대역 네트워크	LAN에 비해 전송 거리가 넓음, 라우팅 아록리즘 필요 LAN 대비 에러율이 높고 전송 지연이 큼
LAN	근거리 네트워크	한 건물 또는 작은 지역을 커버하는 네트워크

 

OSI 7계층

 

*물데네전세표응

 

- 계층을 지날때마다 헤더(Header)가 붙는데 이것은 해당 계층의 기능과 관련된 제어 정보가 포함

 

 - 제어 정보들은 모두 운영체제가 제공하는 프로토콜에 의해 송신 측에서는 계층을 지날 때마다 덧붙여서 추가되고, 수신 측에서는 계층을

 

  지날때마다 제거

 

네트워크 장비

 

 1계층 장비

장비	설명
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

 

2계층 장비

 브리지, L2 스위치, NIC, 스위칭 허브

 

3계층 장비

장비	설명
라우터	- LAN과 LAN, LAN과 WAN을 연결하기 위한 인터넷 네트워킹 장비 - 패킷의 위치를 추출하여, 그 위치에 대한 최적의 경로를 지정하여, 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 받아 들이는 출입구 역할
L3 스위치	- 3계층 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비 - IP레이어에서 스위칭을 수행하여 외부로 전송 - 라우터와의 경계가 모호
유무선 인터넷 공유기	- 외부에서 들어오는 인터넷 라인을 연결하여 유선으로 여러대의 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 - 예를 들어 경남권 스위칭, 부산권 스위칭 등 대단위 지역을 커버

4계층 장비

장비	설명
L4 스위치	- 4계층에서 네트워크 단위들을 연결하는 통신장비 - TCP/UDP 등 스위칭 실행 - FTP, HTTP 등을 구분하여 스위칭하는 로드 벨런싱 가능 - 애플리케이션 레이어 파악이 가능한 이메일 내용 등 정교한 로드 밸런싱 수행 불가 - 4계층 정보인 TCP/UDP 포트번호를 분석하여 포워딩을 결정하고 Qos와 GLB/SLB기능을 제공하는 스위치

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네트워크 프로토콜 파악

 

1. 프로토콜(Protocol) 개념

 

 - 프로토콜은 서로 다른 시스템이나 기기들 간의 데이터 교환을 원활히 하기 위한 표준화된 통신

 

 - 통신을 위해 프로토콜이 가져야 하는 일반적인 기능에는 데이터 처리 기능, 제어 기능, 관리적 기능이 있다.

 

2. 프로토콜의 기본요소

 

 - 프로토콜의 기본요소에는 구문, 의미, 타이밍이 있다.

 

기본요소	설명
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

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네트워크 프로토콜(Network Protocol) 개념

 

- 네트워크 프로토콜은 컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에서 메시지를 주고받는 양식과 규칙의 체계

 

 - 통신 규약 또는 규칙에는 전달 방식, 통신 방식, 자료의 형식, 오류 검증 방식, 코드 변환 규칙, 전송 속도 등을 정한다.

 

 - 다른 기종의 장비는 각기 다른 통신 규약을 사용하는데 프로토콜을 사용하면 다른 기기 간 정보 전달을 표준화 할 수 있다.

 

프로토콜 특징

특징	설명
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 방법
동기화	송신과 수신측의 시점을 맞추는 기법
다중화	하나의 통신 회선에 여러 기기들이 접속할 수 있는 기술
주소 지정	송신과 수신지의 주소를 부여하여 정확한 데이터 전송을 보장하는 기법

 

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TCP(Transmission Control Protocol) 개념

 

 - 전송 제어 프로토콜은 인터넷 프로토콜 스위트의 핵심 프로토콜 중 하나로, IP와 함께 TCP/IP 라는 명칭으로 사용된다.

 

 - TCP는 전송 계층에 위치하면서 근거리 통신망이나 인트라넷, 인터넷에 연결된 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 간에 일련의 옥텟을

 

   안정적으로, 순서대로, 에러 없이 교환할 수 있게 해주는 프로토콜

 

특징

특징	설명
신뢰성 보장	- 패킷 손실, 중복, 순서 바뀜 등이 없도록 보장 - TCP 하위 계층인 IP계층의 신뢰성 없는 서비스를 보완하여 신뢰성 제공
연결 지향적 특징	- 같은 전송계층의 UDP가 비연결성인 것과는 달리, TCP는 연결지향적 - 양단간 애플리케이션/프로세스는 TCP가 제공하는 연결성 회선을 통하여 서로 통신
흐름 제어	- 흐름 제어 기능을 활용하여 송신(송신 전송률) 및 수신(수신 처리율) 속도를 일치시킴
혼잡 제어	- 네트워크가 혼잡하다고 판단될 때에는 혼잡제어 기법을 사용하여 송신율을 감속

 

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UDP

 

- 비연결성이고, 신뢰성이 없으며, 순서화되지 않은 데이터그램 서비스를 제공하는 전송(transprot, 4계층) 계층의 통신 프로토콜

 

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IPv4(Internet Protocol version 4)

 

- 인터넷에서 사용되는 패킷 교환 네트워크상에서 데이터를 교환하기 위한 32bit 주소체계를 갖는 네트워크 계층의 프로토콜

 

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네트워크 전달 방식

1. 패킷 스위칭

 

 - 패킷 스위칭은 컴퓨터 네트워크와 통신의 방식 중 하나로 작은 블록의 패킷으로 데이터를 전송하며 데이터를 전송하는 동안만

 

   데이터를 전송하며 데이터를 전송하는 동안만 네트워크 자원을 사용하도록 하는 통신 방식

 

 - WAN 을 통해 데이터를 원격지로 송부하기 위해 X.25, 프레임 릴레이 및 ATM 같은 다양한 기술들을 사용

 

  (1) X.25

 

 - 통신을 원하는 두 단말장치가 패킷 교환망을 통해 패킷을 원활히 전달하기 위한 통신 프로토콜

특징	설명
고정된 대역폭	- 고정된 대역폭 사용 * 사용자 요청에 따른 수정 어렵
패킷 사용	- 대용량의 데이터를 다수의 패킷으로 분해 송신, 수신 측에서는 이를 재조립
1~3계층 담당	- 1~3계층
송수신 신뢰성	- 송수신의 신뢰성을 확보하기 위해 통신 연결을 확립
성능 저하	- 에러 제어나 흐름 제어를 위한 복잡한 기능으로 오버헤드 - 프렝미 릴레이나 ISDN, ATM 등 고속망으로 대체

  

(2) 프레임 릴레이

 

 - 프레임 릴레이는 ISDN을 사용하기 위한 프로토콜로서 ITU-T에 의해 표준으로 작성되었고 다음과 같은 특징이 있다.

특징	설명
유연한 대역폭	사용자 요청에 따라 유연한 대역폭 섲렁
기능 단순화	- 망의 성능 향상을 위해 에러 제어 기ㅡㄴㅇ과 흐름 제어기능을 단순화
1~2계층 담당	- 1~2계층만 담당
가격이 저렴	- 전용선을 사용하는 것보다 가격이 저렴 - 기술적으로는 X.25보다 우위

 

(3) ATM(Asnchronous Transfer mode)

 

 - ATM은 비동기 전송 모드라고 하는 광대역 전송에 쓰이는 스위칭 기법

 

 - 동기화를 맞추지 않아 보낼 데이ㅓ가 없는 사용자의 슬롯은 다른 사람이 사용할 수 이ㄷㅆ도록 하여 효율성 업

 

 - ATM망은 연결형 회선이기 때문에 하나의 패킷을 보내 연결을 설정하게 되고 이후 실데이터 전송이 이루어진다.

 

 - ATM은 OSI 7계층과는 다른 고유한 참조 모델을 가지고 있다.

계층	설명
AAL(ATM Adaptation Layer)	패킷을 작은 조각인 셸로 전송한 후 다시 조립하여 원래의 데이터로  복원하는 역할을 담당
ATM계층	- 셀과 셀 전송 역할을 담당 - 셀의 레이아웃을 정의하고 헤더 필드가 의미하는 것을 알려줌 - 가상 회선의 연결 및 해제, 혼잡 제어 처리
물리 계층	- 물리적 전송 매체를 처리하는 역할을 담당

 

2. 서킷 스위칭

 

 - 네트워크 리소스를 특정 사용층이 독점하도록 하는 통신 방식

 

특징	설명
전송 보장	- 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

 

3. 패킷 스위칭과 서킷 스위칭 차이

구분	서킷 교환 방식	패킷 교환 방식
의미	전송 경로를 설정한 뒤 데이터를 송수신	데이터를 패킷 단위로 보내는 방식
장점	경로 접속 시간은 1초 내외로 매우 빠름 전송 제어 절차와 형식에 제약이 없다	회선 효율이 우수 비동기 전송 가능 연결 설정이 필요 없고 다중 전달이 용이
단점	송수신 측 모두 데이터 교환 준비가 완료 되어야 함 회선이 독점되어 있음	실시간 전송에 부적합 네트워크 지연이 발생
활용	영상 비디오	이메일, 메세지

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라우팅 알고리즘 

 - 데이터는 송신 측으로부터 수신 측까지 데이터를 전달하는 과정에서 다양한 물리적인 장치들을 거쳐 간다.

 

 - 목적지까지의 최적 경로를 산출하기 위한 법칙이 라우팅 알고리즘이다.

 

 

1. 거리 벡터 알고리즘(Distance Vector Algorithm)

 

 - 거리 벡터 알고리즘은 인접 라우터와 정보를 공유하여 목적지까지의 거리와 방향을 결정하는 라우팅 프로토콜 알고리즘

 

 - 벨만-포드 알고리즘을 사용한다.

 

 - 각 라우터가 업데이트 될 경우마다 전체 라우팅 테이블을 보내라고 요청하지만 수신된 경로 비용 정보는 이웃 라우터에게 보내진다.

 

2. 링크 상태 알고리즘(Link State Algorithm)

 

 - 링크 상태 알고리즘은 링크 상태 정보를 모든 라우터에 전달하여 최단 경로 트리를 구성하는 라우팅 프로토콜 알고리즘

 

 - 다익스트라 알고리즘 사용

 

 - 링크 상태 알고리즘을 사용하면 네트워크를 일관성 있게 파악할 수 있으나, 거리 벡터 알고리즘에 비하여 계산이 더 복잡하고

 

  트래픽을 광범위한 범위까지 전달해야 한다.