[ XI ] 응용SW 기초 기술 활용 - 네트워크 기초 활용하기

[ 1 ] 네트워크 계층 구조 파악

( 1 ) 네트워크(Network) 개념

• 네트워크는 원하는 정보를 원하는 수신자 또는 기기에 정확하게 전송하기 위한 기반 인프라이다.
• 거리에 따른 네트워크 분류
  • WAN(광대역 네트워크)
    • LAN에 비해 전송 거리가 넓음, 라우팅 알고리즘 필요
    • LAN 대비 에러율이 높고 전송 지연이 큼
  • LAN(근거리 네트워크)
    • 한 건물 또는 작은 지역을 커버하는 네트워크임

( 2 ) OSI(Open System Interconntection) 7계층

• 응용 계층(Application Layer)
  • 사용자와 네트워크 간 응용서비스 연결, 데이터 생성
• 표현 계층(Pressentation Layer)
  • 데이터 형식 설정, 부호교환, 암, 복호화, 압축
• 세션 계층(Session Layer)
  • 송수신 간의 논리적인 연결
  • 연결 접속, 동기제어
• 전송 계층(Transport Layer)
  • 송수신 프로세스 간의 연결
  • 신뢰성 있는 통신 보장
• 네트워크 계층(Network Layer)
  • 단말기 간 데이터 전송을 위한 최적화된 경로 제공
• 데이터링크 계층(Data Link Layer)
  • 동기화, 오류 제어, 흐름 제어, 회선 제어
• 물리 계층(Physical Layer)
  • 0과 1의 비트 정보를 회선에 보내기 위한 전기적 신호 변환

( 3 ) 통신망

• 근거리 통신망(LAN; Local Area Network)
  • 전송 매체
    • 동축 케이블
    • 광섬유 케이블
    • 평형 케이블
    • UTP
    • 광 케이블
  • 전송 방식
    • 기저 대역 방식
    • 광대역 방식
  • 전송망 구성 형태
    • 버스형
    • 트리형
    • 링형
    • 성형
• 무선랜 통신망(WLAN; Wireless Local Area Network)
  • IEEE 802.11은 흔히 무선랜, 와이파이 라고 부르는 무선 근거리 통신망을 위한 컴퓨터 무선 네트워크에 사용되는 기술
  • 무선랜 표준
    • 802.11a
      • 5GHz 대역에서 54Mbps 속도를 제공
    • 802.11b
      • 2.4GHz 대역에서 11Mbps 속도를 제공
    • 802.11e
      • QoS 강화를 이한 MAC 지원 기능을 채택
      • 초고속 서비스에 QoS 제공
    • 802.11f
      • AP 간의 로밍 기능을 향상시킨 표준
    • 802.11g
      • 802.11b와 비슷하나 속도 향상 ( 22Mbps 이상 )
    • 802.11i
      • 무선랜의 보안 기능 향상
    • 802.11h
      • 802.11e에 전파 간섭을 방지하는 기능 지원
    • 802.11ac
      • 다중 단말의 무선랜 속도는 최소 1Gbit/s, 최대 단일 링크 속도는 최소 500Mbit/s까지 가능한 기술
    • 802.11ad
      • 60GHz 대역을 사용해 데이터를 전송하는 방식으로 대용량의 데이터나 무압축 HD 비디오 등 높은 동영상 스트리밍에 적합
    • 802.11ax
      • 하나의 AP가 다수의 디바이스를 밀도 있게 지원하는 Capacity 최대화 Wifi 기술
• 원거리 통신망(WAN; Wide Area Network)
  • 국가망 또는 각 국가의 공중통신망을 상호 접속시키는 국제정보통신망으로 설계 및 구축, 운용되는 네트워크이다.
  • 전용 회선 방식
    • 전용 회선 방식은 통신 사업자가 사전에 계약을 체결한 송신자와 수신자 끼리만 데이터를 교환하는 방식
    • 점대점 프로토콜(PPP), HDLC, SDLC, HNAS 프로토콜에 쓰임
  • 회선 교환 방식
    • 물리적 전용선을 활용하여 데이터 전달 경로가 정해진 후 동일 경로로만 전달되는 방식 
    • 점대점 프로토콜(PPP), ISDN 프로토콜에 쓰임
  • 패킷 교환 방식
    • 전체 메시지를 각 노드가 수용할 수 있는 크기(패킷)로 잘라서 보내는방식
    • X.25, 프레임 릴레이 프로토콜에 쓰임

( 4 ) 네트워크 장비

• 1계층 장비
  • 허브(Hub)
    • 여러 대의 컴퓨터를 연결하여 네트워크로 보내거나, 하나의 네트워크로 수신된 정보를 여러 대의 컴퓨터로 송신하기 위한 장비 
  • 리피터(Repeater)
    • 디지털 신호를 증폭 시켜주는 역할
• 2계층 장비
  • 브리지(Bridge)
    • 두 개의 근거리 통신망(LAN)을 서로 연결해 주는 통신망 연결 장치
  • L2 스위치(L2 Switch)
    • 느린 전송속도의 브리지, 허브의 단점을 개선하기 위해서, 출발지에서 들어온 프레임을 목적지MAC 주소 기반으로 빠르게 전송시키는 데이터 링크 계층의 통신 장치
  • NIC(Network Interface Card)
    • 외부 네트워크와 접속하여 가장 빠른 속도로 데이터를 주소 받을 수 있게 컴퓨터 내에 설치되는 장치
  • 스위칭 허브(Switching Hub)
    • 스위치 기능을 가진 허브
    • 사용되는 대부분의 허브가 스위칭 허브
  • 스위치 장비의 주요 기술요소
    • VLAN(Virtual Local Area Network)
      • 물리적 배치와 상관없이 논리적으로 LAN을 구성하여 Broadcast domain을 구분할 수 있게 해주는 기술
    • STP(Spanning ree Protocol)
      • 2개 이상의 스위치가 여러 경로로 연결될 때, 무한 루프 현상을 막기 위해서 우선 순위에 따라 1개의 경로로만 통신하도록 하는 프로토콜
• 3계층 장비
  • 라우터(Router)
    • LAN과 LAN을 연결하거나 LAN과 WAN을 연결하기 위한 인터넷 네트워킹 장비
  • 게이트웨이(Gateway)
    • 프로토콜을 서로 다른 통신망에 접속할 수 있게 해주는 장치
  • L3 스위치(L3 Switcch)
    • 3계층에서 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비
  • 유무선 인터넷 공유
    • 외부로부터 들어오는 인터넷 라인을 연결하여 유선으로 여러 대의 기계를 연결하거나 무선 신호로 송출하면서 여러 대의 컴퓨터가 하나의 인터넷 라인을 공유할 수 있도록하는 네트워크 장비
  • 망(백본) 스위칭 허브
    • 광역 네트워크를 커버하는 스위칭 허브
• 4계층 장비
  • L4 스위치(L4 Switch)
    • 4계층에서 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비
    • TCP/UDP 등 스위칭 실행
    • 로드 밸런싱 수행
    • 4계층 정보인 TCP/UDP 포트번호를 분석하여 포워딩을 결저하고 QoS와 GLB / SLB 기능을 제공
    • QoS(Quaility of Service) : 네트워크 상에 흐르는 데이터의 중요도를 분류 하여 우선순위를 정하는 기술
    • GLB(Gateway Load Balancing) : 게이트웨이의 부하를 분산시켜주는 기법
    • SLB(Server Load Balancing) : 서버의 부하를 분산시켜주는 기법

 

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[ 2 ] 네트워크 프로토콜 파악

( 1 ) 프로토콜

• 프로토콜(Protocol) 개념
  • 서로 다른 시스템이나 기기들 간의 데이터 교환을 원할히 하기 위한 표준화된 통신 규약이다
• 프로토콜의 기본 3요소(구의타)
  
  • 구문(Syntax)
  • 의미(Semantic)
  • 타이밍(Timing)

( 2 ) 네트워크 포로토콜(Network Protocol) 개념

• 컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에 메시지를 주고받는 양식과 규칙의 체계이다.
• 프로토콜 특징
  • 단편화
    • 전송 가능한 작은 블록으로 나누어지는 기법
  • 재조립
    • 단편화되어 온 조각들을 원래 데이터로 복원하는 기법
  • 캡슐화
    • 상위 계층에 데이터에 각종 정보를 추가하여 하위 계층으로 보내는 기법
  • 연결 제어
    • 데이터의 전송량이나 속도를 제어하는 기법
  • 오류 제어
    • 전송 중 잃어버린 데이터나 오류가 발생한 데이터를 검증하는 기법
  • 동기화
    • 송신과 수신측의 시점을 맞추는 기법
  • 다중화
    • 하나의 통신 회선에 여러 기기들이 접속할 수 있는 기법
  • 주소 지정
    • 송신자와 수신자의 주소를 지정하여 정확한 데이터 전송을 보장하는 기법

( 3 ) 데이터 링크 계층(2계층)

• 데이터 링크 계층(Data Link Layer)의 개념
  • 데이터 링크 계층은 링크의 설정과 유지 및 종료를 담당하며 노드 간의 회선 제어, 흐름 제어, 오류 제어 기능을 수행하는 계층이다.
• 데이터 링크 계층 프로토콜
  • HDLC(High-level Data Link Control)
    • 점대점 방식이나 다중 방식의 통신에 사용되는 ISO에서 표준화한 동기식 비트 중심의 데이터 링크 프로토콜
  • PPP(Point-to-Point Protocol)
    • 네트워크 분야에서 두 통신 노드 간의 직접적인 연결을 위해 일반적으로 사용되는 프로토콜
  • 프레임 릴레이(Framy Relay)
    • 프로토콜 처리를 간략화하여 단순히 데이터 프레임들의 중계기능과 다중화 기능만 수행함으로써 데이터 처리속도의 향상 및 전송지연을 감소시킨 고속 데이터 전송 기술
  • ATM(Asynchronous Transfer Mode)
    • 정보 전달의 기본단위를 53바이트 셀 단위로 전달하는 비동기식 시분할 다중화 방식의 패킷형 전송 기술
• 오류제어
  • 전진(순방향) 오류 수정(FFC; Forward Error Correction)
    • 오류 검출과 수정을 위한 방식에는 해밍 코드방식, 상승코드 방식이 있음
  • 후진(역방향) 오류 수정(Bec; Backward Error Correction)
    • 패리티 검사, CRC, 블록합 검사를 사용하여 오류 검출

( 4 ) 네트워크 계층 (3계층)

• 네트워크 계층의 개념
  
  • 네트워크 계층은 다양한 길이의 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질을 윟나 수단을 제공하는 계층이다.
• 네트워크 계층 프로토콜
  • IP(Internet Protocol)
    • 송수신 간의 패킷 단위로 데이터를 교환하는 네트워크에서 정보를 주고 받는데 사용하는 프로토콜
  • ARP(Access Resoultion Procotol)
    • IP 네트워크상에서 IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 프로토콜
  • RARP(Reverse Access Resoultion Protocol)
    • MAC 주소로 IP 주소를 알려주는 역순 주소 결정 프로토콜
  • ICMP(Internet Control Message Protocol)
    • ICMP 프로토콜을 사용하여 ping 유틸리티의 구현을 통해 오류가 발생했음을 알리는 기능을 수행
  • IGMP(Internet Group Management Protocol)
    • 인터넷 그룹 관리 프로토콜은 호스트 컴퓨터와 인접 라우터가 멀티캐스트 그룹 멤버십을 구성하는 데 사용하는 통신 프로토콜
  • 라우팅 프로토콜
    • 데이터 전송을 위해 목적지 까지 갈 수 있는 여러 경로 중 최적의 경로를 설정해주는 라우터 간의 상호 통신프로토콜
• IPv4
  • IPv4(Internet Protocol version 4) 의 개념
    • 인터넷에서 사용되는 패킷 교환 네트워크 상에서 데이터를 교환하기 위한 32비트 주소체계를 갖는 네트워크 계층의 프로토콜이다. 
  • IPV4 헤더(Header)
    • IP 패킷의 앞부분에서 주소 등 각종 제어 정보를 담고 있는 부분이다.
    • 옵션 미지정시 20바이트 이상
    • IPv6는 40바이트 이상
• IPv6
  • IPv6(Internet Protocol version 6)의 개념
    • 인터넷 프로토콜 스택 중 네트워크 계층의 프로토콜로서 버전 6인터넷 프로토콜로 제정된 차세대 인터넷 프로토콜을 말한다
  • IPv6 특징
    • IP 주소의 확장
      • IPv4의 32비트에서 128비트 주소 공간으로 확장
    • 이동성
      • 네트워크의 물리적인 위치에 제한받지 않고 같은 주소를 유지하면서도 자유롭게 이동 가능
    • 인증 및 보안 기능
      • 패킷 출처 인증과 데이터 무결성 및 비밀 보장 기능을 IP 프로토콜 체계에 반영
      • IPSec 기능적용 및 IPv4보다 보안성 강화
    • 개선된 QoS 지원
      • 흐름 레이블 개념을 도입, 특정 트래픽은 별도의 특별한 처리를 통해 높은 품질의 서비스를 제공
    • Plug&Play 지원
      • 밀티미디어의 실시간 처리가 가능
    • Ad-hc 네트워크 지원
      • 자동으로 네트워크 환경 구성이 가능
    • 단순 헤더 적용
      • IP 패킷의 처리를 신속하게 할 수 있도록 고정 크기의 단순 헤더를 사용 하는 동시에, 확장 헤더를 통해 기능에 대한 확장 및 옵션 기능의 사용이 용이한 구조
    • 실시간 패킷 추적 가능
      • 흐름 레이블을 사용하여 패킷의 흐름을 실시간 제공
• IP 통신 방식
  • 멀티 캐스트 프로토콜(Multicast Protocol)
    • 인터넷에서 같은 내용의 데이터를 여러 명의 특정한 그룹의 수신자들에게 동시에 전송할 수 있는 프로토콜
    • 멀티캐스트 라우팅 프로토콜
    • 그룹관리 프로토콜(IGMP)
  • 유니캐스트 프로토콜(Unicast Protocol)
    • 고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 목적지에 1:1로 트래픽 또는 메시지를 전송하는 프로토콜
  • 브로드캐스트 프로토콜(Broadcast Protocol)
    • 하나의 송신자가 같은 서브 네트워크상의 모든 수신자에게 데이터를 전송하는 프로토콜
  • 애니캐스트 프로토콜(Anycast Protocol)
    • 하나의 호스트에서 그룹 내의 가장 가까운 곳에 있는 수신자에게 데이터를 전달하는 프로토콜
• 라우팅 프로토콜(3계층)
  • 데이터 전송을 위해 목적지까지 갈 수 있는 여러 경로 중 최적의 경로를 설정해 주는 라우터 간의 상호 통신규약
  • 내부 라우팅 프로토콜
    • RIP
      • 벨만-포드 알고리즘 사용
      • 15홉 제한
      • UDP 사용
      • 30초마다 정보 공유
    • IGRP
    • OSPF
      • 다익스트라 알고리즘 사용
      • 라우팅 메트릭 지정
      • AS 분할 지정
      • 홉 카운트 무제한
      • 멀티캐스팅 지원
    • EIGRP
  • 외부 라우팅 프로토콜
    • BGP
      • AS 상호 간에 경로 정보를 교환하기위한 라우팅 프로토콜
      • ISP 사업자들 상호 간에 주로 사용되는 라우팅 프로토콜
  • 라우팅 알고리즘
    • 거리 벡터 알고리즘
      • 벨만-포드 알고리즘 사용
    • 링크 상태 알고리즘
      • 다익스트라 알고리즘 사용

( 5 ) 전송 계층 (4계층)

• TCP(Transmission Control Protocol)
  • TCP 개념
    • 인터넷 프로토코 스위트의 핵심 프로토콜 중 하나로, IP와 함께 TCP/IP 라는 명칭으로 사용된다
  • TCP 특징
    • 신뢰성 보장
    • 연결 지향형 특징
    • 흐름 제어
    • 혼잡 제어
• UDP(User Datagram Protocol)
  • UDP 개념
    • 비연결성이고, 신뢰성이 없으며, 순서화되지 않은 데이터그램 서비스를 제공하는 전송 계층의 통신 프로토콜이다.
  • UDP 특징
    • 비신뢰성
    • 순서화되지 않은 데이터그램 서비스 제공
    • 실시간 응용 및 멀티캐스팅 가능
    • 단순 헤더

( 8 ) 응용 계층 (7계층)

• 응용 계층(Application Layer)의 개념
  
  • 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행하는 역할을 담당하는 계츠
• 응용 계층의 프로토콜
  • HTTP(HyperText Transfer Protocol)
    • 하이퍼텍스트를 빠르게 교환하기 위한 프로토콜
    • 포트 : 80
  • FTP(File Trasnfer Protocol)
    • TCP/IP 프로토콜을 가지고 서버와 클라이언트 사이의 파일을 전송하기 위한 프로토콜
    • 포트:21
  • SMTP(Simple mail Transfer Protocol)
    • 인터넷에서 포트25번을 사용하는 이메일 보내기 위한 프로토콜이다.
  • POP3(Post Offie Protocol version 3)
    • 원격 서버로부터 TCP/IP 연결을 통해 이메일을 가져오는데 사용하는 프로토콜
    • 포트 : 110
  • IMAP(Internet Messaging
    • 원격 서버로부터 TCP/IP 연결을 통해 이메일을 가져오는데 사용하는 프로토콜
    • 포트 : 143
  • Telnet
    • 인터넷이나 로컬 영역에서 네트워크 연결에 사용되는 네트워크 프로토콜
    • 포트 : 23
  • SSH(Secure Shell)
    • Telnet보다 강력한 보안을 제공하는 원격접속 프로토콜
    • 포트 22번 사용
  • SNMP(Simple Network Management Protocol)
    • TCP/IP의 네트워크 관리 프로토콜로, 라우터나 허브 등 네트워크 장치로부터 정보를 수집 및 관리하며
    • 정보를 네트워크 관리 시스템에 보내는 데 사용하는 인터넷 표준 프로토콜
    • 포트 : 161

 

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[ 3 ] 네트워크 전달 방식

( 1 ) 패킷 교환 방식(Packit Switching)

• 작은 블록의 패킷으로 데이터를 전송하며 데이터를 전송하는 동안만 네트워크 자원을 사용하도록 하는 통신방식
• X.25
  • 통신을 원하는 두 단말장치가 패킷 교환망을 통해 패킷을 원할히 전달하기 위한 프로토콜
  • 고정된 대역폭
  • 패킷 사용
  • 1~3계층 담당
  • 송수신 신뢰성
  • 성능 저하
• 프레임 릴레이
  • 유연한 대역폭
  • 기능 단순화
  • 1~2계층 담당
  • 가격이 저렴
• ATM(Asyncronous Transfer Mode)
  
  • AAL(ATM Adaptation Layer)
  • ATM 계층
  • 물리 계층(Physical Layer)

( 2 ) 서킷 교환 방식(Circuit Switching)

• 네트워크 리소스를 특정 사용층이 독점하도록 하는 통신 방식
• 특징
  • 전송 보장
    • 네트워크를 독점하기 때문에 전송을 보장함
  • 서킷 확보 작업