[Network] 네트워크 시작하기(네트워크 기초 정리 #1)

1.1 네트워크 구성도 살펴보기

 

1.1.1 홈 네트워크
홈 네트워크를 이루는 주요 구성 요소인 모뎀, 공유기, 그리고 단말 간의 물리적 연결은 네트워크의 핵심입니다. 아래에서 각 요소에 대해 더 자세히 알아보겠습니다.

 

• 물리적 단말기
  
  • 모뎀 : 인터넷 서비스 공급자(ISP)와 집을 연결하는 장치로, 외부의 디지털 신호를 이해할 수 있는 형태로 변환합니다.
  • 공유기 : 모뎀에서 나온 인터넷 신호를 받아 무선(Wi-Fi)이나 유선(이더넷)으로 여러 기기에 나누어 주는 역할을 합니다.
  • 단말 : 컴퓨터, 노트북, 스마트폰 등 네트워크에 연결되는 모든 기기를 말하며, 공유기를 통해 모두 함께 통신합니다.
• 유선 연결과 무선 연결
  • 유선 연결 : 이더넷 케이블을 사용하여 기기들을 직접 연결하는 방식으로, 랜 카드를 통해 물리적인 케이블을 이용해 데이터를 전송합니다.
  • 무선 연결 : 무선 랜 카드는 Wi-Fi, 블루투스, NFC 등 다양한 무선 통신 기술을 지원합니다. 이를 통해 기기들은 서로 통신하고 데이터를 교환할 수 있습니다. 

 

 

1.1.2 데이터 센터 네트워크

데이터 센터 네트워크는 기업이나 대규모 서비스 제공 업체가 안정적이고 효율적인 대용량 서비스를 제공하기 위해 구성하는 핵심 부분입니다.

 

• 이중화 기술의 활용 : 데이터 센터는 안정성과 가용성을 보장하기 위해 다양한 이중화 기술을 적극적으로 도입합니다. 예를 들어, 서버, 네트워크 장비, 전원 공급장치 등에서 이중화 기술을 사용하여 장애 발생 시에도 서비스 중단을 최소화합니다.
• 고속 이더넷 기술 : 대용량 데이터를 신속하게 처리하기 위해 10G, 25G, 40G, 100G, 400G와 같은 고속 이더넷 기술을 데이터 센터에서 사용합니다. 이로써 대규모 트래픽을 효과적으로 처리하고 빠른 데이터 전송 속도를 제공할 수 있습니다.
• 스케일 아웃과 스파인-리프 구조 : 기존에는 3계층 구성이 일반적이었으나, 최근에는 스케일 아웃 기반의 애플리케이션과 서비스가 등장하면서 2계층 구성인 스파인-리프 구조가 더 많이 사용되고 있습니다. 이 구조는 서버 간 통신이 늘어나는 현대의 트래픽 경향을 지원하기 위한 제안입니다. 스파인-리프 구조는 효율적인 데이터 전송 경로를 제공하여 높은 확장성과 성능을 보장합니다.

 

 

1.2 프로토콜

통신 시 규약으로 사용되는 프로토콜의 개념을 소개합니다.

프로토콜 정의 : 네트워크 통신 시 사용되는 규약에 대한 개념 설명

 

1.3 OSI 7계층과 TCP/IP

OSI 7계층과 TCP/IP 프로토콜 스택의 관계를 비교하여 설명합니다.

OSI 7 계층 : 2계층과 3계층으로 세분화하여 이해
TCP/IP 프로토콜 스택 : OSI 7 계층을 더 실용적인 관점에서 묶어 설명

 

1.4 OSI 7계층별 이해하기

각 계층에 대한 상세한 내용과 주요 프로토콜을 설명합니다.

1계층(피지컬 계층) 

• 대표적 프로토콜 : RS-232, RS-449, V.35 등
• 주요 장비 소개 : 허브, 리피터, 케이블, 커넥터, 트랜시버, 탭
• 역할 설명 : 물리적 연결과 관련된 정보를 정의하며, 주로 전기 신호를 전달하는 데 초점을 둡니다.
  주소의 개념이 없어 모든 포트에 동일한 전기 신호를 전송하지만 주소 정보가 없기 때문에 논리적인 주소 할당이 이루어지지 않습니다.

2계층(데이터 링크 계층) 

• 대표적 프로토콜 : IEEE 802.2, FDDI 등
• 주요 장비 소개 : 스위치, 브릿지, 네트워크 카드
• 역할 설명 : 주소 체계 도입으로 출발지와 도착지 주소를 확인하고 데이터 처리를 수행합니다.
  데이터 통신 시 주소 정보를 이용해 정확한 주소로 통신하며, 전기 신호를 정확히 전달하기보다는 주소 정보를 중점으로 처리합니다. 플로 컨트롤을 통해 데이터를 안정적으로 전송하고, 에러를 탐지하거나 고치는 역할을 수행합니다.

3계층(네트워크 계층) 

• 대표적 프로토콜 : ARP, IPv4, IPv6, NAT, IPSec, VRRP 등
• 주요 장비 소개 : 라우터, L3 스위치
• 역할 설명 : IP 주소와 같은 논리적인 주소를 정의하며, 네트워크 주소 부분과 호스트 주소 부분으로 나뉩니다.
  네트워크 주소 정보를 이용하여 자신이 속한 네트워크와 원격지 네트워크를 구분하고, 라우터를 통해 최적의 경로를 찾아 패킷을 전송합니다.

4계층(트랜스포트 계층) 

트랜스포트 계층의 주요 역할은 네트워크 통신 중에 발생할 수 있는 오류를 발견하고 수정하는 것입니다. 이 계층에서는 데이터 패킷을 안전하고 효율적으로 전송하기 위해 여러 기술과 프로토콜을 사용합니다.

• 대표적 프로토콜 : TCP, UDP, SCTP, DCCP, AH, AEP 등
• 주요 장비로는 로드 밸런서와 방화벽이 있으며, 이들은 네트워크 트래픽을 관리하고 보안을 유지하는 데 도움을 줍니다.
• TCP와 UDP는 가장 일반적으로 사용되는 프로토콜입니다. TCP는 신뢰성 있는 연결을 제공하는 반면, UDP는 더 빠른 전송을 가능하게 하지만 신뢰성이 떨어집니다.
• 시퀀스 번호와 ACK 번호의 사용은 데이터 패킷의 순서를 보장하고, 전송된 데이터가 정확히 수신되었는지 확인하는 데 중요합니다.
• 데이터를 보낼 때 포트 번호를 사용하여 어떤 애플리케이션으로 데이터를 보낼지 결정합니다.

5계층(세션 계층) 

세션 계층은 네트워크 연결의 시작과 끝을 관리하며, 데이터 전송 중 발생할 수 있는 문제를 해결하는 역할을 합니다.

• 대표적 프로토콜 : L2TP, PPTP, NFS, RPC, RTCP, SIP, SSH 등
• 주요 역할 : 이 계층의 주요 역할은 네트워크 세션을 만들고 유지하는 것입니다. 연결이 끊어졌을 때 에러를 복구하고 데이터를 재전송하는 기능도 포함됩니다.

6계층(프레젠테이션 계층) 

프레젠테이션 계층은 서로 다른 시스템 간에 데이터를 주고받을 때, 그 데이터가 이해할 수 있는 공통의 형식으로 변환되도록 돕습니다. 이 계층에서는 데이터를 알맞은 형식으로 '번역'하여, 다양한 애플리케이션과 시스템 간의 호환성을 보장합니다.

• 대표적 프로토콜 : TLS, AFP, SSH 등
• 주요 기능 : 표현 방식이 다른 시스템 간의 통신을 돕기 위해 하나의 통일된 구문 형식으로 변환합니다.
  MIME 인코딩, 암호화, 압축, 코드 변환 등의 동작을 수행하여 사용자 시스템의 응용 계층에서 데이터 형식의 차이를 다룹니다.

7계층(애플리케이션 계층) :

애플리케이션 계층은 사용자와 직접 상호작용하는 소프트웨어 애플리케이션을 위한 프로토콜과 서비스를 제공합니다. 이 계층은 사용자가 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있게 하는 인터페이스 역할을 합니다.

• 대표적 프로토콜 :  FTP(파일 전송), SMTP(이메일 전송), HTTP(웹 페이지 접근), TELNET(원격 제어) 등
• 주요 장비 소개 : ADC(Application Delivery Controller), NGFW(차세대 방화벽), WAF(Web Application Firewall) 등이 있으며, 이들은 애플리케이션의 성능을 개선하고 보안을 강화하는 데 도움을 줍니다.
• 주요 기능 : 애사용자의 요청에 따라 애플리케이션 프로세스를 정의하고 서비스를 수행합니다. 사용자 인터페이스(UI) 부분이나 사용자의 입력과 출력을 처리하는 부분을 담당합니다.

 

1.5 인캡슐레이션과 디캡슐레이션

패킷 네트워크에서 데이터의 전송과 수신에 관한 과정을 인캡슐레이션과 디캡슐레이션을 통해 설명합니다.

인캡슐레이션 

 포장 과정 이라고 생각할 수 있습니다. 마치 물건을 배송하기 위해 상자에 포장하고, 배송지 주소와 같은 정보를 붙이는 과정과 비슷합니다.

• 데이터 준비 : 사용자 또는 애플리케이션에서 보내려는 원본 데이터가 준비됩니다.
• 단계별 추가 : 이 데이터는 네트워크를 통해 전송되기 전에 여러 계층을 거치면서 필요한 정보(헤더)를 추가받습니다. 각 계층은 자신만의 헤더를 추가하는데, 이 헤더에는 목적지 주소, 데이터 형식, 크기, 보안 관련 정보 등이 포함될 수 있습니다.
• 최종 포장 : 모든 필요한 헤더 정보가 추가되면, 데이터 패킷이 완성됩니다. 이 패킷은 이제 네트워크를 통해 올바른 목적지로 전송될 준비가 됩니다.

디캡슐레이션 : 포장 해제 과정으로 이해할 수 있습니다. 배송된 물건이 목적지에 도착하여 상자를 열고 내용물을 꺼내는 과정과 유사합니다.

• 데이터 수신 : 네트워크를 통해 전송된 데이터 패킷이 목적지에 도착합니다.
• 단계별 제거 : 데이터 패킷은 네트워크의 다른 쪽 끝에서 각 계층을 거치면서 각 계층에 해당하는 헤더 정보를 제거합니다. 이 과정을 통해 각 계층은 패킷에서 자신에게 필요한 정보를 해석하고, 최종적으로 원본 데이터에 가까워집니다.
• 원본 데이터 복원 : 모든 헤더 정보가 제거되면, 최종적으로 원본 데이터가 복원됩니다. 이제 이 데이터는 수신자 또는 목적지 애플리케이션에서 사용할 수 있게 됩니다.

이러한 과정은 데이터가 네트워크를 통해 안전하고 효율적으로 전송되게 하며, 데이터의 무결성과 신뢰성을 보장하는 데 중요합니다. 인캡슐레이션은 데이터를 올바르게 포장하여 전송하는 반면, 디캡슐레이션은 받은 데이터를 정확하게 해석하고 사용할 수 있도록 합니다.

 

 

References

- <도서> IT 엔지니어를 위한 네트워크 입문 - 예스24 (yes24.com)