4. 네트워크

TCP/IP의 각 계층

• TCP/IP: 인터넷에서 표준으로 사용되고 있는 네트워크 프로토콜(규칙)을 의미한다.

• TCP/IP 5계층 (4계층은 물리와 링크를 합친 형태이다.)

  • 애플리케이션 계층 (L5)
    네트워크 애플리케이션과 애플리케이션 계층 프로토콜이 있는 곳이다.
    HTTP, SMTP, FTP와 같은 많은 프로토콜을 포함한다.
    DNS(Domain Name Server)를 지원한다.
    애플리케이션 계층의 패킷을 메시지라고 한다.

  • 트랜스포트 계층 (L4)
    네트워크 계층에서 보내온 데이터를 정렬, 오류 정정 등을 수행하고 신뢰할 수 있는 통신을 확보한다.
    TCP/UDP 같은 프로토콜이 이 계층에 위치한다.
    트랜스포트 계층의 패킷을 세그먼트라고 한다.

  • 네트워크 계층 (L3)
    다른 네트워크에 있는 몯적지에 데이터를 전송하는 역할을 수행한다. 즉 네트워크 간의 통신을 가능하게 해주는 역할이다.
    이를 위해 라우터 장비와 IP 프로토콜(하나만 존재), 라우팅 프로토콜이 사용된다.
    라우팅 프로토콜: 다른 네트워크와 통신하기 위해 경로를 설정하고 논리주소를 결정하는 역할을 수행한다.
    네트워크 계층에서의 패킷을 데이터그램이라 한다.

  • 링크 계층(데이터 링크라고도 함) (L2)
    네트워크 기기 간 데이터 전송 밑 물리 주소를 결정하는 역할을 수행한다. 주로 건물이나 특정 지역을 범위로 하는 네트워 크인 랜(LAN)에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위해 필요한 계층이다.
    일반적으로 이더넷 프로토콜과 스위치와 같은 장비가 사용된다.
    링크 계층의 패킷을 프레임이라고 한다.

  • 물리 계층(L1)
    물리적인 연결과 전기 신호 변화/제어를 담당하여, 이진 데이터를 전기 신호로 변환한다. 또한 컴퓨터와 네트워크 장비를 물리적으로 연결하여, 하나의 노드에서 다른 노드로 비트를 이동시키는 역할을 수행한다.
    물리 계층의 프로토콜들은 링크(실제 전송매체(광케이블))에 의존한다.
    

OSI 7계층과 TCP/IP의 계층의 차이

• OSI 7계층: TCP/IP 계층의 애플리케이션 계층을 더 세분화한 것이다.
  (앞서 설명한 계층은 제외)

  • 응용 계층
    사용자 or 애플리케이션이 네트워크에 접근할 수 있도록 도와주는 계층이다. 사용자에게 보여지는 유일한 계층이며 메일 전송, 인터넷 접속 등의 작업을 수행할 수 있다.

  • 표현 계층
    응용 계층으로부터 전달받거나 전송하는 데이터의 인코딩 및 디코딩이 이루어지는 계층이다. 응용 계층에서 데이터를 이해할 수 있도록 응용 프로그램에 맞춰 변환하게 된다. 예를들어, JPEG, TIFF, GIF, MPEG 등의 다양한 포맷을 구분하게 된다.

  • 세션 계층
    응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 정의한다. 네트워크상 양쪽의 연결을 관리/지속시키는 역할과 세션을 만들거나 없애는 역할을 담당하는 계층이다. 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류복구를 진행한다. 통신연결은 포트를 기반으로 구성하여 연결되며, OS가 세션계층에 속한다.

Frame, Packet, Segment, Datagram

• Packet(패킷): 컴퓨터 간에 데이터를 주고받을 때, 네트워크를 통해 전송되는 데이터 조각을 패킷이라고 부른다. 송신 측(애플리케이션)은 많은 양의 데이터를 한번에 보내는 것이 아니라, 일정 단위로 잘라서 보낸다. 각 계층에서 필요한 정보는 캡슐화/역캡슐화되어 전달되고, 수신 측은 받은 패킷을 다시 조립해서 사용한다.

• Segment: Transport 계층(L4)에서 신뢰할 수 있는 통신을 구현하기 위한 헤더를 데이터(L5 계층 데이터)에 붙이는데, 이렇게 만들어진 패킷을 세그먼트라고 부른다.

• Datagram: Network 계층(L3)에서 다른 네트워크와 통신하기 위한 헤더를 세그먼트(L4 계층 데이터)에 붙인것을 데이터그램, 데이터 세그먼트라고 부른다.

• Frame: 데이터 링크 계층(L2)에서 물리적인 통신 채널을 열기 위해 패킷에 헤더와 트레일러를 붙인다. 트레일러는 데이터를 전달할 때 데이터 끝 부분에 붙이는 정보로, 주로 에러 검출에 사용된다.
  

• 패킷을 잘라서 보내는 이유: 많은 데이터를 한번에 보내게 되면, 데이터 손실의 가능성이 있으며, 대역폭을 너무 많이 차지하게 되므로 패킷의 흐름을 원활히 조절하기 위함이다.

• 소켓(Socket), 포트(Port), 패킷(Packet)

  • Socket: 프로세스로부터 네트워크로 데이터를 전달하는 출입구(인터페이스) 역할을 한다. 수신 측 호스트의 트랜스포트 계층은 실제로 데이터(세그먼트)를 직접 프로세스로 전달하지 않고, 중간 매개자인 소켓에게 전달한다. 호스트에서는 하나 이상의 소켓이 존재할 수 있으므로 소켓은 고유의 식별자를 가지고 있어야한다. 같은 프로세스가 같은 포트를 가지고도 여러 개의 소켓을 열 수 있기 때문에, 소켓과 포트는 다른 개념이다.

  • Port: 프로세스를 식별하기 위해, 호스트 내부적으로 프로세스가 할당받는 고유한 값이다. 같은 호스트 내에서 서로 다른 프로세스가 같은 포트 넘버를 가질 수 있다. 하지만 같은 소켓을 사용하지는 못한다. 포트는 논리적인 접속장소이다.

• 캡슐화, 역캡슐화
  
  • 캡슐화: (데이터 송신 시)하위 계층으로 패킷을 보낼때, 하위계층에서 필요로하는 추가정보(메타데이터)를 헤더/트레일러에 추가하여 보내게된다.
  • 역캡슐화: 데이터 수신 시, 상위 계층으로 패킷을 전달하고, 전달된 패킷의 헤더를 차례대로 제거하면서 데이터를 얻게 된다.

TCP와 UDP의 차이

• TCP와 UDP는 모두 트랜스포트 계층(4계층)의 프로토콜이다. TCP와 UDP가 공통적으로 가지고 있는 기능은 아래와 같다.

  1. 트랜스포트 다중화/역다중화 기능(Transport Multiplexing/Demultiplexing): 호스트 대 호스트 전달을 프로세스 대 프로세스 전달로 확장
  2. 무결성 검사(오류검출): 헤더에 오류 검출 필드를 포함

• UDP: 위의 가장 기본적인 두가지 기능만을 제공한다. 비신뢰적인 서비스로서, 프로세스에 의해서 전송된 데이터가 손상되지 않은채로 목적지에 도착하는 것을 보장하지 않는다. 또한 비연결형 서비스이며, 오류검출은 선택사항이다.

  • 장점
    연결설정이 불필요하고 연결상태가 없다. 따라서 연결을 설정하기위한 어떠한 지연이 없고, 유지해야하는 정보가 없기 때문에 더 많은 클라이언트를 수용할 수 있다.
    또한 UDP의 패킷 오버헤드(8 byte per segment)가 TCP(20 byte per segment)에 비해 더 작다.
  • 단점
    혼잡제어를 사용하지 않아, 네트워크가 폭주상태에 빠지는 것을 막을 수 없다는 단점과 신뢰적이지 않으므로, 몇몇의 정보를 잃어버릴 수 있다

• TCP: 가장 기본적인 두가지 기능도 제공하면서, 신뢰적인 데이터 전달(Reliable Data Transfer) 기능, 연결지향형 서비스, 혼잡제어(Congestion control) 등의 기능을 제공한다.

  • 신뢰적 데이터 전달: 흐름제어, 순서번호, 확인응답, 타이머 등의 기술을 사용하여 프로세스에게 데이터가 순서대로 정확히 전달되도록 하는 역할을 한다. 종단 시스템 간에 IP의 비신뢰적인 서비스를 프로세스 사이의 신뢰적인 데이터 전송 서비스로 만들수 있으며, TCP에서의 오류검출은 필수사항이다.

  • 혼잡 제어: 보내는 쪽(송신측)의 트래픽을 조절하여 스위치/링크의 혼잡을 방지하는 역할을 한다.

TCP와 UDP의 헤더 비교

• UDP 헤더
  
  구성 필드: 출발지 포트, 목적지 포트, 체크섬, 길이 (총 8바이트)

• TCP 헤더
  
  구성 필드: 출발지/목적지 포트, Sequence Number, Ack Number, 옵션 등 (기본 20바이트, 최대 60바이트)

• 포트번호는 IP 정보와 결합하여 출발지, 도착지를 구분하기 위해 사용된다.

• Sequence Number는 SYN 패킷을 보낼때, 동기화를 위해 사용되는 번호이다. 초기 Sequence Number를 ISN이라 부르며, 여기에는 랜덤한 수가 담긴다.

• Ack Number는 ACK 패킷을 보낼 때 동기화를 위해 사용되는 번호이다.

TCP의 3-way-handshake와 4-way-handshake를 비교

• 핸드셰이크: 호스트 간 데이터를 전송하기 전에 먼저 정확한 전송을 보장하기 위해 상대방 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정을 의미한다.

• 3-way Handshake (연결 설정):

TCP의 연결을 초기화 할 때 사용한다.
양쪽 모두 데이터를 전송할 준비가 되었다는 것을 보장하고, 실제로 데이터 전달이 시작하기전에 한쪽이 다른 쪽이 준비되었다는 것을 알수 있도록 한다.

1. 클라이언트가 SYN 전송
2. 서버가 SYN+ACK 전송
3. 클라이언트가 ACK 전송하여 연결 성립

-> 2-way로도 충분해보이는데 3-way를 사용하는 이유: 양방향성 연결이기 때문

• 4-way Handshake (연결 종료)

세션을 종료하기 위해 수행되는 절차이다.

1. FIN 전송 (한 쪽 종료 의사 표시)
2. 상대방이 ACK 전송 후, 데이터 전송 마무리
3. 상대방이 FIN 전송
4. 처음 FIN 전송한 쪽이 ACK 전송 및 TIME_WAIT 상태로 잔여 패킷 대기

💡 CLOSE_WAIT 와 TIME_WAIT 상태란 무엇일까?
TIME_WAIT 상태로 대기하는 이유는, 세션 종료후, 혹시나 네트워크에 아직 라이브 패킷이 존재할수도 있기때문이다.

💡 용어

• SYN(Synchronization): 연결요청, 세션을 설정하는데 사용되며 초기에 시퀀스 번호를 보낸다.
• ACK(Acknowledgement): 그 데이터가 올바르게 도착했음을 알리기 위해 사용되며 보낸 시퀀스 번호에 TCP 계층에서의 길이 또는 양을 더한 것과 같은 값을 ACK에 포함하여 전송한다.
• FIN(Finish) : 세션을 종료시키는데 사용되며 더 이상 보낸 데이터가 없음을 표시한다.

TCP의 연결 설정 과정(3단계)와 연결 종료(4단계)에서 단계 차이가 나는 이유

• 연결 설정과 다르게, 연결 종료 과정에서 고려해야하는 경우가 존재한다. → 전송중인 데이터에 대한 경우, 클라이언트가 아직 서버로부터 못 받은 데이터가 있을 것을 대비하여 일정시간 동안 세션을 남기고 모든 데이터를 보냈다는 것을 의미하는 FIN을 받은 후에야 연결을 종료하기 때문이다.

FIN 패킷보다 늦게 도착하는 상황이 발생한다면?

• 패킷은 Drop되고 데이터는 유실될 것이다.
• 이러한 현상에 대비하여 Client는 Server로부터 FIN을 수신하더라도 일정시간동안 세션을 남겨놓고 잉여 패킷을 기다리는 과정을 거치게 되는데 이 과정을 TIME_WAIT 라고 한다. 일정시간이 지나면, 세션을 만료하고 연결을 종료시키며, CLOSE 상태로 변화한다.

초기 Sequence Number인 ISN을 0부터 시작하지 않고 난수를 생성해서 설정하는 이유

• Connection을 맺을 때 사용하는 포트는 유한 범위 내에서 사용하고 시간이 지남에 따라 재사용된다. 따라서 두 통신 호스트가 과거에 사용된 포트 번호 쌍을 사용하는 가능성이 존재한다.

• 서버 측에서는 패킷의 SYN을 보고 패킷을 구분하게 되는데 난수가 아닌 순차적인 number가 전송된다면 이전의 connection으로부터 오는 패킷으로 인식할 수 있다.

• 이러한 문제가 발생할 가능성을 줄이기 위해서 난수로 ISN을 설정하는 것이다.

HTTP와 HTTPS의 차이

• HTTP

  • 서버/클라이언트 모델을 따라 데이터를 주고받기 위한 프로토콜이다.
  • 비암호화 프로토콜, 기본 포트 80 사용, 속도가 빠르지만 보안 취약

• HTTPS

  • HTTP에 데이터 암호화가 추가된 프로토콜이다.
  • SSL/TLS를 통한 암호화, 기본 포트 443 사용, 보안성이 높으나 암호화 과정으로 인해 속도 약간 감소

• 개인 정보와 같은 민감한 데이터를 주고받아야 한다면 HTTPS를 이용해야 하지만, 단순한 정보 조회 등 만을 처리하고 있다면 HTTP를 이용하면 된다.

HTTP 요청/응답 헤더의 구조

• 요청/응답 헤더: 요청 메타데이터(메서드, URL, 프로토콜 버전, 상태 코드 등)와 다양한 필드(Host, User-Agent, Cookie, Content-Type 등)를 포함하여 클라이언트와 서버 간 정보 교환을 지원

HTTP와 HTTPS 동작 과정 비교

• HTTP: 단순 요청-응답 방식으로 동작
• HTTPS: 클라이언트와 서버 간 TLS 핸드셰이크를 통해 보안 채널 설정 후, 암호화된 요청-응답 방식으로 데이터 교환

CORS

• CORS: 웹 브라우저가 다른 출처의 리소스에 접근할 수 있도록 추가 HTTP 헤더(Origin, Access-Control-Allow-Origin 등)를 사용해 권한 부여

• 동작 원리:

  1. 클라이언트 요청 시 Origin 헤더 포함
  2. 서버가 허용 출처를 응답 헤더로 명시
  3. 브라우저가 비교 후 요청 허용 여부 결정

HTTP GET과 POST 메서드를 비교/설명

• GET: URL의 쿼리 스트링으로 데이터 전송, 멱등적(여러 번 요청해도 결과 동일), 주로 조회용

• POST: HTTP 메시지 body에 데이터 전송, 멱등하지 않음, 데이터 생성 용도

• 차이점: GET은 URL 파라미터에 요청하는 데이터를 담아 보내기 때문에 HTTP 메시지에 body가 없다. POST는 body에 데이터를 담아 보내기 때문에 당연히 HTTP 메시지에 body가 존재한다.

쿠키와 세션

• 쿠키: 클라이언트(브라우저)에 저장되는 작은 데이터 파일, 서버와의 요청 시 자동 전송, 보안 취약성 존재

  • 동작 방식
    1. 클라이언트가 페이지를 요청
    2. 서버에서 쿠키를 생성
    3. HTTP 헤더에 쿠키를 포함 시켜 응답
    4. 브라우저가 종료되어도 쿠키 만료 기간이 있다면 클라이언트에서 보관
    5. 같은 요청을 할 경우 HTTP 헤더에 쿠키를 함께 보냄
    6. 서버에서 쿠키를 읽어 이전 상태 정보를 변경할 필요가 있을 때 쿠키를 업데이트하여 변경된 쿠키를 HTTP 헤더에 포함시켜 응답

• 세션: 서버 측에서 관리되는 사용자 상태 정보, 세션 ID를 통해 식별, 보안성은 높지만 서버 자원 소모가 큼

  • 동작 방식
    1. 클라이언트가 서버에 접속 시 세션 ID를 발급
    2. 클라이언트는 세션 ID에 대해 쿠키를 사용해서 저장하고 가지고 있음
    3. 클라이언트는 서버에 요청할 때, 이 쿠키의 세션 ID를 서버에 전달해서 사용
    4. 서버는 세션 ID를 전달받아서 별다른 작업 없이 세션 ID로 세션에 있는 클라언트 정보를 가져옴
    5. 클라이언트 정보를 가지고 서버 요청을 처리하여 클라이언트에게 응답

• 차이점

  • 사용자의 정보가 저장되는 위치: 쿠키는 서버의 자원을 전혀 사용하지 않으며, 세션은 서버의 자원을 사용한다.
  • 보안: 쿠키는 클라이언트 로컬에 저장되기 때문에 변질되거나 request에서 스니핑 당할 우려가 있어서 보안에 취약하다. 반면 세션은 쿠키를 이용해서 세션 ID만 저장하고 그것으로 구분해서 서버에서 처리하기 때문에 비교적 보안성이 좋다.
  • 라이프 사이클: 쿠키는 만료시간이 있지만 파일로 저장되기 때문에 브라우저를 종료해도 계속해서 정보가 남아 있을 수 있다. 또한 만료 기간을 넉넉하게 잡아두면 쿠키 삭제를 할 때까지 유지될 수도 있다. 반면에 세션도 만료시간을 정할 수 있지만 브라우저가 종료되면 만료시간에 상관없이 삭제된다.
  • 속도: 쿠키에 정보가 있기 때문에 서버에 요청 시 속도가 빠르다. 반면 세션은 정보가 서버에 있기 때문에 처리가 요구되어 비교적 느린 속도를 낸다.

DNS

• 도메인 이름(예: www.google.com)을 IP 주소로 매핑하는 역할을 한다.

• 브라우저가 도메인에 해당하는 IP를 찾는 순서

  1. local cache 안에 검색한 해당 도메인의 IP가 있는지 확인한다. 이미 해당 도메인을 방문한 적이 있다면 컴퓨터가 해당 도메인의 IP를 기억하고 있으므로 그것을 사용한다.
  2. 만약 캐시에 없다면 컴퓨터 내부에 파일 형태로 존재하는 hosts 파일을 검색해서 찾는다. 해당 hosts 파일에 특정 도메인과 IP를 매핑 시켜놓으면 해당 도메인은 지정한 IP로 이동한다.
  3. 만약 위의 경우에서 도메인에 대한 IP를 찾지 못하면 최종적으로 DNS를 검색한다.

REST와 RESTful

• REST (Representational State Transfer)

  • URI를 통해 자원(DB)을 식별하고, HTTP 메서드로 CRUD 연산을 수행하는 아키텍처 스타일
    • Create
    • Read
    • Update
    • Delete

• RESTful

  • REST 원칙에 따라 구현된 웹 서비스를 지칭, "REST API를 제공하는 웹 서비스는 RESTful하다"처럼 사용된다.

• HTTP 메서드
  GET: 데이터 조회
  POST: 데이터 등록, 인증 작업을 거칠 때 사용하기도 함
  DELETE: 데이터 삭제
  PUT: 데이터를 전체적으로 업데이트할 때 사용
  PATCH: 데이터를 일부만 수정할 때 사용

• URL: 자원을 식별자로 취급하여 나타내는 주소를 말한다. URI의 종류로 URL과 URN이 있다. URI는 일반적으로 다음과 같은 형식을 갖고 있다.
  

Socket이란?

• 소켓: Application 프로세스와 end-to-end 통신을 제공하는 Transport 프로토콜 사이의 인터페이스을 말한다. 즉, Application에서 Transport 프로토콜을 쓰기 위한 API를 말한다.

• 크게 UDP와 TCP의 두 종류로 분류할 수 있다. 아래는 파이썬 코드로 표현한 것이다.

TCP

• TCP Client

from socket import *

server_name = "example.com"
server_port = 1234

client_socket = socket(AF_INET, SOCKET_STREAM)  # 소켓 생성
client_socket.connect((server_name, server_port)) # 서버에 연결 요청

• TCP Server

from socket import *

server_port = 1234

server_socket = socket(AF_INET, SOCKET_STREAM)  # 소켓 생성
server_socket.bind(('', server_port)) # 소켓에 주소 바인딩
server_socket.listen(1) # 클라이언트 연결 대기

(client_socket, client_address) = server_socket.accept()  # 클라이언트 연결 수락

UDP

• UDP Client

from socket import *

server_name = "example.com"
server_port = 1234

client_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM) # 소켓 생성

• UDP Server

from socket import *

server_port = 1234
server_socket = socket(AF_NET, SOCK_DGRAM)  # 소켓 생성
server_socket.bind(('', server_port)) # 소켓에 주소 바인딩

Socket.io와 WebSocket의 차이

• WebSocket: 브라우저와 서버 간 지속적이고 양방향 통신을 위한 프로토콜
  

• Socket.io: WebSocket을 포함하여 다양한 브라우저 환경에 맞춰 자동으로 최적의 통신 기술 선택해 양방향 통신을 구현하는 라이브러리

IPv4와 IPv6 차이

• 인터넷 프로토콜(IP)의 버전을 의미한다. 주로 호스트 간 패킷 혹은 데이터그램을 불리는 정보를 주고 받을 때 사용한다.
  
• IPv4: 32비트 주소, 헤더 옵션과 fragmentation 지원, 각 라우터마다 checksum 갱신
  • fragmentation: MTU(Maximum Transport Unit)을 넘는 큰 데이터그램을 쪼개 전송을 하고 도착지에서 재조합을 한다.
• IPv6: 128비트 주소, fragmentation 기능 없음(빠른 속도를 위해), 우선순위 지정(priority 비트) 등의 개선 사항 포함

MAC Address란

• MAC 주소: Data Link Layer에서 통신을 위해 네트워크 인터페이스에 할당한 식별자를 말한다. 즉, 모든 네트워크 장비는 자신의 MAC 주소가 있으며 주소는 장비 제조업체가 할당한다. MAC 주소는 물리적 주소(Physical Address)라고 불리기도 한다.

💡 MAC 주소와 IP 주소의 차이
MAC 주소와 IP 주소 모두 통신기기의 식별자라는 것은 동일하다. 다만 MAC 주소는 제조업체가 통신기기에 부여하는 식별자이며 같은 식별자를 같는 통신기기는 없다. IP 주소는 Network Layer에서 통신을 하기 위한 주소로 보통 통신사에서 부여하며 바뀔 수 있다.

라우터, 스위치, 허브 차이

• 라우터(Router): Network Layer 3계층 장비로 네트워크 사이를 연결하는 장치이다. 최종 도착지의 네트워크에 도착할 수 있도록 적절한 경로를 설정하여 패킷을 전송한다.

• 스위치(Switch): Data Link Layer 2계층 장비로 네트워크 내에서 패킷을 전송하는 장치를 말한다. 스위치로 요청이 들어오면 IP 주소에 대응되는 MAC 주소를 찾아 해당 MAC 주소로 패킷을 전송한다. 만약 IP 주소에 대응되는 MAC 주소가 없다면 허브처럼 브로드캐스트 방식으로 패킷을 전송하고 IP 주소와 MAC 주소를 대응시킨 테이블을 갱신시킨다.

  • 브로드캐스트: LAN에 있는 모든 네트워크 장비들에게 보내는 통신이다.

• 허브(Hub): Physical Layer 1계층 장비로 여러 기기를 연결하여 네트워크를 만들어주는 장치이다. 패킷을 받으면 연결된 모든 기기에 패킷을 전송한다.

SMTP

• SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)은 인터넷에서 이메일을 보내기 위해 사용하는 TCP/IP 프로토콜을 말한다. 사용하는 TCP Port 번호는 25번이다.
  • MAIL 명령: 주소 반환 확립
  • RCPT 명령: 메시지 수신자 확립
  • DATA 명령: 메시지 텍스트의 첫 신호를 제공

네트워크 topology

• Star(성형): 중앙 노드를 통해 연결, 장애 발견 및 관리 용이하지만 중앙 장애 시 전체 영향

• Bus(선형): 공통 버스(배선)를 사용하여 연결, 노드 설치와 확장이 용이하고 장애가 다른 노드에 영향을 주지 않음, 대역폭 제한 존재해 과부화로 인한 네트워크 성능 저하 발생 가능

• Ring(링형): 원형 연결, 단방향 통신, 노드 추가/삭제가 어려움

• Mesh(망형): 각 노드가 다수 연결되어 안정적이나 구축 비용과 복잡성 증가

• Tree(트리형): 네트워크의 확장에 용이, 장애가 전체 네트워크에 미치는 영향을 줄임.
  단, 최상위 루트 노드나 백본에 문제가 발생하면, 그 하위에 있는 모든 네트워크 구역이 영향을 받음

subnet mask → 이건 좀 이해가 안가는디..

IP 주소와 서브네팅 (subnetting)

IPv4 의 경우 $2^{32}$의 숫자로 주소를 표현하고, 이를 국가, 회사 등 잘게 나눠 어느 영역을 쓰게할 것인지 결정한다.

한정된 자원이기 때문에 효율적으로 노드에 주소를 할당하는게 중요하다. 이를 위해 IP 를 쪼개는, 네트워크 파트 + 호스트 파트로 구성하는 서브네팅을 활용한다.

기본적으로 IP 주소에 따라 5개의 클래스로 구분된다. 각 클래스에 따라 네트워크 파트와 호스트 파트가 정해진다.

위와 같은 클래스 구조와 더불어 더욱 효율적인 서브네팅을 위해서 사용하는 방법이 서브넷 마스크이다.

서브넷 마스크 (subnet mask)

할당된 IP 주소는 기본적으로 네트워크 파트와 호스트 파트가 정해져있다.

효율적인 주소 관리를 위해 내부적으로 호스트 파트를 새로운 네트워크 파트와 호스트 파트로 나눌 수 있다. 이 때 서브넷 마스크를 활용할 수 있다.

만약 C 클래스인 192.12.16.1 IP, 255.255.255.0 서브넷 마스크(호스트 파트)가 할당되었을 때 기존의 서브넷 마스크인 마지막 8 비트를 1111 0000 으로 바꾼다면, 4 비트만큼의 네트워크 파트 (그룹), 4 비트만큼의 호스트 (멤버) 를 할당할 수 있다. 이렇게 된다면 동일 네트워크 간에는 커뮤니케이션이 자유롭지만, 다른 네트워크 간에는 라우터를 거쳐야 커뮤니케이션을 할 수 있다.

어떤 기업을 생각해보자. 서브넷 마스크로 추가적인 서브네팅을 안한다면 인사팀, 재무팀 등등 여러 팀들이 모두 같은 네트워크 파트를 지니므로 서로에게 접근할 수 있다. 이럴 때 서브넷 마스크를 활용한 서브네팅으로 효율적으로 IP 를 관리할 수 있다.

DHCP

• DHCP: 동적으로 IP 주소나 기타 정보들을 관리해주는 프로토콜을 말한다. 관리해야하는 컴퓨터가 많고 이들의 IP 를 모두 직접 할당하고 관리하려면 상당히 복잡하고 시간이 많이들지만, DHCP 를 사용하면 이러한 문제점을 해결할 수 있다.

  • 과정
    1. DHCP discover: 컴퓨터가 동일 서브넷으로 브로드캐스팅(255.255.255.255)으로 DHCP 서버를 찾는다.
    2. DHCP offer: DHCP 가 사용가능한 IP 주소의 리스트를 컴퓨터에게 전달한다.
    3. DHCP request: 컴퓨터가 리스트 중 하나의 IP 주소를 선택하여 서버에 전달한다.
    4. DHCP ack: DHCP 가 컴퓨터에게 해당 IP 주소를 허락/거절하는 메세지를 전달한다.

• 장점

  • DHCP 서버에서 자동으로 IP 를 관리해주므로 편리하다. IP 에 변동이 있을 때, DHCP 에만 정보를 입력하면 된다.
  • 사용중인 컴퓨터에 대해서만 할당하므로 효율적이다.

• 단점

  • DHCP 서버에 의존하기 때문에 서버가 다운되는 경우 모든 컴퓨터에서 인터넷을 할 수 없다.
  • 초기 DHCP 세팅 시간 및 트래픽이 크다.
  • 단말 컴퓨터를 끌 경우, 완전히 주소가 release 될 때 까지 해당 IP 를 사용할 수 없다.

라우팅 프로토콜 (Link State vs. Distance Vector)

• 라우팅: 패킷을 전달할 때 어느 경로로 갈지 정하는 것을 의미한다.

• 정적 라우팅: 네트워크 라우터의 경로를 네트워크 관리자가 수동으로 설정하는 방식
• 동적 라우팅: 정적 라우팅과 달리 네트워크 상황에 따라 경로를 동적으로 갱신
  
  • IGP: 하나의 네트워크 관리자에 의해 관리되는 네트워크 집단(AS)을 기준으로 내부 라우팅
    • Distance Vector: 각 노드가 인접 노드로부터 거리와 방향 정보를 받아 라우팅 테이블 갱신 (예: RIP, IGRP, BGP)
      간단하지만 루핑 문제가 발생할 수 있음 (벨만–포드 알고리즘 기반)
    • Link State: 네트워크 내 모든 노드가 전체 토폴로지를 파악하여 경로 계산 (예: OSPF, IS-IS)
      정확하나 CPU, 메모리 자원 소모가 큼 (다익스트라 알고리즘 기반)
  • EGP: AS기준 외부 라우팅

이더넷이란?

• 이더넷: 근거리 유선 통신을 위해 사용되는 네트워킹 방법으로 CSMA/CD프로토콜을 사용한다. IEEE 802.3 에 표준으로 정의되었다.

• 장점

  • 적은 용량의 데이터를 보낼 때 성능이 좋다.
  • 비용이 적고 관리가 쉽다.
  • 구조가 단순하다.

• 단점

  • 캐리어 충돌이 발생할 수 있다.
  • 충돌이 발생하면 지연이 생긴다.

Client와 Server 차이

• 네트워크 상에서 요청을 보내는 대상을 client, 요청에 응답하는 대상을 server 라고 한다. client 와 server 는 고정되지 않고 요청에 따라 바뀐다.

Delay, Timing(jitter), Throughput의 차이

• 위 3가지 용어 모두 네트워크 성능을 나타낸다.

• Delay (지연):

  • 패킷이 출발지에서 도착지까지 전달되는 전체 시간
  • 구성
    • Processing Delay (처리 지연): 라우터가 들어온 패킷의 헤더를 확인하고 처리하는데 걸리는 시간
    • Queueing Delay (큐 지연): 라우터가 다른 패킷을 처리하느라 패킷이 라우터의 큐에서 대기하는 시간
    • Transmission Delay (전송 지연): 라우터의 성능 (전송 속도) 에 따라 패킷이 논리회로를 통과할 때까지 걸리는 시간
    • Propagation Delay (전파 지연): 라우터간 거리에 의해 발생하는 지연 시간
      

• Jitter (지터):

  • 패킷 지연 시간의 변동 폭, 일정하지 않은 전송 지연을 의미

• Throughput (처리량):

  • 단위 시간당 실제 전송되는 데이터 양, 네트워크의 효율성을 나타냄