회선 교환 방식(circuit exchange method)
- 데이터를 교환하기 전에 일대일의 전송로를 생성하고 교환을 마칠 때까지 전송로를 계속 사용하는 방식
- 일대일의 전송로를 사용하기 때문에 접속하는 동안에는 다른 사용자와 통신이 불가능( = 통화중)
- 전화기의 통신 방식
- 안정적인 품질 유지 가능
- 데이터가 흐르지 않을 때에도 회선이 유지되기 때문에 회선 이용 효율이 낮아 데이터 교환에 적합한 통신 방식이 아니다.
패킷 교환 방식(packet exchange method)
- 데이터를 패킷이라는 작은 단위로 나누어 네트워크로 보내는 방식
- 송신 측 컴퓨터는 데이터에 헤더라는 정보를 붙여 패킷 교환 네트워크로 패킷을 보냄
- 헤더에는 수신 컴퓨터 정보, 데이터 중 몇 번째에 해당되는 패킷인지 등에 정보가 포함되어 있음
- 패킷 교환 네트워크는 헤더 정보를 통해 수신 컴퓨터로 패킷을 전달 -> 수신 컴퓨터의 헤더 정보를 보고 원 데이터로 복원
- 필요한 만큼만 회선을 사용할 수 있고, 같은 회선을 사용해 다른 사용자의 데이터도 전송할 수 있기 때문에 회선을 효율적으로 사용 가능
- 경로상에서 패킷이 사라지거나 손상되어도 해당 패킷만 다시 전송하면 곧바로 복구 가능
- 현대 인터넷 네트워크에서 사용하는 방식
프로토콜(Protocol)
- 패킷을 처리하기 위한 규칙
- 통신에 필요한 기능별로 명확하게 규정되어 있기 때문에 PC 제조사나 운영체제가 다르더라도, 유 무선에 관계없이 동일하게 패킷을 교환할 수 있음
프로토콜에 결정되어 있는 것
- 물리적 사양
- LAN 케이블 소재, 커넥터 형태, 그 핀 할당에 이르기까지 네트워크에서 눈에 보이는 모든 것들은 프로토콜에 정의되어 있다
- 와이파이 환경에서 전파의 주파수, 패킷을 전파로 변환하는 방식
- PC의 NIC는 프로토콜에 정의된 내용에 기반하여 케이블이나 전파 드의 전송 매체에 패킷을 보냄
- 송신 상대 특정
- IP 주소를 통해 송신 상대를 구별
- 패킷 전송
- 헤더의 어디에서 어디까지 어떤 정보를 포함하고 어떤 순서로 교환하는지 등이 정의되어 있음
- 패킷 교환기는 헤더의 정보를 기반으로 릴레이처럼 패킷을 전송
- 신뢰성 확립
- 패킷이 언제 어디서 어떤 상황에서 손사오디거나 사라지는지 알 수 없으므로 에러를 알리거나 데이터를 재전송하는 구조를 제공
- 보안 확보
- 중요한 정보를 안심하고 교환할 수 있도록 올바른 통신 상대인지 인증하고 통신을 암호화하는 구조를 제공
TCP/IP 참조 모델
- 링크 계층, 인터넷 계층, 트랜스포트 계층, 애플리케이션 계층 으로 나뉨
- 링크 계층: 디지털 데이터를 물리적인 전송 매체로 보내는 변환/변조 및 그 신뢰성을 확보하는 처리를 수행
- 인터넷 계층: 수신지가 되는 컴퓨터 까지의 통신 경로를 확보하는 처리를 수행
- 트랜스포트 계층: 애플리케이션을 식별하고, 그에 따라 통신 제어
- 애플리케이션 계층: 사용자에게 애플리케이션을 제공
OSI 참조 모델
- 물리 계층(physical layer): 디지털 데이터를 전기 신호나 광 신호, 전파로 변환해 네트워크로 전송
- 데이터링크 계층(datalink layer): 물리 계층의 신뢰성을 확보하고, 같은 네트워크에 있는 단말과의 연결성을 확보
- 네트워크 계층(network layer): 다른 네트워크에 있는 단말과의 연결성을 확보
- 트랜스포트 계층(transport layer): 애플리케이션 식별 및 그에 따라 통신 제어
- 세션 계층(Session layer): 애플리케이션 데이터를 송신하기 위한 논리적 통신로(세션)를 관리
- 프리젠테이션 계층(presentation layer): 애플리케이션 데이터를 통신 가능한 방식으로 변환
- 애플리케이션 계층(application layer): 사용자에게 애플리케이션을 제공
| 계층 | 계층 이름 | PDU |
| 7 Layer | 애플리케이션 계층(application layer) | 데이터, 메시지 |
| 6 Layer | 프리젠테이션 계층(presentation layer) | 데이터 , 메시지 |
| 5 Layer | 세션 계층(Session layer): | 데이터 , 메시지 |
| 4 Layer | 트랜스포트 계층(transport layer) | 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP) |
| 3 Layer | 네트워크 계층(network layer) | 패킷 |
| 2 Layer | 데이터링크 계층(datalink layer) | 프레임 |
| 1 Layer | 물리 계층(physical layer): | 비트 |
- 캡슐화: 송신 단말은 애플리케이션 계층에서 순서대로 각 계층에서 페이로드에 헤더를 붙여 PDU로 만들어 한 단계 아래 계층으로 전달
- 비캡슐화: 대응하는 수신 단말은 물리 계층에서 순서대로, 각 계층에서 PDU로 부터 헤더를 제거하고 페이로드만들 한 단계 위 계층으로 전달
=> 각 계층의 PDU가 아래 계층으로 페이로드가 되고, 각 계층의 페이로드가 위 계층의 PDU가 되는 방식
물리 계층에서 동작하는 장비
- NIC(Nework Interface Card)
- 서버, 컴퓨터를 네트워크에 연결하기 위해 필요한 하드웨어
- 모든 네트워크 단말은 애플리케이션과 운영체제가 처리한 패킷을 NIC를 통해 LAN 케이블이나 전파로 보냄
- 리피터
- 파형을 한 번 더 증폭해서 정돈한 뒤 다른 쪽으로 전송해주는 장비
- 전송 거리를 늘려 패킷이 더 멀리 도달 가능
- 리피터 허브
- 전달받은 패킷의 복사본을 그대로 다른 모든 포트에 전송하는 장비
- L2 스위치로 대체되어 더 이상 사용되지 않음
- 미디어 컨버터
- 전기 신호와 광 신호를 서로 교환하는 기기
- 광섬유 케이블을 연결하지 못하는 기기만 있는 상황에서 네트워크를 연장하고자 할 때 사용
- 엑세스 포인트
- 패킷을 전파로 변조/복조하는 기기
- 와이파이에 접속해 있을 때는 엑세스 포인트를 우선 경유해서 유선 네트워크로 들어가게 되는 방식
- 가정에서 사용하는 라우터
데이터링크 계층에서 동작하는 기기
- 브리지
- 포트와 포트 사이의 다리 역할을 담당
- 단말에서 받아들인 MAC 주소를 MAC 주소 테이블로 관리하고 전송 처리
- L2 스위치로 대체되어 더 이상 사용되지 않음
- L2스위치
- 많은 포트를 가진 브리지
- 단말에서 받아들인 프레임의 MAC주소를 MAC주소테이블로 관리하고 전송 처리
네트워크 계층에서 동작하는 기기
- 라우터
- 단말로부터 받아들인 IP 패킷의 IP 주소를 확인하고 자신이 속한 네트워크를 넘은 범위에 잇는 단말로 전달하는 역할을 담당
- IP 패킷을 릴레이하여 목적지까지 전송
- 라우터의 다양한 기능
- 라우팅 프로토콜: 라우터끼리 정보를 교환해, 라우팅 테이블을 동적으로 만드는 프로토콜(RIPv2, OSPF, BGP)
- PPPoE: 거점 사이를 일대일로 연결하는 PPP(Point-to-Point Protocol)를 이더넷에서 캡슐화하는 프로토콜
- IPsec VPN
- 인터넷상에 가상저인 전용선을 만드는 프로토콜
- 거점 사이를 연결하는 거점간 VPN과 사용자 단말을 연결하는 원격 엑세스 VPN의 2 종류가 있다.
- DHCP: 단말의 IP 주소 등을 동적으로 설정하기 위한 프로토콜
- L3스위치
- 라우터에 L2스위치를 추가한 장비
- 여러 포트가 존재하여 여러 단말을 연결할 수 있으며, IP 패킷 라우팅도 가능
- L3 스위치는 MAC 주소 테이블과 라우팅 테이블을 조합한 정보를 FPGA(Field Programmable Gate Array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등의 패킷 전송 처리 전용 하드웨어에 기록하고, 그 정보를 기반으로 스위칭 혹은 라우팅을 한다
트랜스포트 계층에서 동작하는 기기
- 방화벽
- 단말 사이에서 교환되는 패킷의 IP 주소나 포트 번호를 보고, 통신을 허가하거나 차단하는 장비
- 스테이트풀 인스펙션이라고도 부름
애플리케이션 계층에서 동작하는 기기
- 차세대 방화벽(next-generation firewall)
- 스테이트풀 인스펙션과 함께 VPN이나 IDS(Intrusion Detection System, 침입 탐지 시스템), IPS(Intrusion Prevention System, 침입 차단 시스템) 등 다양한 보안 기능을 넣은 통합화를 추구
- 다양한 정보를 애플리케이션 레벨에서 해석함에 따라, 전통적인 방확벽보다 높은 차원의 보안, 운용 관리성을 제공
- WAF(Web Application Firewall)
- 클라이언트와 서버 사이에서 교환되는 정보의 움직임을 애플리케이션 레벨에서 하나하나 검사하고 필요에 따라 차단하는 장비
- XSS(Cross-Site Scripting), SQL Injection 등 웹애플리케이션의 취약성을 이용한 교묘한 공격을 방어
- 부하분산장치(L7 스위치) / 로드벨런서
- 클라이언트들로부터 받아들인 패킷을 부하 분산 방식이라는 방법에 근거해, 뒤쪽에 있는 여러 서버들로 나눔으로써 시스템 전체적으로 처리 가능한 트래픽양을 확정하는 것을 목표로 하는 장비
- 헬스체크를 통해 정기적으로 서버를 감시함으로써, 장애가 발생한 서버를 부하 분산 대상에서 제외하여 가용성을 향상
물리 어플라이언스 / 가상 어플라이언스
1. 물리 어플라이언스
- 패킷을 처리하는 소프트웨어가 동작하기 위해 최적의 하드웨어로 구성
- 단순한 처리를 하거나, 반대로 복잡한 처리를 하는 것을 별도의 전용 하드웨어가 담당하게 함으로써 처리 효율과 성능을 향상하는 것을 목표로 함
2. 가상 어플라이언스
- 가상화 기술을 제공하는 소프트웨어 위에서 동작하는 네트워크 기기
- 물리 서버를 소프트웨어적으로 가상화한 여러 서버나 네트워크 기기로 나누어 이용하는 기술
- 가상화 소프트웨어를 사용해 하드웨어를 나누고, OS에 할당해 물리 서버를 나누는데 이러한 가상화 기술을 통해 만들어진 기기를 가상 머신이라고 부른다.
네트워크 형태
1. LAN (Local Area Network)
- 가정이나 기업 등 한정된 범위의 네트워크를 의미
- 가정 내 LAN 환경에서는 단말기가 브로드밴드 라우터를 통해 외부 인터넷과 연결되는 방식
- 기업 내 LAN 환경에서는 단말기가 엑세스 포인트나 에지 스위치(edge switch, L2 스위치) 등에 우선 연결되고, 에지 스위치를 집약하는 코어 스위치를 경유하여 인터넷이나 사내 서버에 연결되는 방식'
2. WAN(Wide Area Network)
- 거리상 멀리 떨어진 범위의 네트워크를 의미 / 인터넷과 VPN을 사용한 내부망으로 나눌 수 있음
- 인터넷
- 공중 WAN을 의미하며 인터넷 서비스 제공자나 연구 기관, 기업 등이 가진 수많은 라우터가 연결되어 셀 수 없이 많은 패킷을 운반하여 통신
- 각 ISP에는 AS number(Autonomous System/ 각 조직이 관리하는 범위)라는 인터넷상 일련의 관리 번호가 할당되고 인터넷에서는 몇 번과 몇 번의 AS 번호를 어떻게 연결하는가, 어떤 AS 번호에 대한 경로를 우선 사용하는가 등을 엄밀하게 규정하고 있으며, 패킷은 그 규칙을 따라 인터넷을 이동하는 방식
- 폐역 VPN망
- LAN과 LAN을 연결하는 네트워크를 의미
- 직접 구축하거나 통신 사업자가 제공하는 WAN 서비스를 계약해 구축 가능
- 직접 구축할 때는 라우터나 방화벽의 거점 간 VPN 기능을 사용
- VPN은 Virtual Private Network의 약자로 인터넷상에 가상의 전용선을 만드는 기능
- IPsec이라는 프로토콜을 사용해 거점 사이를 일대일로 연결하고 해당 통신을 암호화
3. DMZ (DeMilitarized Zone)
- 인터넷에 공개하는 서버를 설치한 네트워크를 의미
- DMZ에서는 어떤 기기가 고장나더라도, 어떤 케이블이 끊어지더라도 경로가 즉시 전환되어 서비스를 계속 제공할 수 있도록 동일한 종류의 네트워크 기기를 병렬로 배치
- 일반적으로 L3 스위치로 ISP의 인터넷 회선을 받아 방화벽으로 방어하고, 부하 분산 장치로 여러 서버로 트래픽을 나누며 각 장비마다 스탠바이 장비가 존재한다.
새로운 네트워크 형태
1. SDN (Software Defined Network)
- 소프트웨어에 의해 관리 및 제어되는 가상적 네트워크, 또는 이를 구성하기 위한 기술을 의미
- 크게 오버레이 타입과 홉바이홉으로 나뉘며 현재는 오버레이 타입만 사용됨
- 오버레이 타입은 스위치 사이에 가상적인 터널을 만들고 패킷을 전송하는 방식으로 터널에는 VXLAN이라는 프로토콜을 사용
2. CDN (Content Delivery Network)
- 이미지, 동영상, HTML, CSS등 웹 콘텐츠로 사용되는 다양한 파일을 대량으로 송신하기 위해 최적화된 인터넷상의 서버 네트워크를 의미
- CDN은 오리지널 웹콘텐츠를 가진 오리진 서버와 그 캐시를 가지는 에지 서버로 구성되며, 사용자는 물리적으로 거리가 가까운 에지 서버에 접속하여 웹콘텐츠를 제공 받는 방식
- 에지 서버는 캐시를 가지고 있지 않거나 그 유효 기간이 만료되었을 때만 오리진 서버에 접속
3. IoT (Internet of Things)
- 주변에 있는 다양한 것들이 인터넷에 연결된 구조
- 가벼움, 빠른 속도 적은 전력이 공통적인 요건으로 그에 맞는 프로토콜로 CoAP(Contrained Application Protocol)와 MQTT(Message Queing Telemetry Transport) 가 있다.
- CoAP
- 트랜스포트 계층의 UDP를 사용한 프로토콜로 빠르게 실시간 데이터를 전송할 수 있음
- MQTT
- TCP 상에서 동작하는 브로커 타입 프로토콜로 퍼블리셔(Publisher), 브로커(Broker), 서브스크라이버(Subscriber)라는 3가지 요소로 구성
- 퍼블리셔는 수집한 데이터를 송신하는 기기를 의미하며 토픽이라는 식별자를 붙여 브로커에게 데이터를 송신한다
- 서브스크라이버는 토픽을 사용해 어떤 데이터를 원하는지를 브로커에게 등록
4. IaaS (Infrastructure as a Service)
- 서버나 네트워크 등의 인프라를, 인터넷상에서 구축하는 클라우드 서비스
- 대표적으로 AWS, Azure, GCP, NCP 등이 존재
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