📘 네트워크의 기초

📘 네트워크

• 네트워크란 노드와 링크가 서로 연결되어 있으며, 리소스를 공유하는 집합을 의미한다.
  노드: 서버, 라우터 ,스위치 등 네트워크 장치
  링크: 유선, 무선

📗처리량

• 링크 내에서 성공적으로 전달된 데이터의 양, 얼마만큼 트래픽을 처리했는지
  많은 트래픽을 처리 == 많은 처리량을 가진다.
• 단위는 bps로 초당전송, 수신되는 비트 수를 의미한다.
• 처리량은 트래픽, 네트워크 장치간 대역폭, 네트워크 에러, 장치의 하드웨어 스펙에 영향을 받는다.

※대역폭: 주어진 시간동안 네트워크 연결을 통해 흐를 수 있는 최대 비트 수

📗지연 시간

• 어떤 요청이 처리되는 시간, 메시지가 두 장치를 왕복하는데 걸린 시간
• 매체 타입(유,무선), 패킷 크기, 라우터의 패킷 처리 시간에 영향을 받는다.

📗네트워크 토폴로지

• 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식, 연결 형태를 의미
• 트리, 버스 토폴로지, 성형 토폴로지, 링형 토폴로지, 메시 토폴로지 등이 있다.

버스 토폴로지

• 중앙 통신 회선에 여러 노드가 연결, 근거리 통신만(LAN)에서 사용
• 설치비용이 적고 신뢰성이 우수, 추가 삭제 쉽다.
• 스푸핑의 위험이 있음

스푸핑

• 기존 스위칭 기능을 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 조작하는 것

📗병목현상

• 특정 회선에 트래픽이 몰려 지연시간이 길게 발생하는 현상

-> 병목현상 해결하려면 네트워크가 어떤 토폴로지로 구성되어 있고, 어떤 경로로 이루어져 있는지 알아야 병목 현상을 해결할 수 있다.

📗네트워크 분류

LAN

• 근거리 통신망을 뜻하며, 같은 건물, 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영

MAN

• 대도시 지역 네트워크

WAN

• 광역 네트워크, 국가 또는 대륙에서 운영, 전송 속도 낮음

📗네트워크 성능 분석 명령어

ping

• 네트워크 상태 확인하려는 대상 노드를 향해 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령어
  -> 패킷 수신 상태, 도달시간 등을 알 수 있으며 연결정상인지 확인 할 수 있다.
• TCP/IP 프로토콜 중 ICMP 프로토콜을 통해 동작한다.
• 명령어: ping [ip주소 or 도메인 주소]

netstat

• 접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하며, 네트워크 접속, 라우팅 테이블, 네트워크 프로토콜 등의 리스트를 보여준다.
• 주로 서비스의 포트가 열려있는지 확인할 때 쓴다.

nslookup

• 특정 도메인에 매핑된 IP를 확인 하기 위해 사용한다.

tracert

• 목적지 노드까지의 네트워크 경로 확인할 때 사용하는 명령어.
• 경로별 시간 추적을 통해 어느 구간에서 병목현상이 발생하는지도 확인할 수 있다.

📘TCP/IP 4계층 모델

TCP/IP 4계층은 OSI 7계층과 많이 비교한다.

• 이 계층들은 특정 계층이 변경되었을 때, 다른 계층이 영향 받지 않도록 설계되었다.

📗애플리케이션 계층

• FTP,HTTP,SSH,SMTP,DNS 등 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층이며, 실질적으로 사람들에게 제공되는 층

📗전송 계층

• 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스 제공, 연결 지향 데이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름제어
• 애플리케이션, 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때 중계 역할을 한다.

TCP

• 패킷 사이의 순서를 보장하고 연결지향 프로토콜을 사용해서 연결하여, 신뢰성을 구축하여 수신 여부를 확인, 가상회선 패킷 교환 방식을 사용한다.
• 순서 보장

UDP

• 순서를 보장하지 않으며, 수신여부도 확인하지 않는다
• 데이터그램 패킷 교환 방식 사용한다.
  ->패킷이 독립적으로 이동하며 최적의 경로 선택, 분할된 패킷은 서로 다른 경로로 전송될 수 있으며 도착순서도 다를 수 있다.

3 way handshake

SYN: 접속요청
ACK: 요청 수락
1. 클라이언트가 서버로 SYN
2. 서버가 클라이언트로 SYN+ACK
3. 클라이언트가 서버로 ACK
-> 데이터 전송(3번 수행시 같이 보낼 수도 있음)

데이터 전송시 데이터 수신 확인을 전송 -> 데이터 전달 보증
순서 잘못왔을때, 재요청 -> 순서보장

-> TCP는 이 과정 때문에 신뢰성있는 계층이며, UDP는 이과정이 없어서 신뢰성 없는 계층이라고 한다.

4 way handshake

TCP가 연결을 해제할 때 과정을 말한다.
1. 클라이언트 FIN_WAIT 상태로 변환 후 서버로 FIN이라는 세그먼트 보냄
2. 서버는 CLOSE_WAIT 상태로 변환 후 클라이언트로 ACK 보냄,
3. 서버에서 =일정시간 이후 FIN을 다시 보냄
4. 클라이언트는 TIME WAIT 상태로 변환 후 서버로 ACK 보냄. 서버 CLOSED,
일정시간 이후 클라이언트도 CLOSED 상태로 연결해제

👉 일정시간 이후 연결을 닫는 이유
1. 지연 패킷이 발생할 경우를 대비하기 위함.
2. 서버가 닫혔는지 확인하기 위해 만약 서버가 LAST_ACK 상태에서 클라이언트가 닫히면 새로운 연결시 접속 오류가 생기기 때문

📗인터넷 계층

• 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용.
• IP, ARP, ICMP 등이 있으며 패킷 수신 상대의 주소를 지정하여 데이터를 전달.
• 상대방이 제대로 받았는지는 보장 안하는 비연결형적 특징

📗링크 계층

• 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터 전달, 장치간 신호를 주고받는 규칙
  을 정하는 계층

📘계층 간 데이터 송수신 과정

1. 애플리케이션 계층에서 전송 계층으로 요청값들이 캡슐화 과정을 거쳐 전달
2. 링크 계층을 통해 해당 서버와 통신
3. 해당 서버의 링크 계층으로 부터 애플리케이션 계층까지 비캡슐화 과정을 거쳐 데이터가 전송

📗캡슐화 과정

• 상위 계층의 헤더와 데이터를 하위 계층의 데이터 부분에 포함시키고, 해당 계층의 헤더를 삽입하는 과정을 말한다.
  

1. 애플리케이션 계층 -> 전송계층 - 세그먼트 or 데이터그램
2. 전송계층 -> 인터넷 계층 - 패킷
3. 인터넷 계층 -> 링크 계층 - 프레임

📗비캡슐화 과정

• 하위 계층에서 상위 계층으로 각 계층의 헤더 부분을 제거하는 과정

1. 프레임화된 데이터 -> 패킷화 -> 세그먼트 or 데이터그램화 -> 메시지화
2. 최종적으로 애플리케이션 메시지로 사용자에게 전달

📗PDU

• 네트워크의 계층 사이로 데이터가 전달될 때 한덩어리의 단위를 PDU라고 한다.
  PDU는 제어 관련 정보들이 포함된 '헤더' 데이터를 의미하는 '페이로드'로 구성되어 있으며, 계층마다 부르는 명칭이 다르다.
  애플리케이션: 메시지
  전송계층: 세그먼트(TCP),데이터그램(UDP)
  인터넷계층: 패킷
  링크계층: 프레임(데이터 링크), 비트(물리)

• 애플리케이션 계층에서는 문자열 기반 메시지로 송수신 하는데, 헤더에 authorization 값 등 다른 값들을 넣는 확장이 쉽기 때문.

📘네트워크 기기

• 네트워크 기기 처리 범위 - 상위 계층의 기기는 하위계층의 프로토콜을 처리할 수 있지만 그 반대는 불가능하다.

👉애플리케이션 계층 처리

📗L7 스위치

• 스위치는 여러 장비를 연결하고 데이터 통신을 중재하며 목적지가 연결된 포트로만 전기 신호를 보내 데이터를 전송하는 장비
• L7 스위치는 로드밸런서라고도 하며, 애플리케이션 계층을 처리하며, 서버의 부하를 분산하는 기기이다.
  URL, 서버, 캐시, 쿠키들을 기반으로 트래픽을 분산하며, 불필요한 외부 데이터등을 걸러내는 필터링 기능 또한 가지고 있다.
• 장애 발생한 서버가 있다면 분산 대상에서 제외해야 하는데 이는 정기적인 헬스 체크를 이용하여 감시하며 이루어진다.
• IP,포트, URL, HTTP헤더, 쿠키등을 기반으로 트래픽을 분산한다.

👉전송 계층 처리

L4스위치

• 스트리밍 관련 서비스에서는 사용할 수 없으며, IP,포트 기반으로 트래픽을 분산한다.

헬스체크

• L4,L7 스위치 모두 헬스 체크를 통해 서버의 정상여부를 판별하는데, 사전에 설정한 전송 주기, 재전송 횟수등을 통해 반복적으로 서버에 요청을 보내는 것을 말한다.

서버 이중화

• 로드밸런서의 대표적인 기능으로 2대 이상의 서버를 기반으로 가상 IP를 제공하고 이를 기반으로 안정적인 서비스를 제공한다.
• 서버 하나에 장애가 생기더라도 로드밸런서를 통해 다른 정상 서버로 서비스를 운영한다.

👉인터넷 계층 처리

📗라우터

• 여러 개의 네트워크를 연결, 분할, 구분시켜주는 역할.
• 다른 네트워크에 존재하는 장치끼리 서로 데이터를 주고받을 때 패킷 소모를 최소화하고 경로를 최적화하여 최소 경로로 패킷을 포워딩하는 장비

📗L3 스위치

• L2스위치 + 라우팅 기능 L3 스위치를 라우터라고 해도 무방하다.
• 라우터는 소프웨어 기반의 라우팅, 하드웨어 기반의 라우팅을 하는 것으로 나눠지는데
  하드웨어 기반의 라우팅 담당을 L3 스위치라고 한다.

👉데이터 링크 계층 처리

📗L2 스위치

• 장치들의 MAC주소를 MAC주소 테이블을 통해 관리하며, 연결된 장치로부터 패킷이 왔을 때 패킷 전송을 담당한다.
• IP주소는 지원하지 않으므로, IP주소 기반 라우팅은 불가, 단순히 패킷의 MAC주소 스위칭 하는역할.

브리지

• 두개의 근거리 통신망(LAN)을 상호 접속할 수 있도록 하는 통신망 연결 장치, 포트와 포트사이의 다리 역할, 장치에서 받아온 MAC 주소를 MAC주소 테이블로 관리

👉물리 계층 처리

📗NIC

• LAN 카드라고 하는 네트워크 인터페이스 카드는 2대 이상의 컴퓨터 네트워크 구성하는데 사용하며, 컴퓨터 내에 설치하는 확장카드이다.
• LAN 카드에는 고유의 식별번호인 MAC주소가 있다.

리피터

• 약해진 신호 정도를 증ㅍ폭하여 다른 쪽으로 전달하는 장치를 말한다.
  -> 광케이블 보급됨에 따라 현재는 잘 쓰이지 않음

AP(공유기)

• 패킷을 복사하는 기기로 유선 LAN 연결 후 다른 장치에서 무선 LAN기술(와이파이)를 사용하여 무선 네트워크 연결을 할 수 있다.