[스터디] CS 전공지식 노트-네트워크 기기

Lina Hongbi Ko·2025년 3월 13일

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2025년 3월 13일

2. 네트워크

🖥 SECTION 3. 네트워크 기기

:네트워크는 여러 개의 네트워크 기기를 기반으로 구축됨

📍 네트워크 기기의 처리 범위

네트워크 기기는 계층별로 처리 범위를 나눌 수 있음
상위 계층을 처리하는 기기는 하위 계층을 처리할 수 있지만 그 반대는 불가
e.g) L7 스위치 (애플리케이션 계층 처리 기기)로 그 밑의 모든 계층의 프로토콜을 처리할 수 있지만 AP (물리계층)은 해당 계층만 처리할 수 있음
애플리케이션 계층: L7 스위치
인터넷 계층: 라우터, L3 스위치
데이터 링크 계층: L2 스위치, 브리지
물리 계층: NIC, 리피터, AP

📍 애플리케이션 계층을 처리하는 기기

✨ L7 스위치

여러 장비 연결, 데이터 통신 중재해 목적지가 연결된 포트로만 전기 신호를 보내 데이터를 전송하는 통신 네트워크 장비
로드 밸런서라고도 하고, 서버의 부하를 분산하는 기기
- 클라이언트에서 오는 요청들을 여러 서버로 나누는 역할을해 시스템이 처리할 수 있는 트래픽 증가를 목표로 함

*로드 밸런서: 서버에 가해지는 부하(=로드)를 분산(=밸런싱)해주는 장치

url, 서버, 캐시, 쿠키들을 기반으로 트래픽을 분산
바이러스, 불필요한 외부 데이터 등을 걸러내는 필터링 기능 있음
응용 프로그램 수준의 트래픽 모니터링 가능
장애가 발생한 서버가 있으면 이를 트래픽 분산 대상에서 제외해야하는데 이를 정기적으로 헬스 체크(health check)를 이용해 감시하면서 이루어짐

✨ L4 스위치와 L7 스위치

로드밸런서로 L4 스위치도 있음
L4 스위치는 전송 계층을 처리하는 기기
- 스트리밍 관련 서비스에서 사용X
- 메시지를 기반으로 인식하지 못하고, IP와 포트를 기반으로(특히 포트 기반) 트래픽을 분산함
L7 로드밸런서는 IP, 포트 외에도 URL, HTTP 헤더, 쿠키 등을 기반으로 트래픽 분산
클라우드 서비스(AWS 등)에서 L7 스위치를 이용한 로드 밸런싱은 ALB (Application Load Balancer) 컴포넌트로 하며, L4 스위치를 이용한 로드 밸런싱은 NLB (Network Load Balancer) 컴포넌트로 한다고 함
- ALB, NLB 관련 자료
- ELB 관련 자료

✨ 헬스 체크

전송 주기와 재전송 횟수 등을 설정한 이후 반복적으로 서버에 요청을 보내는 것을 말함
- 이때 서버에 부하가 되지 않을 만큼 요청 횟수가 적절해야 함
- TCP, HTTP 등 다양한 방법으로 요청을 보내며 이 요청이 정상적으로 이루어졌으면 정상적인 서버로 판별
  e.g) TCP 요청을 보냈는데 3-way-handshake가 정상적으로 일어나지 않으면 정상X

✨ 로드 밸런서를 이용한 서버 이중화

로드밸런서의 대표적인 기능 : 서버 이중화
서비스를 안정적으로 운용하기 위해 2대 이상의 서버는 필수적(에러 발생해 서버 1대가 종료되면 나머지에서라도 운용되어야하기 때문)
- 따라서, 로드 밸런서는 2대 이상의 서버를 기반으로 가상 IP를 제공해 이를 기반으로 안정적인 서비스를 제공함
- 로드 밸런서가 제공한 0.0.0.12010 이란 가상 IP에 사용자들이 접근하고 뒷단에 사용 가능한 서버인 0.0.0.12011과 0.0.0.12012를 기반으로 서빙 -> 0.0.0.12011 서버에 장애 발생해도 0.0.0.12012 서버를 기반으로 서비스 운용 할 수 있음

📍 인터넷 계층을 처리하는 기기

✨ 라우터

여러 개의 네트워크를 연결, 분할, 구분 시켜주는 역할
다른 네트워크에 존재하는 장치끼리 서로 데이터를 주고받을 때 패킷 소모를 최소화하고 경로를 최적화해 최소 경로로 패킷을 포워딩(패킷을 목적지로 가는 경로 상에 올려 놓는 것) 하는 라우팅을 하는 장비
*포워딩: 패킷을 다음 홉(최종 목적지 또는 중간 연결 장치)로 배달하는 것 의미

✨ L3 스위치

L2 스위치의 기능과 라우팅 기능을 갖춘 장비
라우터라고 해도 무방
- 라우터: 소프트웨어 기반의 라우팅과 하드웨어 기반의 라우팅을 하는 것으로 나눠지는데, 하드웨어 기반의 라우팅을 담당하는 장치를 L3 스위치라고 함

📍 데이터링크 계층을 처리하는 기기

✨ L2 스위치

장치들의 MAC주소를 MAC 주소 테이블을 통해 관리하고, 연결된 장치로부터 패킷이 왔을때 패킷 전송을 담당
IP 주소를 이해하지 못해 IP주소를 기반으로 라우팅 불가능
단순히 패킷의 MAC 주소를 읽어 스위칭 하는 역할을 함
- 목적지가 MAC 주소 테이블에 없다면 전체 포트에 전달하고, MAC 주소 테이블의 주소는 일정 시간 이후 삭제하는 기능도 있음

✨ 브리지

두 개의 근거리 통신망(LAN)을 상호 접속 하도록 하는 통신망 연결 장치
포트와 포트 사이의 다리역할을 하고, 장치에서 받아온 MAC 주소를 MAC 주소 테이블로 관리
통신망 범위를 확장하고, 서로 다른 LAN 등으로 이루어진 하나의 통신망을 구축할 때 사용됨

📍 물리 계층을 처리하는 기기

✨ NIC

LAN 카드라고 하는 네트워크 인터페이스 카드(NIC, Network Interface Card)는 2대 이상의 컴퓨터 네트워크를 구성하는데 사용함
네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있도록 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드
각 LAN 카드에는 주민등록번호처럼 각각을 구분하기 위한 고유 식별번호인 MAC 주소 있음

✨ 리피터

들어오는 약해진 신호를 증폭해 다른 쪽으로 전달하는 장치 -> 이를 통해 패킷이 더 멀리 갈 수 있지만 광케이블이 보급됨에 따라 현재는 잘 쓰이지 않는 장치

✨ AP

Access Point
패킷을 복사하는 기기
AP에 유선 LAN을 연결한 후 다른 장치에 무선 LAN 기술(와이파이 등)을 사용해 무선 네트워크를 연결할 수 있음

🖥 SECTION 4. IP 주소

인터넷 계층에서 IP 주소 사용

📍 ARP

Address Resolution Protocol
컴퓨터와 컴퓨터 간 통신을 흔히 IP 주소 기반으로 통신한다고 하지만 정확히는 IP 주소에서 ARP를 통해 MAC 주소를 찾아 MAC 주소를 기반으로 통신함
IP 주소로부터 MAC 주소를 구하는 IP와 MAC 주소의 다리 역할을 하는 프로토콜
- ARP를 통해 가상 주소인 IP 주소를 실제 주소인 MAC 주소로 변환
- 이와 반대로 RARP를 통해 실제 주소인 MAC 주소를 가장 주소인 IP 주소로 변환하기도 함
ARP의 주소를 찾는 과정
장치 A가 ARP Request 브로드캐스트를 보내서 IP 주소인 120.70.80.3에 해당하는 MAC 주소를 찾음 -> 해당 주소에 맞는 장치 B가 ARP Reply 유니 캐스트를 통해 MAC 주소를 반환하는 과정을 거쳐 IP 주소에 맞는 MAC 주소를 찾음

*브로드캐스트: 송신 호스트가 전송한 데이터가 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송되는 방식
*유니캐스트: 고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 목적지에 1:1로 데이터를 전송하는 방식

📍 홉바이홉 통신

IP 주소를 통해 통신하는 과정을 홉바이홉 통신 이라고 함
홉(hop) 이란 영어 뜻 자체로는 건너 뛰는 모습을 의미
- 이는 통신망에서 각 패킷이 여러 개의 라우터를 건너가는 모습을 비유적으로 표현한 것
수많은 서브네트워크 안에 있는 라우터의 라우팅 테이블 IP를 기반으로 패킷을 전달하고 또 전달하면서 라우팅을 수행해 최종 목적지까지 패킷을 전달함
통신 장치에 있는 '라우팅 테이블'의 IP를 통해 시작 주소부터 다음 IP로 계속 이동하는 '라우팅' 과정을 거쳐 패킷이 최종 목적지까지 도달하는 통신

*라우팅: IP 주소를 찾아가는 과정

✨ 라우팅 테이블

routing table
송신지에서 수신지까지 도달하기 위해 사용됨
라우터에 들어가 있는 목적지 정보들과 그 목적지로 가기 위한 방법들이 들어 있는 리스트를 말함
라우팅 테이블에는 게이트웨이와 모든 목적지에 대해 해당 목적지 에 도달하기 위해 거쳐야할 다음 라우터의 정보를 가지고 있음

✨ 게이트웨이

gateway
서로 다른 통신망, 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 관문 역할을 하는 컴퓨터나 소프트웨어를 두루 일컫는 용어
사용자는 인터넷에 접속하기 위해 수많은 톨케이트인 게이트웨이를 거쳐야 하며, 게이트웨이는 서로 다른 네트워크상의 통신 프로토콜을 변환해주는 역할을 하기도 함
게이트웨이를 확인하는 방법: 라우팅 테이블을 통해 확인
- 윈도우의 명령 프롬프트에서 netstat -r 명령어를 실행해 확인 가능
- IPv4 경로 테이블, IPv6 경로 테이블이 있는데, 이것이 바로 라우팅 테이블이며 게이트웨이, 인터페이스 등이 나오는 것을 볼 수 있음

📍 IP 주소 체계

IPv4와 IPv6로 나뉨
IPv4: 32비트를 8비트 단위로 점을 찍어 표기
e.g) 123.45.67.89
IPv6: 64비트를 16비트 단위로 콜론을 찍어 표기
e.g) 2001:db8::ff00:42:8329
추세는 IPv6로 가고 있지만 현재 가장 많이 쓰이고 있는 주소 체계는 IPv4임

✨ 클래스 기반 할당 방식

IP 주소 체계는 과거를 거쳐 발전해오고 있으며 처음에는 A,B,C,D,E 다섯 개의 클래스로 구분하는 클래스 기반 할당 방식(classful network addressing)을 썼음
앞에 있는 부분을 네트워크 주소, 그 뒤에 있는 부분을 컴퓨터에 부여하는 주소인 호스트 주소로 놓아서 사용
클래스 A, B, C는 일대일 통신으로 사용됨
클래스 D는 멀티캐스트 통신으로 사용됨
클래스 E는 앞으로 사용할 예비용으로 쓰는 방식
e.g) 클래스 A의 경우 0.0.0.0부터 127.255.255.255까지 범위를 갖음

맨 왼쪽에 있는 비트 => 구분 비트
그림처럼 클래스 A의 경우 맨 왼쪽에 있는 비트가 0이고, 클래스 B는 10, 클래스 C는 110임
- 이를 통해 클래스간의 IP가 나눠지고, 클래스 A에서 가질 수 있는 IP 범위는 00000000.00000000.00000000.00000000~01111111.11111111.11111111.11111111임 -> 이를 십진수로 표현하면 0.0.0.0~127.255.255
네트워크의 첫 번째 주소는 네트워크 주소로 사용되고, 가장 마지막 주소는 브로드캐스트용 주소로 네트워크에 속해 있는 모든 컴ㅁ퓨터에 데이터를 보낼 때 사용됨

e.g) 클래스 A로 12.0.0.0 이란 네트워크를 부여 받았을때, 12.0.0.1~12.255.255.254의 호스트 주소를 부여받은 것임.
이때 첫 번째 주소인 12.0.0.0은 네트워크 구별 주소로 사용하면 안되고 가장 마지막 주소인 12.255.255.255의 경우 브로드캐스트용으로 남겨두어야 해서 이 또한 사용하면 안됨 -> 따라서 그 사이에 있는 12.0.0.1~12.255.255.254를 컴퓨터에 부여할 수 있는 호스트 주소로 사용 할 수 있음
이 방식은 주소보다 버리는 주소가 많은 단점이 있었고, 이를 해소하기 위해 DHCP와 IPv6, NAT이 나옴

✨ DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol
IP 주소 및 기타 통신 매개변수를 자동으로 할당하기 위한 네트워크 관리 프로토콜
이를 통해 네트워크 장치의 IP 주소를 수동으로 설정할 필요 없이 인터넷에 접속할 때마다 자동으로 IP 주소를 할당 할 수 있음
많은 라우터와 게이트웨이 장비에 DHCP 기능이 있으며 이를 통해 대부분의 가정용 네트워크에서 IP 주소를 할당함

✨ NAT

Network Address Translation
패킷이 라우팅 장치를 통해 전송되는 동안 패킷의 IP 주소 정보를 수정하여 IP 주소를 다른 주소로 매핑하는 방법
IPv4 주소 체계만으로는 많은 주소들을 모두 감당하지 못해 이를 해결하기 위해 NAT로 공인 IP와 사설 IP로 나눠서 많은 주소를 처리함
NAT을 가능하게 하는 소프트웨어는 ICS, RRAS, Netfilter 등이 있음
- 위의 그림을 보면 홍철 팀장, 가영 대리는 192.168.0.xxx를 기반으로 각각의 다른 IP를 가지고 있음 -> 사설 IP. 그리고 NAT 장치를 통해 하나의 공인 IP인 121.165.131.200으로 외부 인터넷에 요청할 수 있음
이를 통해 어비스 회사에 있는 홍철 팀장과 가영 대리는 하나의 IP인 121.165.151.200을 기반으로 각각의 다른 IP를 가지는 것처럼 인터넷을 사용할 수 있음
NAT 장치를 통해 사설 IP를 공인 IP로 변환하거나 공인 IP를 사설 IP로 변환하는데 사용

🍏 공유기와 NAT

NAT을 쓰는 이유는 주로 여러 대의 호스트가 하나의 공인 IP 주소를 사용해 인터넷에 접속하기 위함
e.g) 인터넷 회선 하나를 개통하고 인터넷 공유기를 달아서 여러 PC를 연결해 사용 -> 인터넷 공유기에 NAT 기능이 탑재 되어 있기 때문

🍏 NAT을 이용한 보안

NAT을 이용하면 내부 네트워크에서 사용하는 IP 주소와 외부에서 드러나는 IP 주소를 다르게 유지할 수 있어서 내부 네트워크에 대한 어늬 정도의 보안 가능

🍏 NAT의 단점

NAT은 여러 명이 동시에 인터넷을 접속하게 되므로 실제로 접속하는 호스트 숫자에 따라서 접속 속도가 느려지는 단점이 있음

📍 IP 주소를 이용한 위치 정보

IP 주소는 인터넷에서 사용하는 네트워크 주소임
이를 통해 동 또는 구까지 위치 추적이 가능!
= IP 주소 기반으로 위치 찾는 사이트: https://mylocation.co.kr

사진 출처
https://thebook.io/080326/0068/

Lina Hongbi Ko

프론트엔드개발자가 되고 싶어서 열심히 땅굴 파는 자

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