1. 네트워크 기초

 

네트워크에 관한 공부를 시작했다. 기초적인 부분을 정리해보고자 한다.

우선, 네트워크란 매체를 망구조로 만들어 여러 사람들이 동시에 통신할 수 있게 해 놓은 것이라고 할 수 있다.

대표적인 방법으로는 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식이 있다.

- 회선 교환방식(Circuit switching) : 상대방과 직접적으로 일대일 연결을 만들어야 해서 연결 수립단계가 있고, 통신하는 동안 다른 상대방과 통신이 불가능함(ex. 전화)

- 패킷 교환방식(Packet switching) : 전송 단위가 패킷으로 패킷 헤더에 상대방 주소가 있어 해당 목적지까지 보내주는 방식. 연결 수립 단계가 없고, 동시에 여러 상대방과 통신이 가능함.(ex. 컴퓨터에서 사용하는 통신방식) 패킷을 목적지까지 정확히 보내기 위해 각 통신 단말기와 네트워크 장비는 패킷 구조와 주고받는 방식을 알아야 하는데, 이것을 정의해 둔 것이 프로토콜.

 

OSI(Open System Interconnection)7계층

이질적인 네트워크 간에 서로 연결이 가능하도록 개방형 구조를 지원하고자 할 때 지켜야 하는 표준.

 

MAC 주소

Media Access Control은 OSI 7 계층 중 통신 상대방을 일대일로 연결하는 기능을 담당하는 데이터링크 계층에서 핵심 역할을 하는 주소. 네트워크에서 통신을 하기 위해서는 우선 전체 네트워크에 상대방을 찾는 신호를 보내고, 상대방 컴퓨터만 신호를 받아들이고, 나머지 컴퓨터는 신호를 버린다. 이때 신호는 상대방의 주소를 포함하고 있는데 바로 6byte로 구성된 MAC 주소이다. 랜 카드와 같은 통신 장비마다 전 세계에서 유일하게 부여된 MAC 주소가 있다.

 

프로토콜 데이터 구조

통신 프로토콜은 헤더와 데이터로 구성되어 있다. 그리고 상위 프로토콜(헤더+데이터)은 하위 프로토콜의 데이터 부분에 들어간다. 하위 프로토콜이 상위 프로토콜을 감싸고 있는 구조가 된다.

OSI 계층과 헤더/데이터 관계

 

TCP/IP와 UDP/IP

인터넷에서 가장 일반적으로 사용되는 통신 프로토콜은 TCP/IP이다. HTTP, SSL, FTP 등 많은 상위 프로토콜이 TCP/IP 기반에서 동작한다. 웹 서버, 애플리케이션 서버, 데이터베이스 서버 모두 TCP/IP를 기반으로 서비스가 이루어지고, 간혹 UDP는 VPN이나 NFS 등에서 사용하는 경우가 있다.

OSI 7계층과 TCP, UDP, IP의 관계

 

스위치

L2 스위치, L3 스위치, L4 스위치, L7 스위치라는 이름으로 많은 스위치가 존재한다. 스위치 장비는 패킷을 목적지 호스트가 존재하는 네트워크 회선으로 보내는 스위칭을 담당하는 장비이다.

스위치의 종류는 지원하는 OSI 계층에 따라 L2, L3, L4, L7으로 나뉜다.(L=layer, 숫자=OSI계층을 의미함)

L2 스위치는 2 계층인 데이터 링크에서 사용하는 이더넷 프로토콜의 목적지 주소인 MAC을 기반으로 스위칭한다 따라서 MAC 수집이 가능한 로컬 네트워크 구간에 대한 스위칭이 가능하고 3 계층의 주소인 IP 주소를 인식할 수 없어 특정 IP 주소에 대해 내부 네트워크 혹은 라우터 중 어디로 보낼지는 판단하지 못한다.

L3 스위치는 3 계층인 네트워크에서 사용하는 목적지 주소인 IP에 대한 스위칭이 가능하다. 그래서 네트워크 간에 스위칭이 가능하다. 이는 라우터와 유사한 기능이나 라우터가 훨씬 다양한 기능을 수행한다.

L4 스위치는 4 계층인 TCP 프로토콜의 목적지 주소인 포트 번호를 기반으로 스위칭할 수 있다. L4 스위치는 특정 IP의 포트 번호로 들어오는 패킷을 여러 서버의 특정 포트 번호로 재분배하는 것이 가능하기 때문에 서비스 부하 분산에 많이 사용된다. 또 방화벽이나 침입탐지 같은 장비를 이중화할 때 포트 번호까지 인식해 부하를 분산시킬 필요가 있는 경우에도 사용한다.

L7 스위치는 애플리케이션 계층을 인식할 수 있어 HTTP의 URL이나 FTP의 파일명, SMTP의 메일 주소 등을 인식할 수 있어 다양한 방식으로 스위칭하고 로드밸런싱할 수 있는 기능이 있으나 모든 내용을 완벽하게 인식하는 것은 아니다.

스위치 장비는 지원하는 계층에 존재하는 다양한 프로토콜을 지원한다. 그리고 상위 스위치는 하위 스위치의 기능을 제공함으로써 L4 스위치는 L2, L3 스위치의 기능을 포함하고 있다. L1 스위치가 없는 이유는 물리계층은 전기신호 전송으로 목적지 정보가 없다. 그래서 1 계층에서 스위치와 비슷한 역할을 하는 허브는 신호를 단순히 여러 회선에 동일하게 복제하여 전송하는 것이다.

 

출처: 권문수, [실무로 배우는 시스템 성능 최적화], 위키북스, 2016, 707~712p