[ccna/ccnp/시스코] 네트웍 기초
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Ⅰ. 네트워크 기초
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네트워크 입문
리눅스 과정
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네트워크란
Local-Area Networks (LANs)
거리, 사용 매체, 통신 방식 등 여러 가지 기준으로 나눈다.
컴퓨터들이 지리적으로 가까이 있는 네트워크로 대부분은 동일 건물이나 구역과 같이 하나의 라우터 아래에 있는 네트워크망을 말한다.
그림 LAN의 구성도
LAN상에 있는 각 노드(컴퓨터)는 LAN상에 있는 데이터와 디바이스들에 엑세스할 수 있다.
우리가 랜을 구성하는 중요한 이유 가운데 하나는 이러한 자원의 공유라는 점을 들 수 있다. 이러한 자원의 공유라는 의미는 다만 값비싼 기기뿐만 아니라 데이터를 공유할 수 있다는 점이 더욱 중요한 의미를 갖는다. 대개 동일한 LAN에서는 최상의 속도를 제공하기 때문에 그만큼 데이터를 효과적으로 공유할 수 있다.
LAN에는 많은 종류가 있지만 PC 환경에서는 Ethernet이 가장 일반적인 형태이다.
LAN에는 이외에 16M의 속도를 지원하는 Token Ring과 Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM 등과 같은 High Speed LAN 등이 있다.
Wide-Area Networks (WANs)
LAN들이 연결된 시스템 Wide Area Network(WAN)이라고 한다.
WAN과 연결된 컴퓨터들은 공중망, 전용선 혹은 인공위성을 통해 연결되기도 한다. 여러 개의 LAN들이 연결되어 형성된 광역 Network이므로 WAN을 구성하기 위해서는 장거리 통신 서비스 사업자(ISP)가 필요하다.
전세계적으로 현존하는 가장 큰 WAN은 바로 인터넷이다.
인터넷을 활용하기 위한 WAN의 방법으로는 PSTN(Packet Switched Telephone Network: 초기 모뎀을 이용한 전화기),
PSDN(Packet Switched Data Network)으로 X.25(56Kbps), Frame Relay(256Kbps), 음성, 영상을 통합한 네트워크인 ISDN(64Kbps), BISDN, xDSL 등이 있다.
그림 WAN의 구성도
네트워크 구성의 종류
Topology, Media, MAC
물리적 토폴로지
네트워크 상에서 컴퓨터들이 통신을 하기 위한 수단을 말한다. 즉, 물리적 토폴로지란 각각의 네트워크 카드들이 물리적으로 어떻게 신호를 전달하는가 하는 형식을 말한다.
즉, 각각의 네트워크 카드들을 어떤 케이블로 연결하고 전기 전자적인 신호를 어떤 신호를 사용하는가 등의 모든 물리적인 수단을 물리적 토폴로지라고 한다.
네트워크 상에서 컴퓨터들이 서로 통신을 하기 위해서는 상호간에 신호를 전달하는 물리적인 수단이 서로 일치하여야 한다. 네트워크 통신을 하기 위해서 컴퓨터들을 연결하기 위한 외형적인 물리적 연결 방식에는 다음과 같은 다섯 가지가 있다.
버스 토폴로지
스타 토폴로지
링 토폴로지
중앙의 백본 케이블이 고리 형태를 하고 있다. 즉, 버스 방식에서 백본의 양쪽 끝을 연결시켰다고 보면 된다.
네트워크에 참가하고 싶은 컴퓨터들은 버스방식과 마찬가지로 백본 케이블에서 케이블을 분기하여 자신의 컴퓨터에 연결만 하면 된다.
이 방식을 사용하는 네트워크에는 IBM이 1984년 처음 제품화한 토큰링이 있다. 토큰링의 경우 전송 속도는 4∼16Mbps 정도이다.
메시 토폴로지
각각의 컴퓨터 노드들을 하나의 경로로 연결하는 것이 아니라 복수의 연결 경로를 통해서 연결하는 것이다.
따라서 메시 토폴로지의 장점은 하나의 연결 경로에 문제가 발생하더라도 다른 경로를 통해서 통신을 계속 할 수 있다는 것이다.
혼성 토폴로지
버스, 스타, 링 토폴로지 등을 복합한 연결 방식이다.
네트워크 세그먼트
다음 그림에서와 같이 5대의 컴퓨터가 네트워크로 연결되어 있는 경우를 살펴보자. 물리적인 토폴로지와는 상관없이 5대의 컴퓨터가 모두 전기적으로 연결된 상태이므로 한 대의 컴퓨터에서 신호를 전송하면 해당 신호는 네트워크에 연결된 나머지 4대의 컴퓨터에 모두 전달이 된다.
만약 컴퓨터 A에서 컴퓨터 E에게 메시지를 전송하는 경우를 생각해 보자. 컴퓨터 A가 전송한 신호에는 수신자가 컴퓨터 E라는 정보가 포함되어 있을 것이다. 하지만 5대의 컴퓨터가 전기적으로 연결되어 있는 상황이기 때문에 해당 신호는 나머지 모든 컴퓨터로 전달이 된다.
나머지 모든 컴퓨터들이 컴퓨터 A가 보낸 신호를 수신을 하고 수신자가 누구인지 판단한다. 컴퓨터 E의 경우에는 해당 신호의 수신자가 자신이므로 신호를 정상적으로 수신 처리(Forwarding)한다. 나머지 컴퓨터들은 수신자가 자신들과 일치하지 않으므로 해당 신호를 무시해 버린다.(Discarding) 즉 하나의 컴퓨터에서 발생한 신호는 네트워크의 모든 컴퓨터들로 전달이 된다.
이와 같이 한 컴퓨터에서 발생한 신호가 수신자에 상관없이 전달되는 범위를 '네트워크 세그먼트' 혹은 '서브넷'이라고 부른다.
인터넷에는 전세계의 컴퓨터들이 연결되어 있다. 하지만 한 컴퓨터에서 송신한 신호가 인터넷에 연결된 지구상의 모든 컴퓨터들로 전달되지 않는 이유는 인터넷이 수많은 세그먼트들로 구성되어 있기 때문이다.
하나의 세그먼트에서 동시에 여러 대의 컴퓨터들이 신호 전송을 하려고 할 경우에는 전기적으로 신호들의 충돌이 일어나게 된다. 그러므로 하나의 세그먼트에서는 한 대의 컴퓨터가 신호를 전송할 때 나머지 컴퓨터들은 대기 상태로 있어야만 한다.
동일 세그먼트상에서 '어떤 컴퓨터가 언제 신호를 전송할 수 있는가?'하는 규칙을 정의한 것이 '논리적 토폴로지'이다.
논리적 토폴로지
논리적 토폴로지란 동일한 세그먼트상에서 각각의 컴퓨터들이 어떻게 효율적으로 신호를 전송할 것인지를 경정하는 표준이다.
사람들이 음성을 통해서 서로 대화를 하는 경우를 생각해 보자. 두 사람이 동시에 자신의 의견을 이야기한다면 서로 대화가 잘 이루어지지 않을 것이다. 한 사람이 이야기를 하면 다른 사람은 이야기를 듣고, 또 다른 사람이 이야기를 시작하면 이야기를 하던 사람은 자신의 이야기를 중단하고 상대방의 이야기를 경청해야만 대화가 이루어질 것이다.
이와 같이 네트워크 상에서 컴퓨터들도 원활하게 통신을 하기 위해서 통신의 규칙이 있어야하고 이러한 규칙을 네트워크의 논리적 토폴로지라고 한다. 논리적 토폴로지를 네트워크 접근 방식이라고도 한다.
논리적 토폴로지의 종류에는 다음과 같은 것들이 있다.
토폴로지 방식
네트워크 접근 방식
논리적 버스 토폴로지
CSMA/CA
CSMA/CD
논리적 링 토폴로지
Token Passing
CSMA/CD: Collision Based MAC
Token Ring: Collision Free MAC
CDMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)
컴퓨터는 먼저 네트워크 라인이 사용중인지 아닌지를 검사한다.
이미 다른 컴퓨터에 의해서 사용 중이면 잠시 대기한다.
사용 중이 아닐 때는 목적지 컴퓨터로 예비 신호를 전달한다. 예비신호에 의해서 수신지 컴퓨터의 응답이 도착하면 전송을 시작한다.
수신지 컴퓨터로부터 예비신호에 대한 응답이 없으면 다시 일정 시간 대기 후에 예비신호부터 다시 전송을 시작한다.
Ethernet
Ethernet의 역사
ALOHA 네트워크
1960년대 말 하와의 대학의 ALOHA 네트워크에 기원을 두고 있다.
당시, ALOHA 네트워크는 데이터 전송시 충돌이 발생하면, 이에 따른 대책이라고는 한참을 기다렸다가 응답이 오지 않으면 재전송을 하는 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)방식이었다.
1973년, Xerox사에서 ALOHA 네트워크가 갖는 충돌시 문제의 해결을 모색하여 CSMA를 바탕으로 충돌을 감지(Collision Detection)하여 처리하는 CSMA/CD로 발전시켰다.
802.3 CSMA/CD 네트워크
1983년 하반기, IEEE 802.3 Working Group의 표준화 작업이 마무리되어 IEEE 표준 위원회에서는 마침내 802.3 CSMA/CD 네트워크라는 이름으로 LAN 표준을 발표하였다.
Ethernet의 구조
정의
Physical 계층과 Data-link 계층의 하반부를 담당한다.
CSMA/CD 통신망 접근 방법을 이용한다.
최초 Ethernet의 전송속도는 10Mbps였다.
TCP/IP, IPX/SPX 등의 다른 프로토콜을 이용할 수 있다.
이더넷은 특별한 네트워크 계층 기술을 제외시키지 않는다. Network 계층으로부터 TCP/IP패킷을 받았을 때 TCP/IP패킷을 NetBEUI나 IPX/SPX 패킷과 똑같이 취급한다.
택시에서와 같이, 이더넷은 승객의 이름 같은 것은 물어보지 않고 목적지만을 알아보고 승객을 이동시킨다.
가장 성공적인 LAN기술로 발전. 현재 네트워크 시장 장악하고 있다.
Ethernet의 성공 이유
그림 이더넷의 시장 점유율
거의 모든 컴퓨터에서 이용이 가능하고, 관리가 용이하다.
저렴한 투자비용에 비해 빠른 속도를 지원한다.
제작이 용이하고, 제품의 가격이 저렴하다.
Fast Ethernet, Gigabit Ethernet(1000Mbps)까지 확장이 가능하다.
CSMA/CD 알고리즘
전제
NIC는 네트웍의 공용 케이블과 물리적 연결을 형성하는 미디어이다.
Ethernet의 네트워크는 Broadcast Medium 방식을 사용하고 있다.
네트워크 신호의 종류
유니캐스트
유니캐스트는 싱글캐스트라고도 하고 특정 컴퓨터 한 대를 지칭해서 신호를 보내는 것이다. 즉, '홍길동씨 전화 왔습니다.'라고 이야기하는 것과 마찬가지이다.
이 경우에 같은 사무실에 있는 모든 사람들이 위와 같은 메시지를 들을 수는 있지만 자신에게 보내는 메시지가 아니므로 무시한다. 홍길동은 자신에게 보내진 메시지이므로 해당 메시지에 대해서 반응하게 된다.
TCP/IP에서는 클래스 A, B, C의 IP 주소가 유니캐스트용 주소로 사용된다. MAC 주소에서는 개별 네트워크 카드의 MAC 주소로 보내지는 신호가 유니캐스트 신호가 된다.
브로드캐스트
브로드캐스트는 목적지 컴퓨터의 주소를 지정하지 않고 네트워크 상의 모든 컴퓨터들에게 전달하는 신호이다. 우리가 강의실에서 '여러분 10분간 쉬겠습니다.'라고 이야기를 하는 것과 마찬가지이다. 이 소리를 들은 사람은 자기한테 하는 이야기구나 하고 알 수가 있다.
네트워크에서도 브로드캐스트 신호를 수신한 모든 컴퓨터는 일단 자신에게 보낸 신호처럼 처리를 시작한다.
IP 주소에서는 브로드캐스트 신호로 255.255.255.255를 사용한다. 즉, 네트워크 카드가 수신한 신호의 목적지 주소가 255.255.255.255로 되어 있는 경우에는 해당 신호를 정상적으로 수신 처리한다.
멀티캐스트
멀티캐스트는 TCP/IP에서 멀티캐스트용으로 특별히 정해진 주소를 사용한다.(D 클래스 IP 주소:224.0.0.0∼239.255.255.255))
송신쪽에서는 멀티캐스트용 주소로 데이터를 전송하면 해당 멀티캐스트 주소의 멤버로 등록된 모든 컴퓨터에 데이터가 전달된다. TV 방송국에서 정해진 채널로 방송을 하면 해당 채널로 맞춰진 모든 가정의 TV에서 방송을 볼 수 있는 것과 비슷한 개념이다.
멀티캐스트를 이용하기 위해서는 개별 컴퓨터들과 라우터들이 멀티캐스트 기능을 지원해 주어야 한다. 그리고 라우터들이 멀티캐스트를 지원해주기 위해서는 IGMP(Iternet Group Management Protocol) 라우팅 프로토콜을 지원해 주어야 한다.
이 기능을 이용하면 인터넷 방송이나 화상회의, 원격 강의 등의 1:다수 통신을 효율적으로 처리해 줄 수 있다.
전송시에 충돌이 발생하는지에 대한 관찰 기능이 반드시 필요하다.
CSMA/CD 알고리즘 분석
구 분
네 트 워 크 적 용 시
Carrier
Sense
각 Station, 데이터 전송 전에 타 Station 전송 여부 확인.
Multiple
Access
여러 시스템 동시 데이터 전송할 수 있는 민주주의적 시스템. 네트워크 모든 시스템의 우선 순위 동일.
Collision
Detection
만약 두 Station 동시 전송 없는 상황파악 후 데이터 전송데이터 충돌상황 발생.
충돌지점 가까운 NIC 데이터 충돌 상황 발견, 충돌알림 데이터 Jam Pattern 두 Station으로 전송, 데이터 전송 중단.
Backoff
Algorithm
데이터 충돌상황 발생. 네트워크 모든 Station, 데이터 재전송 목적 일정시간동안 대기.
적당하게 구성된 이더넷 네트워크는 가장 멀리 떨어져 있는 두 컴퓨터라도 충돌이 일어났을 때 Jam signal로 인해 중지되기 전에 둘 다 전송을 완료하지 못하도록 충분히 짧은 거리에 있도록 해야 한다.
OSI 모델
OSI(Open System Interconnection) 모델의 정의와 역할
정의
7개의 계층에 구현되는 네트워크 프레임 워크를 정의하여 범세계적인 통신을 위해 이용되는 ISO 표준을 의미한다.
1977년에 IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)와 ISO(International Organization for Standardization)은 개방형 시스템간의 연결에 관련된 표준 기술을 처음으로 발표하였는데 이것이 OSI 모델이다.
이런 OSI표준의 목적은 장비를 제조하는 업체와 상관없이 네트워크 장비끼리 서로 표준적인 연결이 가능하도록 하는 틀을 제공하는 것이다.
OSI 모델 각 계층의 기본 기능 요약
Application(응용 계층 - 계층7)
OSI 모델에서 정의되는 최상위 계층으로 복수의 시스템상의 응용프로그램이 서로 통신하면서 일련의 작업처리를 수행할 수 있도록 하기 위해서 필요한 서비스 기능을 제공한다.
응용 프로세스간의 정보교환 및 사용자간 통보, 전자우편, 파일전송 등의 기능을 수행한다
♠ 사용자 인터페이스의 역할을 담당하고 있는 계층이다. 즉, 사용자들이 이용하는 네트워크 응용 프로그램이라고 생각하면 된다.
♠ 메일을 보내려면 적당한 메일 프로그램을 사용해야 할 것이다. 또한 인터넷 검색을 하려면 적당한 웹 브라우저를 사용해야 한다. 이와 같이 사용자의 입장에서 네트워크를 이용할 수 있게 해주는 역할을 담당하는 것이 어플리케이션 계층이다.
♠ 응용 계층의 프로토콜에는 FTP, Telnet, SMTP, DNS, DHCP 등이 있다.
그림 OSI 7계층과 헤더
Presentation(표현 계층 - 계층6)
헤 더: payload(새롭게 첨부된 정보)
응용계층의 데이터
암호화 방식
압축 방식(전송량 최소화)
데이터가 Application에게 어떻게 정보를 제공할지를 관리한다. (예, 데이터 암호화, 코드 변환, 압축 등)
♠ 표현 계층의 역할은 네트워크로 보내질 데이터의 형식(format)을 결정한다.
♠ 데이터 형식에는 문자 데이터의 경우 ASCII, EBCDIC, 유니코드 등이 있다. 문자를 보내는 사람이 한글을 사용했다면 수신지의 컴퓨터도 한글로 문자를 처리해서 보여 주어야 할 것이다.
♠ 멀티미디어 데이터의 경우에는 GIF, JPEG, MIDI, MPEG 등의 여러 가지 형식 등이 있다. 이 경우에도 보낸 쪽에서 사용한 데이터 형식을 받는 쪽에서 정확하게 알아야만 제대로 된 멀티미디어 데이터를 재현해 줄 수 있는 것이다.
♠ 우리가 메일을 보낼 때 보안상 중요한 메일의 경우에는 암호화된 메일을 보낼 수도 있다. 이 경우에도 수신지 컴퓨터에서 정확하게 암호를 해독할 수 있어야만 메일의 내용을 읽을 수 있는 것이다.
♠ 웹 브라우저나 메일 프로그램을 사용하여 웹 페이지나 메일의 내용을 확인할 경우에 영어로 된 웹 페이지는 영어로 보여주고 한글로 된 웹 페이지는 한글로 자동으로 보여주는 기능이 바로 표현 계층의 역할이다.
사용자가 인식하는 정보를 응용프로그램이 이해하고 다룰 수 있는 컴퓨터에서 사용하는 기반의 이진(Binary) 데이터로 변환한다. 즉, 응용 계층은 사람이 이해할 수 있는 형태의 정보를 다루고, 표현 계층은 컴퓨터가 인식할 수 있는 형태로 데이터를 처리해 준다.
Session(회의 계층 - 계층5)
헤 더
표현계층의 헤더
데이터
통신 방식
정보 그룹
세션 계층은 송신측과 수신측간의 표현 계층에서 사용할 데이터의 교환을 위한 세션과 대화 방식을 결정한다.
데이터 교환의 유형이 올바르게 결정되지 않는다면 데이터 전송은 이루어지지 않는다. 따라서 데이터를 송신하는 측의 응용프로그램에서 데이터 전송 세션을 열고, 데이터 교환 방식을 결정한다.
☞ 세션 계층의 역할은 네트워크 상에서 컴퓨터들이 서로 통신을 할 경우에 양쪽 컴퓨터간에 최초에 연결이 되도록 하고 통신 중에 연결이 끊어지지 않도록 상호간에 연결 상태를 유지시켜주는 역할을 한다.
☞ 네트워크에서 특정 목적지 컴퓨터로 파일을 전송하는 경우를 생각해 보자. 목적지 컴퓨터가 네트워크 상에 존재하는지 아닌지도 확인하지 않고 바로 파일을 내보는 것이 아니라 일단 목적지 컴퓨터와 파일을 보낼테니 받을 준비가 되었는가를 협의해야 하는 것이다.
☞ 이런 준비 과정을 담당하는 것이 세션 계층의 역할이다. 특정 FTP 사이트나 웹 사이트에 접속할 경우에 해당 사이트에 최초에 연결을 시도하면서 해당 사이트들이 사용자의 접속을 제한하지는 않는지 등을 파악하고 필요한 경우에 접속을 위한 협의 과정을 거쳐야 한다. 이와 같은 과정도 세션계층의 역할로 보면 된다.
Transport(전송 계층 - 계층4)
Transport계층에서는 연결 지향 서비스를 제공한다.
TCP/IP군의 TCP 서비스가 제공되는 Layer이다.
응용 데이터를 단순한 전송 데이터로 여기면서, 특정 목적지로 완전하게 전송될 수 있도록 보장한다. 그래픽 데이터와 같이 대용량 데이터는 보다 작은 크기(1500byte이내)의 Packet으로 분할된다.
☞ 우리가 1Mbyte의 파일을 상대방에게 전송하는 경우를 생각해 보자. 파일의 원래 크기인 1Mbyte를 하나의 파일 단위로 전송하는 경우에는 전송 도중에 오류가 발생한다면 처음부터 1Mbyte의 데이터를 전부 다시 전송해야 할 것이다.
☞ 이럴 경우 전체 1Mbyte를 한번에 다 전송하지 않고 10Kbyte의 크기의 단위로 나누어서 전송을 한다면 전송 도중에 오류가 발생할 경우에 문제가 발생한 해당 부분만을 다시 재전송하면 되므로 효율적으로 네트워크를 사용할 수 있게 된다.
☞ 이와 같이 트랜스포트 계층에서 효율적인 데이터 전송을 위해서 크기가 큰 원본 데이터를 작은 크기의 단위로 나누어 놓은 것을 패킷이라고 부른다.
☞ 또한 수신측의 컴퓨터의 경우에는 수신된 각각의 패킷들을 원래의 파일로 다시 재합성하는 역할을 한다. 각각의 패킷은 수신측 컴퓨터의 트랜스포트 계층에서 다시 원래의 파일로 재합성되기 위해서 패킷의 헤더에 패킷 번호 정보를 가지고 있다.
Network(네트워크 계층 - 계층3)
트랜스포트 계층으로부터 수신 받은 패킷 데이터에서 주소 정보를 발췌한 다음, 발췌 정보를 근간으로 패킷 데이터가 목적지로 이용할 전송 경로를 설정한다.
☞ 네트워크 계층은 위쪽 계층인 트랜스포트 계층에서 만든 패킷을 전달받아서 목적지 컴퓨터의 논리적인 주소를 네트워크 계층의 헤더에 추가하는 역할을 담당한다.
☞ TCP/IP의 경우 트랜스포트 계층에서 전달받은 패킷에 네트워크 계층의 IP 프로토콜에서 헤더를 추가한 데이터의 형태를 'IP 데이터그램'이라고 부른다.
☞ 네트워크 장비 중에서 네트워크 계층에서 역할을 담당하는 장비로는 라우터가 있다. 라우터는 신호전달을 위해서 네트워크 계층의 프로토콜이 담당하는 논리적인 주소를 사용하므로 네트워크 계층의 장비로 분류한다.
Data 전송의 단위
Network → Network Layer : Packet
LAN → LAN Layer : Frame
ATM → ATM : Cell
Physical → Physical : Bit
Datagram은 Connectionless Protocol을 의미한다.
Data link(데이터 링크 계층 - 계층2)
최초의 사용자 정보는 응용데이터로 전환되고, 그 다음 응용 데이터는 소규모 패킷으로 분할되고, 패킷 데이터는 세션, 트랜스포트, 네트워크 계층을 통과하는 동안 정확한 목적지로 합당한 흐름으로 전송되기 위해 필요한 관리 정보인 헤더가 추가되는 캡슐화 과정을 거친다.
☞ 데이터 링크 계층은 네트워크 카드의 물리적인 주소를 관리한다.
☞ 네트워크 상에서 각각의 컴퓨터들을 구분하기 위해서 '컴퓨터 이름'이나 'IP주소'와 같은 논리적 주소를 사용하고 있다.
☞ 그러나 최종적으로 데이터가 목적지 컴퓨터로 전달이 되기 위해서는 네트워크 카드의 물리적인 주소가 반드시 필요하다.
☞ 데이터 링크 계층에서는 네트워크 계층에서 전달받은 데이터를 최종적으로 네트워크 케이블에 흘려 보낼 데이터 형태인 프레임을 만든다.
☞ 프레임에는 해당 프레임의 목적지 주소로 물리적 주소를 사용한다. 프레임의 목적지 주소는 발신지 컴퓨터와 목적지 컴퓨터가 동일한 네트워크 세그먼트
추천학원:
http://www.it-bank.or.kr/cisco/main_1.htm
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Ⅰ. 네트워크 기초
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네트워크 입문
리눅스 과정
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네트워크란
Local-Area Networks (LANs)
거리, 사용 매체, 통신 방식 등 여러 가지 기준으로 나눈다.
컴퓨터들이 지리적으로 가까이 있는 네트워크로 대부분은 동일 건물이나 구역과 같이 하나의 라우터 아래에 있는 네트워크망을 말한다.
그림 LAN의 구성도
LAN상에 있는 각 노드(컴퓨터)는 LAN상에 있는 데이터와 디바이스들에 엑세스할 수 있다.
우리가 랜을 구성하는 중요한 이유 가운데 하나는 이러한 자원의 공유라는 점을 들 수 있다. 이러한 자원의 공유라는 의미는 다만 값비싼 기기뿐만 아니라 데이터를 공유할 수 있다는 점이 더욱 중요한 의미를 갖는다. 대개 동일한 LAN에서는 최상의 속도를 제공하기 때문에 그만큼 데이터를 효과적으로 공유할 수 있다.
LAN에는 많은 종류가 있지만 PC 환경에서는 Ethernet이 가장 일반적인 형태이다.
LAN에는 이외에 16M의 속도를 지원하는 Token Ring과 Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM 등과 같은 High Speed LAN 등이 있다.
Wide-Area Networks (WANs)
LAN들이 연결된 시스템 Wide Area Network(WAN)이라고 한다.
WAN과 연결된 컴퓨터들은 공중망, 전용선 혹은 인공위성을 통해 연결되기도 한다. 여러 개의 LAN들이 연결되어 형성된 광역 Network이므로 WAN을 구성하기 위해서는 장거리 통신 서비스 사업자(ISP)가 필요하다.
전세계적으로 현존하는 가장 큰 WAN은 바로 인터넷이다.
인터넷을 활용하기 위한 WAN의 방법으로는 PSTN(Packet Switched Telephone Network: 초기 모뎀을 이용한 전화기),
PSDN(Packet Switched Data Network)으로 X.25(56Kbps), Frame Relay(256Kbps), 음성, 영상을 통합한 네트워크인 ISDN(64Kbps), BISDN, xDSL 등이 있다.
그림 WAN의 구성도
네트워크 구성의 종류
Topology, Media, MAC
물리적 토폴로지
네트워크 상에서 컴퓨터들이 통신을 하기 위한 수단을 말한다. 즉, 물리적 토폴로지란 각각의 네트워크 카드들이 물리적으로 어떻게 신호를 전달하는가 하는 형식을 말한다.
즉, 각각의 네트워크 카드들을 어떤 케이블로 연결하고 전기 전자적인 신호를 어떤 신호를 사용하는가 등의 모든 물리적인 수단을 물리적 토폴로지라고 한다.
네트워크 상에서 컴퓨터들이 서로 통신을 하기 위해서는 상호간에 신호를 전달하는 물리적인 수단이 서로 일치하여야 한다. 네트워크 통신을 하기 위해서 컴퓨터들을 연결하기 위한 외형적인 물리적 연결 방식에는 다음과 같은 다섯 가지가 있다.
버스 토폴로지
스타 토폴로지
링 토폴로지
중앙의 백본 케이블이 고리 형태를 하고 있다. 즉, 버스 방식에서 백본의 양쪽 끝을 연결시켰다고 보면 된다.
네트워크에 참가하고 싶은 컴퓨터들은 버스방식과 마찬가지로 백본 케이블에서 케이블을 분기하여 자신의 컴퓨터에 연결만 하면 된다.
이 방식을 사용하는 네트워크에는 IBM이 1984년 처음 제품화한 토큰링이 있다. 토큰링의 경우 전송 속도는 4∼16Mbps 정도이다.
메시 토폴로지
각각의 컴퓨터 노드들을 하나의 경로로 연결하는 것이 아니라 복수의 연결 경로를 통해서 연결하는 것이다.
따라서 메시 토폴로지의 장점은 하나의 연결 경로에 문제가 발생하더라도 다른 경로를 통해서 통신을 계속 할 수 있다는 것이다.
혼성 토폴로지
버스, 스타, 링 토폴로지 등을 복합한 연결 방식이다.
네트워크 세그먼트
다음 그림에서와 같이 5대의 컴퓨터가 네트워크로 연결되어 있는 경우를 살펴보자. 물리적인 토폴로지와는 상관없이 5대의 컴퓨터가 모두 전기적으로 연결된 상태이므로 한 대의 컴퓨터에서 신호를 전송하면 해당 신호는 네트워크에 연결된 나머지 4대의 컴퓨터에 모두 전달이 된다.
만약 컴퓨터 A에서 컴퓨터 E에게 메시지를 전송하는 경우를 생각해 보자. 컴퓨터 A가 전송한 신호에는 수신자가 컴퓨터 E라는 정보가 포함되어 있을 것이다. 하지만 5대의 컴퓨터가 전기적으로 연결되어 있는 상황이기 때문에 해당 신호는 나머지 모든 컴퓨터로 전달이 된다.
나머지 모든 컴퓨터들이 컴퓨터 A가 보낸 신호를 수신을 하고 수신자가 누구인지 판단한다. 컴퓨터 E의 경우에는 해당 신호의 수신자가 자신이므로 신호를 정상적으로 수신 처리(Forwarding)한다. 나머지 컴퓨터들은 수신자가 자신들과 일치하지 않으므로 해당 신호를 무시해 버린다.(Discarding) 즉 하나의 컴퓨터에서 발생한 신호는 네트워크의 모든 컴퓨터들로 전달이 된다.
이와 같이 한 컴퓨터에서 발생한 신호가 수신자에 상관없이 전달되는 범위를 '네트워크 세그먼트' 혹은 '서브넷'이라고 부른다.
인터넷에는 전세계의 컴퓨터들이 연결되어 있다. 하지만 한 컴퓨터에서 송신한 신호가 인터넷에 연결된 지구상의 모든 컴퓨터들로 전달되지 않는 이유는 인터넷이 수많은 세그먼트들로 구성되어 있기 때문이다.
하나의 세그먼트에서 동시에 여러 대의 컴퓨터들이 신호 전송을 하려고 할 경우에는 전기적으로 신호들의 충돌이 일어나게 된다. 그러므로 하나의 세그먼트에서는 한 대의 컴퓨터가 신호를 전송할 때 나머지 컴퓨터들은 대기 상태로 있어야만 한다.
동일 세그먼트상에서 '어떤 컴퓨터가 언제 신호를 전송할 수 있는가?'하는 규칙을 정의한 것이 '논리적 토폴로지'이다.
논리적 토폴로지
논리적 토폴로지란 동일한 세그먼트상에서 각각의 컴퓨터들이 어떻게 효율적으로 신호를 전송할 것인지를 경정하는 표준이다.
사람들이 음성을 통해서 서로 대화를 하는 경우를 생각해 보자. 두 사람이 동시에 자신의 의견을 이야기한다면 서로 대화가 잘 이루어지지 않을 것이다. 한 사람이 이야기를 하면 다른 사람은 이야기를 듣고, 또 다른 사람이 이야기를 시작하면 이야기를 하던 사람은 자신의 이야기를 중단하고 상대방의 이야기를 경청해야만 대화가 이루어질 것이다.
이와 같이 네트워크 상에서 컴퓨터들도 원활하게 통신을 하기 위해서 통신의 규칙이 있어야하고 이러한 규칙을 네트워크의 논리적 토폴로지라고 한다. 논리적 토폴로지를 네트워크 접근 방식이라고도 한다.
논리적 토폴로지의 종류에는 다음과 같은 것들이 있다.
토폴로지 방식
네트워크 접근 방식
논리적 버스 토폴로지
CSMA/CA
CSMA/CD
논리적 링 토폴로지
Token Passing
CSMA/CD: Collision Based MAC
Token Ring: Collision Free MAC
CDMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)
컴퓨터는 먼저 네트워크 라인이 사용중인지 아닌지를 검사한다.
이미 다른 컴퓨터에 의해서 사용 중이면 잠시 대기한다.
사용 중이 아닐 때는 목적지 컴퓨터로 예비 신호를 전달한다. 예비신호에 의해서 수신지 컴퓨터의 응답이 도착하면 전송을 시작한다.
수신지 컴퓨터로부터 예비신호에 대한 응답이 없으면 다시 일정 시간 대기 후에 예비신호부터 다시 전송을 시작한다.
Ethernet
Ethernet의 역사
ALOHA 네트워크
1960년대 말 하와의 대학의 ALOHA 네트워크에 기원을 두고 있다.
당시, ALOHA 네트워크는 데이터 전송시 충돌이 발생하면, 이에 따른 대책이라고는 한참을 기다렸다가 응답이 오지 않으면 재전송을 하는 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)방식이었다.
1973년, Xerox사에서 ALOHA 네트워크가 갖는 충돌시 문제의 해결을 모색하여 CSMA를 바탕으로 충돌을 감지(Collision Detection)하여 처리하는 CSMA/CD로 발전시켰다.
802.3 CSMA/CD 네트워크
1983년 하반기, IEEE 802.3 Working Group의 표준화 작업이 마무리되어 IEEE 표준 위원회에서는 마침내 802.3 CSMA/CD 네트워크라는 이름으로 LAN 표준을 발표하였다.
Ethernet의 구조
정의
Physical 계층과 Data-link 계층의 하반부를 담당한다.
CSMA/CD 통신망 접근 방법을 이용한다.
최초 Ethernet의 전송속도는 10Mbps였다.
TCP/IP, IPX/SPX 등의 다른 프로토콜을 이용할 수 있다.
이더넷은 특별한 네트워크 계층 기술을 제외시키지 않는다. Network 계층으로부터 TCP/IP패킷을 받았을 때 TCP/IP패킷을 NetBEUI나 IPX/SPX 패킷과 똑같이 취급한다.
택시에서와 같이, 이더넷은 승객의 이름 같은 것은 물어보지 않고 목적지만을 알아보고 승객을 이동시킨다.
가장 성공적인 LAN기술로 발전. 현재 네트워크 시장 장악하고 있다.
Ethernet의 성공 이유
그림 이더넷의 시장 점유율
거의 모든 컴퓨터에서 이용이 가능하고, 관리가 용이하다.
저렴한 투자비용에 비해 빠른 속도를 지원한다.
제작이 용이하고, 제품의 가격이 저렴하다.
Fast Ethernet, Gigabit Ethernet(1000Mbps)까지 확장이 가능하다.
CSMA/CD 알고리즘
전제
NIC는 네트웍의 공용 케이블과 물리적 연결을 형성하는 미디어이다.
Ethernet의 네트워크는 Broadcast Medium 방식을 사용하고 있다.
네트워크 신호의 종류
유니캐스트
유니캐스트는 싱글캐스트라고도 하고 특정 컴퓨터 한 대를 지칭해서 신호를 보내는 것이다. 즉, '홍길동씨 전화 왔습니다.'라고 이야기하는 것과 마찬가지이다.
이 경우에 같은 사무실에 있는 모든 사람들이 위와 같은 메시지를 들을 수는 있지만 자신에게 보내는 메시지가 아니므로 무시한다. 홍길동은 자신에게 보내진 메시지이므로 해당 메시지에 대해서 반응하게 된다.
TCP/IP에서는 클래스 A, B, C의 IP 주소가 유니캐스트용 주소로 사용된다. MAC 주소에서는 개별 네트워크 카드의 MAC 주소로 보내지는 신호가 유니캐스트 신호가 된다.
브로드캐스트
브로드캐스트는 목적지 컴퓨터의 주소를 지정하지 않고 네트워크 상의 모든 컴퓨터들에게 전달하는 신호이다. 우리가 강의실에서 '여러분 10분간 쉬겠습니다.'라고 이야기를 하는 것과 마찬가지이다. 이 소리를 들은 사람은 자기한테 하는 이야기구나 하고 알 수가 있다.
네트워크에서도 브로드캐스트 신호를 수신한 모든 컴퓨터는 일단 자신에게 보낸 신호처럼 처리를 시작한다.
IP 주소에서는 브로드캐스트 신호로 255.255.255.255를 사용한다. 즉, 네트워크 카드가 수신한 신호의 목적지 주소가 255.255.255.255로 되어 있는 경우에는 해당 신호를 정상적으로 수신 처리한다.
멀티캐스트
멀티캐스트는 TCP/IP에서 멀티캐스트용으로 특별히 정해진 주소를 사용한다.(D 클래스 IP 주소:224.0.0.0∼239.255.255.255))
송신쪽에서는 멀티캐스트용 주소로 데이터를 전송하면 해당 멀티캐스트 주소의 멤버로 등록된 모든 컴퓨터에 데이터가 전달된다. TV 방송국에서 정해진 채널로 방송을 하면 해당 채널로 맞춰진 모든 가정의 TV에서 방송을 볼 수 있는 것과 비슷한 개념이다.
멀티캐스트를 이용하기 위해서는 개별 컴퓨터들과 라우터들이 멀티캐스트 기능을 지원해 주어야 한다. 그리고 라우터들이 멀티캐스트를 지원해주기 위해서는 IGMP(Iternet Group Management Protocol) 라우팅 프로토콜을 지원해 주어야 한다.
이 기능을 이용하면 인터넷 방송이나 화상회의, 원격 강의 등의 1:다수 통신을 효율적으로 처리해 줄 수 있다.
전송시에 충돌이 발생하는지에 대한 관찰 기능이 반드시 필요하다.
CSMA/CD 알고리즘 분석
구 분
네 트 워 크 적 용 시
Carrier
Sense
각 Station, 데이터 전송 전에 타 Station 전송 여부 확인.
Multiple
Access
여러 시스템 동시 데이터 전송할 수 있는 민주주의적 시스템. 네트워크 모든 시스템의 우선 순위 동일.
Collision
Detection
만약 두 Station 동시 전송 없는 상황파악 후 데이터 전송데이터 충돌상황 발생.
충돌지점 가까운 NIC 데이터 충돌 상황 발견, 충돌알림 데이터 Jam Pattern 두 Station으로 전송, 데이터 전송 중단.
Backoff
Algorithm
데이터 충돌상황 발생. 네트워크 모든 Station, 데이터 재전송 목적 일정시간동안 대기.
적당하게 구성된 이더넷 네트워크는 가장 멀리 떨어져 있는 두 컴퓨터라도 충돌이 일어났을 때 Jam signal로 인해 중지되기 전에 둘 다 전송을 완료하지 못하도록 충분히 짧은 거리에 있도록 해야 한다.
OSI 모델
OSI(Open System Interconnection) 모델의 정의와 역할
정의
7개의 계층에 구현되는 네트워크 프레임 워크를 정의하여 범세계적인 통신을 위해 이용되는 ISO 표준을 의미한다.
1977년에 IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)와 ISO(International Organization for Standardization)은 개방형 시스템간의 연결에 관련된 표준 기술을 처음으로 발표하였는데 이것이 OSI 모델이다.
이런 OSI표준의 목적은 장비를 제조하는 업체와 상관없이 네트워크 장비끼리 서로 표준적인 연결이 가능하도록 하는 틀을 제공하는 것이다.
OSI 모델 각 계층의 기본 기능 요약
Application(응용 계층 - 계층7)
OSI 모델에서 정의되는 최상위 계층으로 복수의 시스템상의 응용프로그램이 서로 통신하면서 일련의 작업처리를 수행할 수 있도록 하기 위해서 필요한 서비스 기능을 제공한다.
응용 프로세스간의 정보교환 및 사용자간 통보, 전자우편, 파일전송 등의 기능을 수행한다
♠ 사용자 인터페이스의 역할을 담당하고 있는 계층이다. 즉, 사용자들이 이용하는 네트워크 응용 프로그램이라고 생각하면 된다.
♠ 메일을 보내려면 적당한 메일 프로그램을 사용해야 할 것이다. 또한 인터넷 검색을 하려면 적당한 웹 브라우저를 사용해야 한다. 이와 같이 사용자의 입장에서 네트워크를 이용할 수 있게 해주는 역할을 담당하는 것이 어플리케이션 계층이다.
♠ 응용 계층의 프로토콜에는 FTP, Telnet, SMTP, DNS, DHCP 등이 있다.
그림 OSI 7계층과 헤더
Presentation(표현 계층 - 계층6)
헤 더: payload(새롭게 첨부된 정보)
응용계층의 데이터
암호화 방식
압축 방식(전송량 최소화)
데이터가 Application에게 어떻게 정보를 제공할지를 관리한다. (예, 데이터 암호화, 코드 변환, 압축 등)
♠ 표현 계층의 역할은 네트워크로 보내질 데이터의 형식(format)을 결정한다.
♠ 데이터 형식에는 문자 데이터의 경우 ASCII, EBCDIC, 유니코드 등이 있다. 문자를 보내는 사람이 한글을 사용했다면 수신지의 컴퓨터도 한글로 문자를 처리해서 보여 주어야 할 것이다.
♠ 멀티미디어 데이터의 경우에는 GIF, JPEG, MIDI, MPEG 등의 여러 가지 형식 등이 있다. 이 경우에도 보낸 쪽에서 사용한 데이터 형식을 받는 쪽에서 정확하게 알아야만 제대로 된 멀티미디어 데이터를 재현해 줄 수 있는 것이다.
♠ 우리가 메일을 보낼 때 보안상 중요한 메일의 경우에는 암호화된 메일을 보낼 수도 있다. 이 경우에도 수신지 컴퓨터에서 정확하게 암호를 해독할 수 있어야만 메일의 내용을 읽을 수 있는 것이다.
♠ 웹 브라우저나 메일 프로그램을 사용하여 웹 페이지나 메일의 내용을 확인할 경우에 영어로 된 웹 페이지는 영어로 보여주고 한글로 된 웹 페이지는 한글로 자동으로 보여주는 기능이 바로 표현 계층의 역할이다.
사용자가 인식하는 정보를 응용프로그램이 이해하고 다룰 수 있는 컴퓨터에서 사용하는 기반의 이진(Binary) 데이터로 변환한다. 즉, 응용 계층은 사람이 이해할 수 있는 형태의 정보를 다루고, 표현 계층은 컴퓨터가 인식할 수 있는 형태로 데이터를 처리해 준다.
Session(회의 계층 - 계층5)
헤 더
표현계층의 헤더
데이터
통신 방식
정보 그룹
세션 계층은 송신측과 수신측간의 표현 계층에서 사용할 데이터의 교환을 위한 세션과 대화 방식을 결정한다.
데이터 교환의 유형이 올바르게 결정되지 않는다면 데이터 전송은 이루어지지 않는다. 따라서 데이터를 송신하는 측의 응용프로그램에서 데이터 전송 세션을 열고, 데이터 교환 방식을 결정한다.
☞ 세션 계층의 역할은 네트워크 상에서 컴퓨터들이 서로 통신을 할 경우에 양쪽 컴퓨터간에 최초에 연결이 되도록 하고 통신 중에 연결이 끊어지지 않도록 상호간에 연결 상태를 유지시켜주는 역할을 한다.
☞ 네트워크에서 특정 목적지 컴퓨터로 파일을 전송하는 경우를 생각해 보자. 목적지 컴퓨터가 네트워크 상에 존재하는지 아닌지도 확인하지 않고 바로 파일을 내보는 것이 아니라 일단 목적지 컴퓨터와 파일을 보낼테니 받을 준비가 되었는가를 협의해야 하는 것이다.
☞ 이런 준비 과정을 담당하는 것이 세션 계층의 역할이다. 특정 FTP 사이트나 웹 사이트에 접속할 경우에 해당 사이트에 최초에 연결을 시도하면서 해당 사이트들이 사용자의 접속을 제한하지는 않는지 등을 파악하고 필요한 경우에 접속을 위한 협의 과정을 거쳐야 한다. 이와 같은 과정도 세션계층의 역할로 보면 된다.
Transport(전송 계층 - 계층4)
Transport계층에서는 연결 지향 서비스를 제공한다.
TCP/IP군의 TCP 서비스가 제공되는 Layer이다.
응용 데이터를 단순한 전송 데이터로 여기면서, 특정 목적지로 완전하게 전송될 수 있도록 보장한다. 그래픽 데이터와 같이 대용량 데이터는 보다 작은 크기(1500byte이내)의 Packet으로 분할된다.
☞ 우리가 1Mbyte의 파일을 상대방에게 전송하는 경우를 생각해 보자. 파일의 원래 크기인 1Mbyte를 하나의 파일 단위로 전송하는 경우에는 전송 도중에 오류가 발생한다면 처음부터 1Mbyte의 데이터를 전부 다시 전송해야 할 것이다.
☞ 이럴 경우 전체 1Mbyte를 한번에 다 전송하지 않고 10Kbyte의 크기의 단위로 나누어서 전송을 한다면 전송 도중에 오류가 발생할 경우에 문제가 발생한 해당 부분만을 다시 재전송하면 되므로 효율적으로 네트워크를 사용할 수 있게 된다.
☞ 이와 같이 트랜스포트 계층에서 효율적인 데이터 전송을 위해서 크기가 큰 원본 데이터를 작은 크기의 단위로 나누어 놓은 것을 패킷이라고 부른다.
☞ 또한 수신측의 컴퓨터의 경우에는 수신된 각각의 패킷들을 원래의 파일로 다시 재합성하는 역할을 한다. 각각의 패킷은 수신측 컴퓨터의 트랜스포트 계층에서 다시 원래의 파일로 재합성되기 위해서 패킷의 헤더에 패킷 번호 정보를 가지고 있다.
Network(네트워크 계층 - 계층3)
트랜스포트 계층으로부터 수신 받은 패킷 데이터에서 주소 정보를 발췌한 다음, 발췌 정보를 근간으로 패킷 데이터가 목적지로 이용할 전송 경로를 설정한다.
☞ 네트워크 계층은 위쪽 계층인 트랜스포트 계층에서 만든 패킷을 전달받아서 목적지 컴퓨터의 논리적인 주소를 네트워크 계층의 헤더에 추가하는 역할을 담당한다.
☞ TCP/IP의 경우 트랜스포트 계층에서 전달받은 패킷에 네트워크 계층의 IP 프로토콜에서 헤더를 추가한 데이터의 형태를 'IP 데이터그램'이라고 부른다.
☞ 네트워크 장비 중에서 네트워크 계층에서 역할을 담당하는 장비로는 라우터가 있다. 라우터는 신호전달을 위해서 네트워크 계층의 프로토콜이 담당하는 논리적인 주소를 사용하므로 네트워크 계층의 장비로 분류한다.
Data 전송의 단위
Network → Network Layer : Packet
LAN → LAN Layer : Frame
ATM → ATM : Cell
Physical → Physical : Bit
Datagram은 Connectionless Protocol을 의미한다.
Data link(데이터 링크 계층 - 계층2)
최초의 사용자 정보는 응용데이터로 전환되고, 그 다음 응용 데이터는 소규모 패킷으로 분할되고, 패킷 데이터는 세션, 트랜스포트, 네트워크 계층을 통과하는 동안 정확한 목적지로 합당한 흐름으로 전송되기 위해 필요한 관리 정보인 헤더가 추가되는 캡슐화 과정을 거친다.
☞ 데이터 링크 계층은 네트워크 카드의 물리적인 주소를 관리한다.
☞ 네트워크 상에서 각각의 컴퓨터들을 구분하기 위해서 '컴퓨터 이름'이나 'IP주소'와 같은 논리적 주소를 사용하고 있다.
☞ 그러나 최종적으로 데이터가 목적지 컴퓨터로 전달이 되기 위해서는 네트워크 카드의 물리적인 주소가 반드시 필요하다.
☞ 데이터 링크 계층에서는 네트워크 계층에서 전달받은 데이터를 최종적으로 네트워크 케이블에 흘려 보낼 데이터 형태인 프레임을 만든다.
☞ 프레임에는 해당 프레임의 목적지 주소로 물리적 주소를 사용한다. 프레임의 목적지 주소는 발신지 컴퓨터와 목적지 컴퓨터가 동일한 네트워크 세그먼트
추천학원:
http://www.it-bank.or.kr/cisco/main_1.htm
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