[혼공네] 1-3. 네트워크 미시적으로 살펴보기

ALONE NETWORK STUDY
author-profile 상 한규
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2024년 8월 20일
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  • 프로토콜이란 통신 과정에서 정보를 올바르게 주고 받기 위해 합의된 규칙이나 방법을 의미한다.
    • 현대는 주로 패킷 교환 방식을 사용하는데, 페이로드를 상자에 담아 헤더를 작성하여 첨부하면 네트워크 장비를 통해 페이로드가 발송된다. 이 때 페이로드를 옮겨주는 장비가 정보를 이해하고 주고 받기 위해 합의된 규칙이나 방법이 프로토콜이다.
    • IP는 패킷을 수신지까지 전달하기 위해 사용되는 프로토콜이다.
    • ARP는 IP 주소를 MAC 주소로 대응하기 위해 사용되는 프로토콜이다.
    • HTTPS는 HTTP보다 안전한 프로토콜이다. 이 둘은 웹 통신 프로토콜이다.
    • TCP는 UDP에 비해 일반적으로 느리지만 신뢰성이 높은 프로토콜이다. 데이터를 전송 및 제어하는 프로토콜이다.
    • 프로토콜들은 목적과 특징이 각각 있으므로 헤더 및 페이로드가 전부 다를 수 있다.

  • 네트워크 참조 모델이란 통신이 일어나는 구조를 계층화한 모델이다. 네트워크 계층 모델과 같은 단어다.
    • 통신 과정을 계층으로 나눈 이유는 다음과 같다.
      1. 네트워크 구성과 설계가 용이하다. ⇒ 각 계층이 수행해야 할 역할이 정해져 있으므로 그에 맞는 프로토콜과 네트워크 장비 구성이 편하다.
      2. 네트워크 문제 진단과 해결이 용이하다. ⇒ 계층 순서대로 문제를 진단한다면 원인 파악이 빠르다.
    • OSI 모델은 국제 표준화 기구(ISO)에서 만든 네트워크 참조 모델이다.
      1. 물리 계층 (최하위 계층) ⇒ 1과 0로 표현되는 가장 비트 신호를 주고 받는 계층. 가장 근원적인 통신이 이루어지며, 통신 매체에 따라 전기, 빛, 전파 등의 다양한 신호로 운반될 수 있다.
      2. 데이터 링크 계층 ⇒ 네트워크 내 주변 장치 간의 정보를 올바르게 주고받기 위한 계층. 물리 계층의 정보에 오류가 없는지 확인하고 주소 체계를 통해 송수신지를 특정할 수 있는 계층. 네트워크 내의 주변 장치 간의 통신이 이루어짐.
      3. 네트워크 계층 ⇒ 메시지를 다른 네트워크의 수신지까지 전달하는 계층. IP 주소를 통해 타 네트워크를 식별하고 통신한다.
      4. 전송 계층 ⇒ 패킷이 유실되었는지 혹은 신뢰성과 안정성이 보장된 통신이 이루어졌는지를 포트를 통해 점검하거나 제어하는 계층.
      5. 세션 계층 ⇒ 통신을 주고받는 호스트의 응용 프로그램 간 연결 상태를 관리하는 계층.
      6. 표현 계층 ⇒ 컴퓨터와 사람 사이 언어를 변환 및 암호화 해주는 계층.
      7. 응용 계층 ⇒ 사용자 및 응용 프로그램에게 다양한 네트워크 서비스를 제공하는 계층. 웹 페이지 및 이메일 등을 제공.
    • TCP/IP 모델은 OSI 모델과 달리 이론보다는 구현에 중점을 둔 네트워크 참조 모델이다. TCP/IP 4계층, 인터넷 프로토콜 스위트, TCP/IP 프로토콜 스택과 동의어다.
    • 프로토콜 스위트 혹은 스택은 다양한 계층의 프로토콜 집합을 의미한다.
      1. 네트워크 액세스 계층 (최하위 계층) ⇒ 링크 계층 및 네트워크 인터페이스 계층과 동의어다. 전통적으로는 OSI 모델의 데이터 링크 계층의 역할을 수행하였지만, 이에 대응하여 5계층으로 확장해 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 나뉘기도 한다.
      2. 인터넷 계층 ⇒ OSI 네트워크 계층과 유사한 계층
      3. 전송 계층 ⇒ OSI 전송 계층과 유사
      4. 응용 계층 ⇒ OSI 세션, 표현, 응용 계층을 합친 것과 유사

  • 캡슐화와 역캡슐화는 패킷의 송 수신 과정에서 각각 이루어진다.
    • 캡슐화는 응용 계층에서 물리 계층까지 가는 송신 과정에서 헤더 및 트레일러를 추가해 나가는 과정이다. 인캡슐레이션과 동의어다.
    • 역캡슐화는 물리 계층에서 응용 계측까지 수신 과정에서 캡슐화의 역순이다. 디캡슐레이션과 동의어다.

  • PDU(Protocol Data Unit)는 각 계층에서 송수신되는 메시지의 단위다. 상위 계층에서 전달 받은 데이터에 현재 계층의 프로토콜 헤더를 추가하면 현재 계층의 PDU가 된다.
    • 응용 ~ 세션 : 데이터
    • 전송 : TCP - 세그먼트, UDP - 데이터그램
    • 네트워크 : IP 패킷
    • 데이터 링크 : 프레임
    • 물리 : 비트

  • OSI 7계층과 TCP/IP 4계층은 엄격한 규칙이 아닌 가이드라인이다.

  • 트래픽은 네트워크 내 정보량이다. 트래픽이 몰려 특정 노드에 과부하가 생기면 성능의 저하로 이어질 수 있다. 이러한 네트워크의 성능을 평가할 수 있는 지표로는 처리율, 대역폭, 패킷 손실이 있다.
    • 처리율은 단위 시간 당 네트워크를 통해 실제로 전송되는 정보량이다. 일반적으로 bps, Mbps, Gbps 단위로 표현하며, pps(packets per second)를 사용하기도 한다.
    • 대역폭은 네트워크 성능 측정 영역에서 단위 시간 동안 통신 매체를 통해 송수신할 수 있는 최대 정보량이다.
    • 패킷 손실은 송수신되는 패킷이 손실된 상황이다. 트래픽 과부하 혹은 장애로 인해 패킷을 처리하지 못하면 발생한다. 명령 프롬프트 혹은 터미널에서 ping 명령어를 통해 패킷의 손실 퍼센트를 확인할 수 있다.

문제 1. OSI 7계층과 TCP/IP 4계층 참조 모델의 구성을 작성하시오. 가능하다면, 해당 계층의 설명과 PDU를 자신의 방법대로 작성 혹은 머릿속으로 정리하시오.

→ OSI 7 계층 : 물리, 데이터 링크, 네트워크, 세션, 표현, 응용

위의 설명 및 PDU 참고.

TCP/IP 4 계층 : 네트워크 액세스, 인터넷, 전송, 응용

위의 설명 참고

문제 2. 처리율과 대역폭, 패킷 손실에 대해 설명하시오.

→ 처리율은 단위 시간 당 네트워크를 통해 전송되는 정보량을 의미한다.

대역폭은 단위 시간 당 송수신할 수 있는 최대 정보량이다.

패킷 손실은 패킷이 손실되는 상황을 의미한다.

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Written by 상 한규
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