1 - 2. 네트워크 기초

네트워크 기기의 처리 범위

네트워크 기기는 계층별로 처리 범위를 나눌 수 있다. 또한 상위 계층을 처리하는 기기는 하위 계층을 처리할 수 있지만 그 반대는 불가하다.

• 애플리케이션 계층 : L7 스위치
• 인터넷 계층 : 라우터, L3 스위치
• 데이터 링크 계층 : 브리지, L2 스위치
• 물리 계층 : NIC, 리피터, AP

L7 스위치

L7 스위치는 로드밸런서라고도 하며, 서버의 부하를 분산하는 기기이다. 클라이언트로부터 오는 요청들을 뒤쪽의 여러 서버로 나누는 역할을 하며 시스템이 처리할 수 있는 트래픽 증가를 목표로 한다.

URL, 서버, 캐시, 쿠키들을 기반으로 트래픽을 분산한다. 또한 바이러스, 불필요한 외부 데이터 등을 걸러내는 필터링 기능 또한 가지고 있으며 응용 프로그램 수준의 트래픽 모니터링도 가능하다.

만약 장애가 발생한 서버가 있다면 이를 트래픽 분산 대상에서 제외해야 하는데, 이는 정기적으로 헬스 체크를 이용하여 감시하면서 이루어진다.

 

L7 스위치와 L4 스위치 차이

L4 스위치는 인터넷 계층을 처리하는 기기로 스트리밍 관련 서비스에서는 사용할 수 없으며 메시지를 기반으로 인식하지 못하고 IP와 포트를 기반으로 트래픽을 분산한다.

L7 스위치는 IP, 포트 외에도 URL, HTTP 헤더, 쿠키 등을 기반으로 트래픽을 분산한다.

L7 스위치를 이용한 로드밸런싱은 ALB 컴포넌트로 하며, L4 스위치를 이용한 로드밸런싱은 NLB 컴포넌트로 한다.

 

헬스 체크

L4 스위치, L7 스위치 모두 헬스 체크를 통해 정상적인 서버 또는 비정상적인 서버를 판별하는데, 헬스 체크는 전송 주기와 재전송 횟수 등을 설정한 이후 반복적으로 서버에 요청을 보내는 것을 말한다.

TCP, HTTP 등 다양한 방법으로 요청을 보내며 이 요청이 정상적이라면 정상 서버로 판별

 

인터넷 계층을 처리하는 기기

라우터

라우터는 여러 개의 네트워크를 연결, 분할, 구분시켜주는 역할을 하며 다른 네트워크에 존재하는 장치끼리 서로 데이터를 주고받을 때 패킷 소모를 최소화하고 경로를 최적화하여 최소 경로로 패킷을 포워딩하는 라우팅을 하는 장비이다.

 

L3 스위치

L3 스위치란 L2 스위치의 기능과 라우팅 기능을 갖춘 장비이다. 라우터는 소프트웨어 기반 라우팅과 하드웨어 기반 라우팅을 하는 것으로 나눠지고 하드웨어 기반의 라우팅을 담당하는 장치를 L3 스위치라고 한다.

 

데이터 링크 계층을 처리하는 기기

L2 스위치

L2 스위치는 장치들의 MAC 주소를 MAC 주소 테이블을 통해 관리하며, 연결된 장치로부터 패킷이 왔을 때 패킷을 전송한다.

단순히 패킷의 MAC 주소를 읽어 스위칭하는 역할을 한다.

 

브리지

브리지는 두 개의 근거리 통신망(LAN)을 상호 접속할 수 있도록 하는 통신망 연결 장치로, 포트와 포트 사이의 역할을 하며 장치에서 받아온 MAC 주소를 MAC 주소 테이블로 관리한다.

브리지는 통신망 범위를 확장하고 서로 다른 LAN 등으로 이루어진 하나의 통신망을 구축할 때 쓰인다.

 

물리 계층을 처리하는 기기

NIC

LAN 카드라고 하는 네트워크 인터페이스 카드는 2대 이상의 컴퓨터 네트워크를 구성하는 데 사용한다. 네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있도록 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드이다. LAN 카드에는 각각을 구분하기 위한 고유의 식별번호인 MAC 주소가 있다.

 

리피터

리피터는 들어오는 약해진 신호 정도를 증폭하여 다른 쪽으로 전달하는 장치이다. 이를 통해 패킷이 더 멀리 갈 수 있다. 광케이블 보급이 됨에 따라 현재는 잘 안 쓰인다.

 

AP

AP는 패킷을 복사하는 기기이다. AP에 유선 LAN을 연결한 후 다른 장치에서 무선 LAN 기술을 사용하여 무선 네트워크 연결을 할 수 있다.

 

IP주소

ARP

컴퓨터 간의 통신은 흔히들 IP 주소 기반으로 통신한다고 알고 있지만 정확하게는 IP 주소에서 ARP를 통해 MAC 주소를 기반으로 통신을 한다. ARP란 IP 주소로부터 MAC 주소를 구하는 IP와 MAC 주소의 다리 역할을 하는 프로토콜이다.

ARP를 통해 가상 주소인 IP 주소를 실제 주소인 MAC 주소로 변환한다. 이와 반대로 RARP를 통해 실제 주소인 MAC 주소를 가상 주소인 IP 주소로 변환하기도 한다.

 

ARP의 주소를 찾는 과정

장치 A가 ARP Request 브로드캐스트를 보내서 IP 주소인 120.70.80.3에 해당하는 MAC 주소를 찾는다. 그러고 나서 해당 주소에 맞는 장치 B가 ARP reply 유니캐스트를 통해 MAC 주소를 반환하는 과정을 거쳐 IP 주소에 맞는 MAC 주소를 찾게 된다.

 

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 통신이라고 한다. 여기서 홉이란 영어 뜻 자체로는 건너뛰는 모습을 의미한다. 이는 통신망에서 각 패킷이 여러 개의 라우터를 건너가는 모습을 비유적으로 표현한 것이다. 각각의 라우터에 있는 라우팅 테이블의 IP를 기반으로 패킷을 전달하고 다시 전달해나간다. 통신 장치에 있는 라우팅 테이블의 IP를 통해 시작 주소부터 시작하여 다음 IP로 계속해서 이동하는 라우팅 과정을 거쳐 패킷이 최종 목적지까지 도달하는 통신을 말한다.

 

라우팅 테이블

라우팅 테이블은 송신지에서 수신지까지 도달하기 위해 사용되며 라우터에 들어가 있는 목적지 정보들과 그 목적지로 가기 위한 방법이 들어 있는 리스트를 뜻한다. 라우팅 테이블에는 게이트웨이와 모든 목적지에 대해 해당 목적지에 도달하기 위해 거쳐야 할 다음 라우터의 정보를 가지고 있다.

 

게이트웨이

게이트웨이는 서로 다른 통신망, 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 관문 역할을 하는 컴퓨터나 소프트웨어이다.

 

IP 주소 체계

IPv4

32비트를 8비트 단위로 점을 찍어 표기하며 127.45.67.89 같은 방식으로 IP 주소를 나타낸다.

 

IPv6

64비트를 16비트 단위로 점을 찍어 표기하며 2001:db8::ff00:42:8329와 같은 방식으로 IP 주소를 나타낸다.

 

클래스 기반 할당 방식(CIDR)

클래스 A, B, C는 일대일 통신으로 사용되고 클래스 D는 멀티캐스트 통신, 클래스 E는 앞으로 사용할 예비용으로 쓰는 방식이다. 맨 왼쪽에 있는 비트를 구분 비트라고 하는데 구분 비트를 통해 클래스 간의 IP가 나눠진다. 또한 네트워크의 첫 번째 주소는 네트워크 주소로 사용되고 가장 마지막 주소는 브로드캐스트용 주소로 네트워크에 속해 있는 모든 컴퓨터에 데이터를 보낼 때 사용한다.

이 방식은 사용하는 주소보다 버리는 주소가 많은 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 DHCP와 IPv6, NAT이 나왔다.

 

DHCP

DHCP는 IP 주소 및 기타 통신 매개변수를 자동으로 할당하기 위한 네트워크 관리 프로토콜이다. 이 기술을 통해 네트워크 장치의 IP 주소를 수동으로 설정할 필요 없이 인터넷에 접속할 때마다 자동으로 IP 주소를 할당할 수 있다.

 

NAT

NAT은 패킷이 라우팅 장치를 통해 전송되는 동안 패킷의 IP 주소 정보를 수정하여 IP 주소를 다른 주소로 매핑하는 방법이다. IPv4 주소 체계만으로는 많은 주소들을 모두 감당하지 못하는 단점이 있는데, 이를 해결하기 위해 NAT으로 공인 IP와 사설 IP로 나눠서 많은 주소를 처리한다. NAT을 쓰는 이유는 주로 여러 대의 호스트가 하나의 공인 IP 주소를 사용하여 인터넷에 접속하기 위함이다. NAT을 이용하면 내부 네트워크에서 사용하는 IP 주소와 외부에 드러나는 IP 주소를 다르게 유지할 수 있기 때문에 내부 네트워크에 대한 어느 정도의 보안이 가능하다. 단점으로는 여러 명이 동시에 인터넷에 접속하게 되므로 접속 속도가 느려질 수 있다는 단점이 있다.