네트워크 기초

네트워크는 컴퓨터들을 연결해 서로 간의 자료를 공유할 수 있게 해주는 방법이다. 종류는 네트워크의 범위에 따라 LAN < MAN < WAN로 나뉜다.

• LAN (Local Area Network): 소규모.
• MAN (Metropolitan Area Network): 중규모.
• WAN (Wide Area Network): 대규모. 국가, 대륙 간의 장거리 전송이 가능. ex) 인터넷. 

 

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그렇다면 네트워크 안에 수많은 장비들이 서로 연결되어 있는데, 이들은 이 방대한 네트워크 안에서 서로 어떻게 통신할까?

네트워크는 논리적으로 2 부분으로 나눈다.

위의 그림에서 라우터를 기준으로 네트워크가 나뉘는데, 라우터의 오른쪽 부분은 내부 네트워크라 부르고 외쪽 부분은 외부 네트워크라 부른다.

내부 네트워크는 로컬 네트워크의 개념으로 라우터 안쪽에 자리한다. 이 안에서는 장비들의 Internal IP(Private IP) 주소를 가지고 통신한다. Internal IP 주소는 내부 네트워크를 벗어나면 사용할 수 없다. 

외부 네트워크는 라우터나 방확벽을 넘어 밖에 위치한 네트워크로 External IP 주소를 가지고 통신한다. 

* 라우터 / 공유기가 Private IP<-> Public IP를 서로 변환해주는 역할을 한다. 그 과정을 Network Address Translation(NAT)라 부른다.

 

IP 주소 

IP 주소 = 네트워크 주소 + 호스트 주소 (네트워크와 호스트를 나눌 때는 subnet에 따라.)

네트워크 주소는 한 인터페이스에 제공된 주소, 호스트 주소는 해당 인터페이스에서 객체를 구분하는 주소이다.

같은 네트워크 상의 장비들만 서로 통신 할 수 있다. (같은 네트워크 상의 장비들이란 IP 주소에서 네트워크 주소가 같은 호스트 장비들을 의미한다.)

 

참고)

IP 주소를 보고 어떻게 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분할 수 있나?

Class를 보고 구분을 한다. 규모가 큰 조직에는 많은 호스트가 들어가고, 작은 조직에는 적은 수의 호스트가 들어갈 수 있게 주소를 여러 종류로 분류해서 제공한다.

IP 주소는 5개의 클래스로 이루어졌다. 클래스에 따라 몇 자리를 네트워크 주소로 쓰고, 몇 자리를 호스트 주소로 쓰는 지 정해진다.

• A 클래스: 1~126
• B 클래스: 128~191
• C 클래스: 192~223
• D 클래스: 224~239
• E 클래스: 240~255

 

네트워크 영역이 다르면 통신이 불가한가? 아니다. 라우터나 게이트웨이와 같은 통신 장비가 있으면 가능하다!

 

네트워크 관련 장비들을 보기 전에 OSI 7계층을 보고 가자. 계층 상에서 장비들이 어느 곳에 속해 있는지를 보면 장비의 역할을 이해하는데에 도움이 될 것 같다.

 

OSI 7계층

다른 네트워크와 연결하기 위해 오픈된 구조로 통신이 이뤄지는 데 필요한 기능별로 단계를 분류해 7계층으로 정의한 표준이다.

그 중 네트워크와 관련이 있는 3개의 계층을 살펴 보자.

• 1계층: 물리 계층
  • 시스템의 전기적, 물리적 표현을 나타내는 계층.
  • 이 계층에 해당하는 장비에는 통신 케이블, 리피터, 허브가 있다.
• 2계층: 데이터 링크 계층
  • MAC 주소를 사용해 1:1 통신로를 만들어 물리계층에서 받은 정보를 전달한다.
  • 이 계층에 해당하는 장비에는 MAC을 인지하는 기능을 하는 스위치와 브리지가 있다.
• 3계층: 네트워크 계층
  • 1, 2계층만 있어도 장비들이 물리적으로 연결되어 있다면 1:1로 서로 통신할 수 있다. 하지만 지구 상의 수많은 장비들을 모두 직접 연결할 수는 없다. 그래서 네트워크 계층이 필요하다.
  • IP(Internet Protocol)를 통해 서로 다른 네트워크를 구성할 수 있게 된다.
  • 라우터를 통해 다중 네트워크에서 데이터를 데이터를 목적지까지 안전하고 빠르게 전달한다.

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스위치

패킷을 목적지 호스트가 존재하는 네트워크 회선으로 보내는 스위칭을 담당하는 장비로 OSI 7계층 중에서 데이터 링크 계층인 2계층에 속해 있다.

스위치는 자신과 연결된 장비들의 맥 주소와 그 장비가 연결되어 있는 포트 번호를 기억해야 한다. 그리고서 자신이 아는 맥 주소로 데이터가 오면 알고 있던 포트로 데이터를 전달한다. 그리고 데이터가 들어왔는데 데이터가 온 장비의 맥 주소가 처음 보는 주소일 경우, 연결된 포트와 맥 주소를 저장하였다가 다른 장비가 그 맥 주소로 데이터를 보낼 때 알고 있던 포트에다가 데이터를 전송한다. 만약에 데이터를 보낸 장비의 맥 주소는 아는 주소인데 데이터가 도착하는 곳의 맥 주소가 처음 보는 맥 주소일 경우, 데이터를 모든 포트로 뿌려버린다. 그래서 스위치는 각각의 컴퓨터가 가진 고유한 맥 주소를 기억하고 있어야 하며, 이 주소를 통해 어떤 데이터가 어디로 전송되어야 하는지 판단을 내리는 것이다. - 위키피디아

스위치가 로컬 네트워크를 만들어 주고, 서버들이 스위치에 연결하기 위해서는 각 서버들도 일종의 연결고리(link) 혹은 인터페이스(예. eth0)가 있어야 한다. ('ip link' 명령어로 확인할 수 있다.)

서버를 스위치에 연결하려면 우선 서버에 네트워크의 ip 주소와 해당 네트워크에 연결하기 위한 인터페이스를 지정한다. ('ip addr add 192.168.1.10/24 dev eth0' - dev는 device를 의미.)

이렇게 지정하면 같은 네트워크 안의 호스트들은 스위치를 통해 서로 통신할 수 있게 된다.

 

라우터

IP 프로토콜에서 원격 네트워크와 통신하기 위해서는 라우터를 거쳐서 통신하게 된다. 라우터는 서로 다른 네트워크를 연결한다.

지능을 가진 최적의 경로 배정 장치의 역할도 하며 패킷이 어느 경로로 가는 것이 가장 빠르고 안전한지 계산해서 경로를 알려준다.

 

라우팅 테이블

호스트에 인터페이스(NIC; Network Interface Card)가 여러 개인 경우 목적지 IP에 따라 다른 NIC를 경유하는 식으로 패킷이 전달된다. 라우팅 테이블에서 네트워크 주소에 따라 어떤 NIC 또는 게이트웨이를 경유할 지 관리한다. (라우팅 테이블을 조회할 때는 'netstat -r'명령어를 이용하면 된다.)

라우팅 테이블에 엔트리를 추가할 때는 ip route add 192.168.1.0/24 via 192.168.2.1로 하면 된다.

 

게이트웨이

호스트가 위치한 네트워크에서 다른 네트워크로 가기 위해서 거쳐야 하는 관문 역할을 하는 장비이다.

Default Gateway: 기본적으로 설정된 라우팅 경로이다. 특정 목적지로 가는 패킷이 있는데, 장비가 해당 목적지로 가는 방법을 모르면 default gateway를 통해서 가게 된다.

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참조

실무로 배우는 시스템 성능 최적화 - YES24

실무로 배우는 시스템 성능 최적화 - YES24

네트워크 범주 (tistory.com)

네트워크 범주

[Network] 서브넷마스크(Subnet Mask)란? (tistory.com)

[Network] 서브넷마스크(Subnet Mask)란?

Internal vs External IP Address: What's the Difference? (troypoint.com)

Internal vs External IP Address

네트워크 스위치 - 해시넷 (hash.kr)

네트워크 스위치 - 해시넷

[OSI 7계층, TCP/IP 4계층] 네트워크의 기본 계층 구조 (tistory.com)