[정보처리기사 실기] 11. 응용 SW 기초 기술활용-Chapter 3. 네트워크 기초 활용하기

정리 내용은 [수제비 2020 정보처리기사 실기]책을 기반으로 작성하였습니다.

2020 수제비 정보처리기사 실기(1권+2권 합본세트)

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1. 네트워크 계층 구조 파악

네트워크 개념
원하는 정보를 원하는 수신자 또는 기기에 정확하게 전송하기 위한 기반인프라

WAN(광대역 네트워크): LAN에 비해 전송거리가 넓음. 라우팅 알고리즘 필요. LAN 대비 에러율이 높고 전송 지연이 큼

LAN(근거리 네트워크): 한 건물 또는 작은 지역을 커버하는 네트워크

 

OSI 7계층
국제 표준화 기구인 ISO에서 개발한 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 개방형 시스템 상호 연결 모델
각 계층은 서로 독립적으로 구성, 각 계층은 하위 계층의 기능을 이용하여 상위 계층에 기능을 제공
계층을 지날 때마다 헤더가 붙는데, 이것은 해당 계층의 기능과 관련된 정보가 포함되어 있음제어 정보들은 모두 운영체제가 제공하는 프로토콜에 의해 송신 측에서는 계층을 지날 때마다 덧붙여서 추가되고, 수신 측에서는 게층을 지날 때마다 제거

계층	설명	장비
응용 계층 (Application Layer)	사용자 친화 환경 제공(이메일, 웹)	호스트 (PC등)
표현 계층 (Presentation Layer)	코드 문자 등을 번역하여 일관되게 전송하고 압축, 해제, 보안 기능도 담당
세션 계층 (Session Layer)	송신, 수신 간의 논리적 연결
전송 계층 (Transport Layer)	송신, 프로세스 간의 연결	L4 스위치
네트워크 계층 (Network Layer)	다수의 중개 시스템 중 올바른 경로를 선택하도록 지원	라우터
데이터 링크 계층 (Data Link Layer)	오류와 흐름을 제거하여 신뢰성 있는 데이터를 전송	브리지, 스위치
물리 계층 (Physical Layer)	실제 장비들을 연결하기 위한 장치	허브, 리피터

네트워크 장비 - 1계층

허브: 여러 대의 컴퓨터를 연결하여 네트워크로 보내거나, 하나의 네트워크로 수신된 정보의 여러 대의 컴퓨터로 송신하기 위한 장비

리피터: 디지털 신호를 증폭시켜 주는 역할을 하여 신호가 약해지지 않고 컴퓨터로 수신되도록 하는 장비

 

네트워크 장비 - 2계층

브리지: 두 개의 LAN을 서로 연결해주는 통신망 연결 장치

L2스위치: 느린 전송속도의 브리지, 허브의 단점을 개선하기 위해서 출발지에서 들어온 프레임을 목적지 MAC 주소 기반으로 빠르게 전송시키는 데이터 링크 계층의 통신 장치

NIC: Network Interface Card. 외부 네트워크와 접속하여 가장 빠른 속도로 데이터를 주고받을 수 있게 컴퓨터 내에 설치되는 장치

스위칭허브: 스위치 기능을 가진 허브. 사용되는 대부분의 허브가 스위칭 허브

네트워크 장비 - 3계층

라우터: LAN과 LAN을 연결하거나 LAN과 WAN을 연결하기 위한 인터넷 네트워킹 장비. 패킷의 위치를 추출하여 그 위치에 대한 최적의 경로를 지정하며 이 경로에 따라 데이터 패킷을 다음 장치로 전송시키는 방식 (라우팅 프로토콜: 경로 설정하여 원하는 목적지까지 지정된 데이터가 안전하게 전달되도록 함)

게이트웨이: 프로토콜을 서로 다른 통신망에 접속 할 수 있게 해주는 장치. LAN에서 다른 네트워크에 데이터를 보내거나 다른 네트워크로부터 데이터를 받아들이는 출구 역할

L3스위치: 3계층에서 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비. IP 레이어에서의 스위칭을 수행하여 외부로 전송. 라우터와의 경계가 모호

유무선 인터넷 공유기: 외부로부터 들어오는 인터넷 라인을 연결하여 유선으로 여러 대의 기계를 연결하거나 무선 신호로 송출하면서 여러 대의 컴퓨터가 하나의 인터넷 라인을 공유할 수 있도록 하는 네트워크 장비

망(백본)스위치 허브: 광역 네트워크 커버하는 스위칭 허브

네트워크 장비 - 4계층

L4스위치: TCP/UDP 등 스위칭 수행. FTP, HTTP 등을 구분하여 스위칭하는 로드밸런싱 기능. 애플리케이션 레이어에서 파악이 가능한 이메일 내용 등 정교한 로드 밸런싱 수행 불가. TCP/UDP 포트번호를 분석하여 포워딩을 결정하고, QoS와 GLB / SLB 기능을 제공하는 스위치

 

2. 프로토콜

개념
서로 다른 시스템이나 기기들 간의 데이터 교환을 원할히 하기 위한 표준화된 통신 규약
데이터 처리 / 제어 / 관리적 기능

 

기본요소
구문(Syntax): 시스템 간 정보 전송을 위한 데이터 형식, 코딩, 신호 레벨 등의 규정
의미(Semantic): 시스템 간의 정보 전송을 위한 제어 정보. 조정과 에러 처리를 위한 규정
타이밍(Timing): 시스템 간의 정보 전송을 위한 속도 조절과 순서 관리 규정

 

네트워크 프로토콜
컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에서 메시지를 주고받는 양식과 규칙의 체계
통신 규약/규칙에는 전달 방식, 통신 방식, 자료의 방식, 오류 검증 방식, 코드 변환 규칙, 전송 속도 등 정함
다른 기종 장비는 각기 다른 통신 규약을 사용  프로토콜을 사용하면 다른 기기 간 정보 전달 표준화

 

프로토콜 특징

분류	설명
단편화	전송이 가능한 작은 블록으로 나누어지는 기법
재조립	단편화 되어온 원래 데이터를 복원하는 기법
캡슐화	상위 계층 데이터에 각종 정보를 추가하여 하위 계층으로 보내는 기법
연결 제어	데이터의 전송량이나 속도를 제어하는 기법
오류 제어	전송 중 잃어버린 데이터나 오류가 발생한 데이터를 검증하는 제어 기법
동기화	송신과 수신 측의 시점을 맞추는 기법
다중화	하나의 통신회선에 여러 기기들을 접속할 수 있는 기법
주소지정	송신과 수신지의 주소를 부여하여 정확한 데이터 전송을 보장하는 기법

네트워크 계층 프로토콜

분류	설명
IP	송수신간 패킷 단위로 데이터를 교환하는 네트워크에서 정보를 주고받는데 사용하는 통신규약
ARP	IP 네트워크상에서 IP 주소  물리적 주소(MAC주소)로 변환하는 프로토콜
RARP	물리적 주소(MAC주소)  IP 주소로 변환하는 프로토콜
ICMP	IP 패킷을 처리할 때 발생하는 문제를 알려주는 프로토콜. IP와 조합해 통신 중 발생하는 오류의 처리와 전송 경로 변경 등을 위한 제어 메시지를 관리하는 역할. ping 유틸리티 구현
IGMP	호스트 컴퓨터와 인접 라우터가 멀티 캐스트 그룹 멥버십을 구성하는데 사용하는 프로토콜. 화상회의, IPTV에서 활용

 

3. TCP(Transmission Control Protocol)

개념
전송 제어 프로토콜. 인터넷 프로토콜 스위트의 핵심 프로토콜 중 하나. IP와 함께 TCP/IP라는 명칭으로 사용
전송 계층에 위치. 근거리 통신망이나 인트라넷, 인터넷에 연결된 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 간에 일련의 옥텟을 안정적으로, 에러 없이 교환할 수 있게 해주는 프로토콜

 

특징

신뢰성 보장: 패킷 손실, 순서 바뀜 등이 없도록 보장. TCP 하위 계층인 IP 계층의 신뢰성 없는 서비스를 보완하여 신뢰성 제공
연결 지향적: 양단간 애플리케이션/프로세스는 TCP가 제공하는 연결성 회선을 통하여 서로 통신

흐름제어: 흐름 제어 기능을 활용하여 송신 및 수신 속도를 일치시킴

혼잡제어: 네트워크가 혼잡하다고 판단될 때는 혼잡제어 기법을 사용하여 송신율을 감소

 

4. UDP(User Datagram Protocol)

개념
비연결성이고, 신뢰성이 없으며, 순서화되지 않은 데이터그램 서비스를 제공하는 전송 계층 통신 프로토콜

 

특징

비신뢰성: 데이터그램 지향의 전송계층용 프로토콜(논리적인 가상회선 연결 필요 없음) / 메시지가 제대로 도착했는지 확인하지 않음(확인 응답 없음) / 검사 합을 제외한 특별한 오류 검출 및 제어 없음(오류 제어 거의 없음)

순서화되지 않은 데이터그램 서비스 제공: 수신된 메시지의 순서를 맞추지 않음 / 흐름 제어를 위한 피드백을 제공하지 않음

실시간 응용 및 멀티캐스팅 기능: 빠른요청과 응답이 필요한 실시간 응용에 접합 / 여러 다수 지점에 전송 가능

단순 해더: 헤더는 고정 크기 8 바이트만 사용 / 헤더 처리에 시간과 노력이 필요하지 않음

 

5. IPv4 & IPv6

IPv4개념
인터넷에서 사용되는 패킷 교환 네트워크상에서 데이터를 교환하기 위한 32 비트 주소 체계를 갖는 네트워크 계층의 프로토콜

 

IPv6 개념
인터넷 프로토콜 스택 중 네트워크 계층의 프로토콜로서 버전 6 인터넷 프로토콜로 제정된 차세대 프로토콜
IPv4가 가지고 있는 주소고갈, 보안성, 이동성 지원 등의 문제점을 해결하기 위해 서 개발된 128bit 주소를 가짐

 

IPv6특징

IP 주소 확장 / 이동성 / 인증 및 보안 기능 / 개선된 QoS 지원 / Plug&Play 지원 / Ad-hoc 네트워크 지원 / 단순헤더 적용 / 실시간 패킷 추적 가능

 

IPv6 헤더
IPv6의 출발지 주소, 목적지 주소의 주소길이로 인하여 커졌고, IPv4의 불필요한 필드 제거함으로써 헤더 단순

IPv4와 IPv6 특징

구분	IPv4	IPv6
주소길이	32 Bit	128 Bit
표시방법	8비트씩 4부분으로 나뉜 10진수	8비트씩 8부분으로 나뉜 16진수
주소개수	약43억 개	약 31조 개
주소할당	A, B, C, D등의 클래스 단위 비순차적 할당 (비효율적)	네트워크규모 및 단말기수에 따른 순차적 할당 (효율적)
품질제어	품질보장 곤란	등급, 서비스별 패킷 구분  패킷 보장 용이
헤더크기	고정	가변
QoS	Best Effort 방식 / 보장 곤란	등급별, 서비스별 패킷 구분 보장
보안기능	IPSEC 프로토콜 별도 설치	확장 기능에서 기본 제공
Plug&Play	지원 안함	지원
모바일IP	곤란	용이
웹케스팅	곤란	용이
전송방식	멀티캐스트, 유니케스트, 브로드케스트	멀티케스트, 유니케스트, 애니케스트

* 멀티케스트: 하나이상의 송신자들이 특정한 하나 이상의 수신자들에게 데이터를 전송하는 방식.
* 유니캐스트: 고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 1:1로 트래픽 또는 메시지를 전송하는 전송 기술
* 브로드케스트: 하나의 송신자가 같은 서브 네트워크 상 모든 수신자에게 데이터를 전송하는 전송 기술
* 애니캐스트: 단일 송신자로부터의 데이터그램을 토플로지 상의 잠재적인 수신자 그룹안에서 가장 가까운 노드로 연결시키는 전송기술

 

6. 패킷 스위칭 & 서킷 스위칭

패킷 스위칭
컴퓨터 네트워크와 통신의 방식 중 하나.
작은 블록의 패킷으로 데이터를 전송하며 데이터를 전송하는 동안 네트워크 자원을 사용하도록 하는 통신방식

X.25

통신을 원하는 두 단말장치와 패킷 교환망을 통해 패킷을 원할히 전달하기 위한 통신 프로토콜
전기 통신 국제 기구인 ITU-T에서 관리 감독 하는 프로토콜

고정 대역폭 / 패킷 사용 / 1~3계층 담당 / 송수신 신뢰성 / 성능 저하

프레임 릴레이
ISDN을 사용하기 위한 프로토콜로서 ITU-T에 의해 표준으로 작성되었음

유연한 대역폭 / 기능 단순화 / 1~2계층 담당 / 가격이 저렴

ATM(Asynchronous Transfer Mode)

비동기 전송 모드라고 하는 광대역 전송에 쓰이는 스위칭 기법
동기화를 맞추지 않아 보낼 데이터가 없는 사용자의 슬롯은 다른 사람이 사용할 수 있도록 하여 네트워크 상의 효율성을 높임
연결형 회선이기 때문에 하나의 패킷을 보내 연결을 설정하게 되고 이후 실 데이터 전송이 이루어짐

AAL(ATMAdation Layer) / ATM 계층 / 물리계층

 

서킷 스위칭
네트워크 리소스를 특정 사용층이 독점하려고 하는 통신 방식
전송 보장: 네트워크를 독점적으로 사용하기 때문에 전송이 보장
서킷 확보 작업: 서킷을 확보하기 위한 작업을 진행하고 실데이터를 전송하며 서킷을 닫는 프로세스로 진행. 서킷 확보 작업이 일어나는 동안 다른 기기들은 해당 경로 사용 불가

 

패킷 스위칭 vs 서킷 스위칭

구분	서킷 교환 방식	패킷 교환 방식
의미	전송 경로 설정한 뒤 실 데이터를 송수신	데이터를 패킷 단위로 보냄
장점	경로 접속 시간은 1초 내외로 빠름 전송 제어 절차와 형식에 제약 받지 않음	회선 효율이 우수.  비동기 전송 가능. 연결 설정할 필요 없고 다중 전달 용이
단점	송수신 모두 데이터교환 준비가 완료되어야 함 회선이 독점되어 있음	실시간 전송에 부적합 네트워크 지연 발생
활용	영상, 비디오 등	이메일, 메시지 등

서킷 방식: 데이터의 일부를 송신하여 전달경로 파악 & 확보 & 실 데이터 수신
패킷 전달 방식: 헤더의 주소 정보에 따라 수신측으로 데이터 전송

 

7. 라우팅 알고리즘

개념
데이터는 송신 측으로 부터 수신 측까지 데이터를 전달하는 과정에서 다양한 물리적 장치를 거쳐감
목적지까지의 최적 경로를 산출하기 위한 법칙

 

거리벡터 알고리즘
인접 라우터와 정보를 공유하여 목적지까지의 거리와 방향을 결정하는 라우팅 프로토콜 알고리즘
벨만-포드 알고리즘을 사용
각 라우터가 업데이트 될 경우 마다 전체 라우팅 테이블을 보내라고 요청하지만, 수신된 경로 비용 정보는 이웃 라우터에게만 보내짐

 

링크 상태 알고리즘
링크 상태 정보를 모든 라우터에 전달하여 최단 경로 트리를 구성하는 라우팅 프로토콜 알고리즘
다익스트라 알고리즘을 사용
네트워크를 일관성 있게 파악할 수 있으나 거리 벡터 알고리즘에 비하여 계산이 더 복잡하고 트래픽을 광범위한 범위까지 전달

 

라우팅 프로토콜 종류

특징	설명
RIP	최초의 라우팅 프로토콜. 거리벡터 알고리즘 활용 30초 주기로 전체 라우팅 정보 갱신. 변화 업데이트 시 많은 시간 소요 라우팅 루프 발생 가능
IGRP	RIP 문제점을 개선을 위해 시스코에서 개발 네트워크 상태를 고려하여 라우팅(대역폭, 속도 등)
OSPF	링크 상태 알고리즘 발생한 변경 정보에 대하여 RIP 보다 빠른 업데이트 토폴로지에 대한 정보가 전체 라우터에 동일하게 유지
BGP	규모가 큰 네트워크의 상호 연결 대형 사업자 간의 상호 라우팅