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쉽게 배우는 네트워크 / 성균관대학교 안성진 교수

dobbby 2024. 1. 2. 14:51
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쉽게 배우는 네트워크 / 성균관대학교 안성진 교수

 

제1강 네트워크 구조와 종류
1. 네트워크 구성 요소
  1) 네트워크는 "장치"와 "링크"로 구성됨
  2) 좋은 네트워크 : 처리량 (throughput)이 많고, 지연 시간 (delay time) (경유, 응답, 왕복) 이 짧은 것
  3) 링크 연결 형태 : 일대일, 멀티포인트
2. 네트워크 구조
  1) 토폴로지 : 링크와 노드 배치가 어떻게 되어 있는가 (mesh, star, bus, ring)
3. 네트워크의 분류
  1) 크기, 소유권, 구조에 따라 분류
    - lan(local area network) 사무실, 건물 등 
    - man(metapolitan) 도시 정도
    - wan(wide) 전세계, 인터넷
 
제2강 네트워크 모델과 표준 프로토콜
1. 계층화의 개념 
  사람간의 통신과 컴퓨터간의 통신 비교 계층화된
  OSI 7 Layer (open systems interconnection)
 
2. 네트워크 모델 
  1) 물리 계층 : 전자 파장을 전달하는 공간 자체
  2) 데이터계층 : 에러 제어, 흐름 제어, 접근 제어 프레임 단위
  3) 네트워크 계층 : 라우팅 (송신지에서 수신지의 여러개의 경로 중 하나를 선택) 패킷을 최종 목적지로 전달
  4) 수송 계층 : 프로세스간의 데이터 송수신, 최종 목적지까지 전달
    네트워크 계층은 라우팅까지 책임, 그 안의 프로그램은 수송계층이 처리
  5) 응용 계층 : FTP, Telnet, HTTP 등 다양한 서비스
3. 표준 프로토콜
 
 
제3강 스위칭의 방법과 종류
1. 스위칭의 필요성
  여러 장치들이 독자적인 링크를 서로 연결하는 것보다 스위치를 이용한 연결이 효율적이다
 
2. 스위칭 방식
  1) 회선교환 : 전화망 (PSTN Public Switched Telephone Network), 자원이 연결되어 있는 동안 점유, 고정된 속도, 연결 설정하는데 시간 소요되고 지연 시간 없음
  2) 패킷교환 : 저장할 수 있는 크기로 잘라서 보낸다. (데이터그램 : 패킷단위로 잘라서 보냄-인터넷, 가상회선 : SVC연결설정이 미리 되어 있느냐 , PVC그때그때연결하느냐)
  3) 메시지 교환 : 저장하고 전달한다. 
 
제4강 다중 접속 프로토콜
1. 다중접속
매체 공유 환경에 따른 시스템의 접근 문제와 종류

 

2. 무작위 접근
ALOHA, CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA
3. 통제된 접근
예약, 폴링, 토큰 전달 방식
4. 채널화
FDMA, TDMA, CDMA

제5강 LAN에서 사용하는 매체
1. 전송매체의 종류
  1) 전송매체 : 송신자와 수신자 사이에서 신호(에너지)를 전달하는 물질
             네트워크에서도 전송자와 수신자 사이에 매체가 존재
             매체는 물리계층과 연결되어 있음
             디지털, 아날로그 신호를 매체에서 수용하여 전달
  2) 매체의 종류 : 유도체 (Guided Media), 비유도체 (Unguided Media)
  3) 유도매체의 종류 : 꼬임선, 동축케이블, 광섬위케이블

 

2. 유도매체
  1) 유도매체 : 신호를 한 장치에서 다른 장치로 유도하는 관 역할의 매체
            꼬임선, 동축 케이블, 광섬유 케이블
  2) TP케이블 : 두개의 도체가 절연체로 감싸고 꼬인 것
             LAN 케이블, 전화선 등에서 볼 수 있다
  3) 케이블이 pair 인 이유 : 신호는 두개의 선(한쌍)이 있어야 전달된다
  4) LAN의 구성 : 8가닥 (4pair)이 각 쌍별로 꼬여있다.
               잡음의 영향을 균등하게 받기 위해
  5) TP케이블의 종류: UTP (unshielded Twisted-Pair) 케이블: 각 꼬임 쌍을 덮지 않은 것
                     STP (shielded Twisted-Pair) 케이블 : 외부 잡음을 막기 위해 각 꼬임 쌍을 덮은 것
  6) UTP의 등급 : CAT3 (10Mbps), CAT5 (100Mbps)
               숫자가 높을수록 품질이 좋다
  7) UTP 케이블 : CAT5 (100Mbps) 지원, 가장 많이 쓰인다
  8) STP 케이블 : 안정적 통신의 서버 및 Gbps 를 사용할 때 쓰인다
  9) TP커넥터 : RJ45 가 가장 많이 사용됨
  10) 동축케이블 : TV와 비디오를 연결하는 케이블로 TP케이블보다 주파수 영역이 넓어 고속전송 가능
               신호의 감쇄가 심하므로 많이 사용되지 않는다
               구리선 (내외부 도체), 절연체 (도체 사이), 비닐피복 (외부) 으로 구성
  11) 동축케이블의 커넥터 : BNC T T자형 커넥터, 동축 케이블 연결
                          DB 15 커넥터, 랜카드에 연결된 커넥터
  12) 광케이블 : 빛 신호를 전달하는 케이블, 열이 없고 대역폭 넓어 고속 전송 가능, 매체 중 가장 고속으로 전송.
             해제 케이블, 유선 통신 등 많은 영역에서 사용
             빛 신호가 코어(core) 를 따라 클래딩 (cladding)에 반사되며 보내짐
             SC connector, ST connector, MT-RJ connector
3. 비유도매체
  1) 비유도 매체 : 물리적 도체 없이 신호를 전달하는 매체
                라디오파 : 3KHz ~ 1GHz, 다방향성
                마이크로파 : 1GHz ~ 300GHz, 단방향성 
제6강 유선 LAN Ethernet 

 

1. IEEE 표준 프로토콜
  1) 이더넷의 발명 : 미국 xerox 사 팔로알토 연구소의 로버트 멧칼프가 발명
  2) 이더넷 표준 제안 : Digital Equipment, Intel Xerox (DIX)가 제안, 미국 표준기구인 IEEE에서 표준으로 정함,  IEEE에 이어 ISO 에서 국제 표준 채택
  3) 이더넷의 부계층 : LLC (Logical link control), MAC (Media access control)
  4) MAC 계층 : 매체의 특성, 운용방식에 따라 여러 개의 프로토콜 존재 Ethernet, Token, ring, Token bus
  5) LLC 계층 : 매체의 특성 관계 없이 공통적으로 사용하는 부분
  6) LLC의 기능 : 흐름제어, 에러제어 등 각종 제어행위를 수행, LLC는 모든 LAN에서 공통의 계층
  7) IEEE : LAN의 유명한 표준 기관 (미국) 학술활동 뿐 아니라 LAN 의 표준을 만든다, 
LAN 표준별 위원회를 따로 둔다 (802 위원회), 802 위원회 산하에 세부 위원회 존재,
IEEE의 802.3 (Ethernet의 CSMA/CD 프로토콜 담당) IEEE의 802.2 (LLC 담당)
2. Ethernet
표준 이더넷 (10Mbps), Fast Ethernet (100Mbps), Gigabit Ethernet (1Gbps), Ten-Gigabit Ethernet (10GBps)
  1) 이더넷 프레임 포맷 : 7개의 필드로 구성. Preamble과 SFD (Start Frame Delimiter) 필드를 제외하는 경우도 있다 (5개 필드)
  2) Preamble, SFD 필드 제외 이유 : 데이터를 받기 위해 임의로 첨가하는 비트 (8바이트)
  3) SA 필드 : 송신자 주소 (56
  4) Length / type 필드 : 데이터 필드의 길이, 네트워크 계층 프로토콜 명시 (2바이트)
  5) CRC 필드 : 에러를 검출하는 기능 수행 (4바이트) 
  6) 주소 지정 : LAN 카드는 주소가 설정되어 출고된다. 6바이트 (48비트)로 이루어졌으며 보통 16진수로 표기. 각 시스템마다 하나씩 할당되어 있다
  MAC 주소 = Ethernet 주소 = 하드웨어 주소
  7) CSMA / CD 의 기본 동작 : 차례를 기다려 데이터를 보내고 충돌이 나면 즉시 전송 중지
  8) 1-persistent : 다른 데이터 전송을 기다렸다가 끊기면 즉시 보내줌, 유선 LAN에서 사용
  9) 이더넷의 형태 : 기본 10Mbps, 사용매체에 따라 여러 종류로 나뉜다
  10) 10Base5 : Thick Ethernet : 초창기에 만들어진 Ethernet의 형태. 10Mbps, 베이스밴드 신호방식, 한 동축 케이블 최대길이 (세그먼트) 500m
  11) 10Base2: Thin Ethernet : 10Mbps, 베이스밴드 신호방식, 한 동축케이블 최대길이 (세그먼트) 200m (실제 185m), BNC-T 커넥터 사용
  12) 10Base-T : Twisted-Pair Ethenet : 10Mbps, 베이스밴드 신호방식, Twisted Pair cable. 허브는 LAN에서 많이 사용되는 네트워크 장비
  13) 10Base-F : Fiber Ethernet : 시스템과 허브를 광케이블로 연결
3. Fast Ethernet
  1) 기존 이더넷과 호환, 프레임의 포맷과 크기, 주소지정, CSMA/CD 모두 동일, 스타형 토폴로지 (10BaseT, 허브)만을 사용함.
4. Gigabit Ethernet
  1) Gigabit Ethernet : ​Fast Ethernet 보다 10 배 빠르다 (1Gbps)이전 시스템과 호환, 주소와 프레임 형태, 최소/최대 프레임 크기 동일
  2) Ten-Gigabit Ethernet : Gigabit Ethernet 보다 10배 빠르다, 주소와 프레임 형태, 최소/최대 프레임 크기 동일
 

 

제7강 무선 LAN 
1. 무선 LAN 구조
  1) BSS (Basic Service Set) : 무선랜을 사용하는 기본 영역의 단위 
    - Infrastructure (AP 있음)
    - AD hoc (AP 없음)
    - 눈에 보이지 않지만 AP 를 중심으로 무선 접속 가능한 영역
  2) RJ45 포트 이용 접속 : UTP케이블을 RJ45 커넥터 사용해 유선 프로토콜 (CSMA/CD) 동작
  3) ESS (Extended Service Set) : 여러 BSS로 구성된 전체 서비스, 각자의 BSS가 해당 AP의 관리 하에 존재
2. MAC 부계층
  1) 무선랜 : MAC 계층이 2개로 나뉜다. 데이터링크 계층 (LLC, MAC), MAC(DCF, PCF)이 나뉘며, Wireless Lan 표준은 IEEE 802.11 이다
  2) MAC 부계층 : DCF (Distributed Coordination Function), PCF (Point Coordination Function)
  3) PCF : 반드시 AP 필요 (infrastructure 모드에서만 가능) 제어를 통해 경쟁 (contention)이 발생하지 않는다
  4) DCF : CSMA / CA 를 사용한다 
  5) 데이터링크 계층 : LLC, PCF MAC(옵션), DCF MAC, DCF 는 반드시 필요하며 PCF는 옵션이다
  6) 무선랜에서 CSMA/CD 사용 못하는 이유 : 숨겨진 단말기 문제로 충돌 인지 못함
    신호가 약해져서 다른 컴퓨터에서 발생한 충돌 감지 못할 수 있음 (무선랜에서는 충돌을 피해야 함)
  7) 숨겨진 단말기 문제의 의미 : CSMA를 쓴다고 해서 신호를 보장받지 못한다, 신호가 잡히지 않는다고 매체가 유휴하다고 확인할 수 없다, RTS (Request To Send), CTS (Clear To Send) 데이터를 보내기 전에 RTS를 보내고 CTS 로 확인해 충돌 회피
  8) CSMA / CA 동작 흐름도 : 데이터를 보내기 전 busy 상태면 기다림 -> busy가 끝나면 쉬었다가 RTS 전송 -> CTS 받은 뒤 데이터 전송 -> ACK 기다림
  9) 같은 속도라도 유선이 효율적
  10) PCF (Point Coordination Function) 시간에 민감한 전송일 경우 사용, 중앙 집중식으로 충돌이 발생하지 않도록 폴링방법 사용
3. Bluetooth
- 서로 다른 기기들이 무선으로 통신하기 위해 고안된 기술
- AP가 없는 ad hoc 네트워크
  1) Piconet : 블루투스 장비들끼리 연결된 네트워크
  2) IEEE 802.15 표준 : WPAN(Wireless Personal-area Network) 정의
  3) Bluethoot : LAN 보다 작은 커버리지를 갖는 네트워크를 구성할 때 유용
  4) SCO (Synchronous Connection-Oriented) 지연이 에러보다 중요한 경우(음성) 휴대전화 및 이어폰을 사용하는 경우에 해당
  5) ACL (Asynchronous Connectionless Link) 데이터 에러가 발생하지 않아야 할 경우 키보드를 사용할 경우 해당
제8강 네트워크 연결 장치
1. 네트워크 연결 장치
어떤 계층에서 연결하는가에 따라서 4가지 종류가 존재하며 그에 따라 장치들이 하는 역할과 기능, 의미가 완전히 달라진다.
네트워크 설계 또는 분석할 떄 가장 중요한 역할을 한다
1.1 리피터
물리계층에서 네트워크를 연결해주는 장치로 재생 중계기라고도 불린다
1.2 리피터 특징
  1) 리피터는 서로 다른 프로토콜을 사용하는 LAN을 연결하지는 못한다
  2) 리피터는 미약해진 신호를 받아서 원래의 비트 형태로 재생산 해준다
  3) amplifier 라고 불리는 증폭기는 잡음 신호도 같이 증폭 시킬 수 있지만 리피터는 들어온 신호만큼만 깨끗하게 내보낸다
  4) 리피터는 애매한 신호의 경우 원래의 신호를 구분하지 못한다. 즉, 에러를 검출해내는 기능이 없다. 
  - 허브는 실제로 리피터의 기능을 수행한다
  - 허브와 컴퓨터 사이의 케이블은 UTP 케이블을 사용하고 길이는 100M 정도 이다. 허브는 재생해 주는 기능도 가지고 있다.
1.3 브리지
브리지는 물리계층과 데이터 링그 계층에서 동작한다
1.4 브리지 특징 
  1) 브리지는 최근 L2스위치로 불리는 Hub 들이 있다.
  2) 브리지는 필터링(filtering) 기능을 갖고 있다.
  3) 브리지는 목적지 주소를 검사해서 프레임을 전달할 포트를 결정할 수 있다.
  4) 브리지는 포트와 주소를 서로 관련시킨 테이블을 갖고 있다.
  5) 브리지는 LAN을 분리시켜 준다.
  - 브리지 효과 : 대역폭 상승효과를 주고, 충돌 도메인을 분리시켜준다.
  - 대역폭 상승효과 : 브리지를 효율적으로 사용하면, 사용하지 않는 다른 쪽에 트랙을 넘기지 않으므로 대역폭을 상승 시키는 효과를 준다
  - 충돌 도메인 : 충돌이 나는것을 영역으로 집계되는 부분을 충돌 도메인이라 한다.
  - 충돌 도메인 분리 : 브리지를 쓰면 충돌 도메인이 작아져서 충돌 확률이 적어진다. 
  - 브리지는 장치가 따로 있고 L2 스위치는 Layer2 까지 지원하는 허브
1.5 라우팅
송신지에서 수신지에 이르는 여러 가지의 경로 중에서 어느 한 경로를 선택하는 과정
IP 주소를 기반으로 패킷을 전달하는 대표적인 3계층 장치이다. 
1.6 Gateway
사용하는 프로토콜, 스택이 다른 시스템이나 네트워크를 연결하는 장치
계층 구조에 따라 해석된 메시지를 다른 계층 구조로 전달한다
2. Backbone Network
여러 네트워크를 연결하는데 사용되는 네트워크를 의미한다.
허브를 사용하면 스타백본, Collapsed Backbone 이라고도 한다.
3. Virtual LAN
물리적인 연결과 무관하게 논리적인 구성에 따라서 LAN을 구성할 수 있는 형태를 의미한다.
제9강 이동전화와 위성 네트워크
1. 이동전화 
  - 셀, 기지국, MSC (Mobile Switching Center)로 구성된 이동전화 서비스 구조
  - 주파수 재사용과 핸드오프의 의미
  - 이동통신 서비스의 진화와 각 세대 (1세대, 2세대, 3세대, 4세대) 별 특징
2. 위성 네트워크
  - Van Allen 벨트와 궤도의 위치에 따른 분류 (GEO, MEO, LEO)
  - 각 궤도별 위성 네트워크의 특징
제10강 네트워크 프로토콜과 주소 지정
1. 네트워크 프로토콜
  1) 네트워크 프로토콜의 종류
    연결지향 프로토콜과 비연결형 프로토콜 
    - 네트워크 프로토콜의 핵심기능은 라우팅 (경로 설정 : 송신지에서 목적지까지 가는 여러가지 경로 중에 어느 하나를 선택하는 과정)
    - 데이터 전송 전에 연결설정을 먼저 하면 연결지향, 연결설정을 하지 않고 바로 보내면 비연결형 프로토콜이라 한다. 
  2) 연결지향 프로토콜의 3단계
    연결 설정-> 데이터 전송 -> 연결 해제
    연결 : connection setup, connection establishment, call setup
    연결해제: disconnect, connection clear, call clear
  3) 연결지향 프로토콜의 특징
    3.1) 연결이 되어 있지 않으면 데이터 전송이 불가능하다
    3.2) 연결을 설정할 때 라우팅 한다
    3.3) 한번 설정하면 다른 자원에 사용되지 못한다
    3.4) 지연시간이 최소화 된다.
    3.5) 패킷들이 순서대로 전달된다
  4) 비연결형 프로토콜의 특징
    4.1) 연결 설정과정이 없이 목적지 시스템이 연결되지 않아도 데이터 전송 가능
    4.2) 각 패킷들이 관련성없이 독립적으로 처리되며, 지연시간이 불규칙할 수 있다.
    4.3) 각 패킷마다 경유하는 경로가 다르기 때문에 데이터 그램들이 목적지에 순서대로 도착하지 않을 수 있다.
    - IP는 비연결형 프로토콜을 사용하지만 TCP가 순서대로 데이터를 정리
2. IP 주소
  1) IP 주소
    1.1) 네트워크에서 연결된 시스템을 식별하기 위해 네트워크가 주소가 필요한데 바로 그 주소가 IP 주소다
    1.2) 인터넷에 연결된 장치를 유일하게 식별하기 위해 존재
  
  2) IP주소의 역할
    2.1) IP주소가 없으면 패킷을 보낼 수 없다, 인터넷에서 IP주소는 중복될 수 없다.
      - 현재 인터넷에서 사용하는 IP주소는 32비트, 4바이트로 이루어져 있다.
    2.2) 한국인터넷진흥원
      - 국내 IP주소를 할당하는 기관
    2.3) IP주소는 시스템의 연결 당 하나씩 할당되는 연결 주소(connection address)다.
    2.4) 점찍은 10진 표기법 DDN (Dotted-Decimal Notation)
    2.5) IP주소는 A, B, C, D, E 5개 클래스로 나누어져 있다.
    2.6) 계층을 갖는 주소 표기 
      클래스에 따라서 네트워크 부분과 호스트 부분을 구분
    2.7) 계층을 갖는 주소 표기 특징
      클래스 A는 규모가 큰 네트워크, 클래스 C는 규모가 작은 네트워크 구분을 하고 있으며 첫번째 바이트로 클래스가 구분 가능하다 
    2.8) 클래스 구분 주소
    클래스 A, B, C는 일대일 통신 (Unicast) 로 사용하고 클래스 D는 멀티캐스트 통신을 사용한다.
    * 일대 그룹간의 통신에 사용하는 것을 멀티캐스트
    클래스D는 멀티캐스트 클래스 E는 예비용
    2.9) Netid 와 Hostid 
    클래스 A는 1바이트의 Netid와 3바이트의 Hostid를 갖는다
    클래스 C는 3바이트의 Netid와 1바이트의 Hostid를 갖는다​
    * IP 주소는 별네트워크 부분과 호스트 부분으로 나누어져 있다.
    2.10) 할당되지 않는 IP주소
      - 네트워크 ID는 존재하지만 호스트 ID 는 전부 '1'인 경우
      - 네트워크 ID와 호스트 ID가 전부 '1'인 경우 즉 브로드 캐스트 (데이터를 동시에 모든 방향으로 전송하는 것 ) 인 경우
      - 호스트 ID가 전부 '0' 인 경우
      - 네트워크가 127 로 시작하는 경우

 

제11강 서브넷,슈퍼넷,가변길이 주소지정
1. 서브넷 주소설정 (subnetting)
  1) 서브넷 주소설정
    1.1) IP주소는 netid와 hostid로 구분된 주소 구조를 가지고 있다.
    1.2) 기관의 외부에서는 netid만 식별하여 라우팅을 수행한다.
    1.3) 기관 내부는 사실 여러 개의 서브 네트워크로 구성되어 있다.
  2) 서브넷팅 (subnetting)
    1.1) hostid 아이디 부분은 컴퓨터에게 할당하는 주소인데, 일부분을 가져다가 서브넷 아이디로 사용하는 개념
    1.2) hostid의 일부를 사용하여 네트워크를 서브넷(subnet)으로 구분하고 각 서브넷에 서브넷 식별자를 할당하는 방법을 의미
  3) 서브넷팅 특징
    3.1) 41.14.1.0 과 같은 B클래스 주소를 모든 시스템에 할당할 수 있다.
    3.2) 실제 기업의 네트워크가 하나의 LAN으로 구성된 것이 아니다.
    3.3) hostid 일부를 subnet id로 사용할 수 있다.
    3.4) 서브넷팅은 서브넷이 많으면 비트수가 많이 필요하고 적으면 적게 필요하다.
  4) 마스크
    4.1) 네트워크에서 어디까지가 서브넷 아이디이고 컴퓨터에 할당된 아이디인가를 구분하는 방법​
    4.2) 서브넷팅을 사용하는 경우, hostid의 일부분을 사용하기 때문에 몇 비트를 subnet id로 사용하고 있는지 확인하는 방법
    4.3) 기본마스크 : 기존의 클래스 구분에서는 첫번째 바이트와 netid와 hostid가 구분이 가능하다. 이 때의 마스크를 기본 마스크 (default mask) 라 한다.
    4.4) 마스크표기법 : DDN, 사선표기나 CIDR (Classless Interdomain Routing) 표기를 사용하기도 한다.
        111111 000000 000000 000000 255.0.0.0      /8
        111111 111111 000000 000000 255.255.0.0   /16
        111111 111111 111111 000000 255.255.255.0 /24
2. 슈퍼넷 주소 설정 (Supernetting)
  1) 슈퍼넷 주소설정
    1.1) A나 B클래스 주소가 고갈되어짐에 따라 새로운 주소 할당이 C클래스로 이루어짐
    1.2) 하나의 네트워크에 하나의 주소가 할당되던 원칙이 사라지고 다수의 C클래스 주소를 하나의 기업에 할당하게 되어 있음
    1.3) 여러개의 C클래스 주소를 묶어서 하나의 대표 주소로 표기하게 해주는 것이 슈퍼넷팅이다
  2) 슈퍼넷 주소설정을 위한 원칙
    2.1) 할당하는 C클래스 주소의 수가 2의 멱승이어야 한다.
    2.2) 할당하는 블록이 연속적이어야 한다.
    2.3) 대표주소의 3번째 바이트는 할당하는 블록의 수로 나누어 떨어져야 한다.
    2.4) 슈퍼넷 마스크 : DDN이나 사선 표기로 하며 블록 시작인 첫 번째 주소와 슈퍼넷 마스크가 주어져야 한다. 
    4개의 C클래스 주소인 
3. 가변길이 주소지정 (Classless addressing)
  1) 클래스를 구분한 IP주소의 문제점
    - 할당받는 IP 주소는 항상 클래스를 기반으로 하고 있어 정확한 양의 IP주소를 받을 수 없고 16개의 주소만 할당 받는 등의 방법은 존재하지 않음
  2) 가변길이 주소 지정
    - 원하는 수만큼 주소를 받을 수 있기 때문에 클래스 구분이 필요 없고 32비트 전제 주소 공간에 대해서 효율적으로 주소 할당이 가능하다
  3) 가변길이 주소 할당 원칙
    3.1) 할당하는 주소의 수는 2의 멱승이어야 한다
    3.2) 시작주소는 할당하는 주소의 수로 나누어떨어져야 한다
  4) 마스크 네트워크 주소 설정 예시
    어떤 주소가 오던 마스크가 주어지면 네트워크를 구할 수 있다.

 
제12강 인터넷 프로토콜 IP
1. IP 패킷의 형태
  1) IP 프로토콜의 특징
    1.1) 비신뢰성, 비연결형 데이터 그램 프로토콜이다.
    1.2) best-effort 전달 서비스를 제공하는데, 최선을 다해 패킷을 보내지만 못갈 수도 있다
    1.3) 에러 검출과 회복시키는 에러제어 기능과 송신자가 보낸 데이터를 알맞게 보낼 수 있도록 제어하는 흐름제어 기능이 없다
    1.4) 패킷은 에러 검출만 하고 만일 발견되면 폐기한다. 신뢰성이 중요한 전송에서는 TCP 를 함께 사용해야 한다.
      * IP + TCP = 신뢰성 있는 전송
      * IP에서 패킷을 데이터그램 이라고도 한다.
      * 헤더의 크기는 20~60바이트 가변이다
  2) 버전
    - IP 프로토콜의 버전을 나타내는 것으로 4 혹은 6이 될 수 있다
  3) 헤더의 크기
    - 헤더의 크기를 나타내는 것으로 4바이트 단위로 나타낸 크기이며, 헤더의 크기는 가변적이다
  4) 서비스
    - IP 패킷이 가져야 하는 서비스 형태를 의미. 응용서비스들의 요구의 형태를 반영하는 것이 서비스라는 필드를 가지고 있는 기능이다
    - 지연시간, 신뢰성, 처리량 등의 특성을 반영한다
  5) 전체 길이 
    - IP 데이터그램을 바이트 단위로 나타낸 것
    * 전체 길이의 필드 크기가 16비트를 이루어져 있기 때문에 0~65535 까지 가능하다
  6) 생존 시간 (TTL, Time To Live)
    - IP 데이터 그램이 지나가는 최대 홉(Hop) 의 수
    - 각 라우터는 데이터 그램이 지나갈 때마다 1씩 감소시킨다
    - 이 값이 0이 되면 라우터는 데이터 그램을 폐기 한다
  7) 프로토콜
    - IP 계층 위에서 존재하는 상위 프로토콜이 무엇인지를 나타낸다
    - IP가 해당 데이터를 맞게 보낼 수 있게 정보를 제공하고 명시해주는 기능을 프로토콜 필드라 함
  8) 체크섬 
    - IP 패킷의 헤더에 대한 오류 검사를 위해 사용되며, 헤더가 에러나면 폐기시킨다.
  9) 계산 방법
    - 처음에 체크섬의 값을 0으로 한다
    - 전체 헤더를 16비트 단위로 구분하여 1의 보수 연산을 수행한다
    - 결과값을 보수로 만들어서 체크섬 필드에 저장한다
    * 체크섬 필드를 포함해서 더했을 때 0이 나오면 에러가 없다.
  10) 송신자 주소와 목적지 주소
    - 송신자와 수신자의 IP 주소를 의미한다
2. 단편화와 옵션
  1) 단편화
    - IP 패킷은 네트워크가 수용할 수 있는 크기로 분할되어야 하는데, 이를 단편화(fragmentation) 이라 한다.
    * IP 패킷을 잘라서 보내는 행위를 fragmentation 이라 한다. 
  2) MTU (Maximum transfer unit)
    - 최대로 보낼 수 있는 크기, 메시지 단위를 뜻하는 것 
  3) 플래그
    - 두번째 비트는 단편화 금지 (do not fragmentation) 를 의미한다.
    - 세번째 비트는 단편이 더있다 (more fragmentation) 는 것을 의미한다  
  4) 단편화 위치값
    - 전체 패킷에서 해당 단편이 차지하는 위치 값을 의미한다.
    - 위치 값은 첫번째 부터 시작하며 8바이트 단위로 표시한다.
    * 옵션은 최대 40바이트까지 가능하다    

 

 

제13강 주소 매핑과 에러보고
1. 주소 매핑
- 인터넷은 여러 네트워크가 서로 집합 되어 있는 형태를 말한다.
- IP 주소는 인터넷에 접속된 컴퓨터를 구분하기 위한 주소이다.
- 도메인 네임도 아이피 주소로 바뀌어서 아이피 패킷에 있는 송신자 주소, 목적지 주소를 채워서 간다.
  1) 주소 매핑
    인터넷은 여러 네트워크들의 집합으로 되어 있어서 각 네트워크 내부의 장치들을 구분하기 위한 주소가 사용되는데 이것을 주소 매핑이라고 한다
  2) 정적 매핑
    IP 주소와 MAC 주소를 연결 시키는 테이블을 고정적으로 생성하는 방법으로 수작업으로 직접 입력할 수 있다
  3) 정적 매핑 문제점
    - 고정적으로 IP 주소에 대한 이더넷 주소 설정을 해놓으면 이더넷 주소가 바뀌는 걸 대응할 수 없다
    - 노트북과 같이 이동이 가능한 컴퓨너는 하나의 네트워크에서 다른 네트워크로 이동할 수 있다
  4) 동적 매핑
    컴퓨터가 매번 IP 주소와 MAC 주소의 관계를 ARP 프로토콜을 이용하여 구한다.
  5) ARP (Address Resolution Protocol)
    주소를 해결해주는 프로토콜, IP 주소에 대응하는 MAC 주소를 구하는 프로토콜이다 
  6) RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
    MAC 주소에 대응하는 IP 주소를 구하는 프로토콜로 현재는 DHCP 가 사용된다.
  7) 브로드 캐스트 (Broadcast)
    다 보내는 것, 랜에 있는 모든 컴퓨터에게 다 보내주는 것
  8) ARP 동작
    요청은 브로드 캐스트로, 그에 해당하는 이더넷 주소만 응답하는 것
  9) RARP -> BOOTP -> DHCP
  10) RARP
    자기 자신의 하드웨어 주소를 알지만 IP 주소를 모르는 경우, MAC 주소에 대한 IP 주소를 찾는 프로토콜 방식
  11) ARP 는 IP 주소는 아는데 이더넷 주소를 모르는 것,
      RARP 이더넷 주소는 아는데, IP 주소를 모르는 것
  12) BOOTP (The Bootstrap Protocol)
    RARP 를 확장하여 주소에 대한 해결뿐만 아니라 부팅 관련 정보 (부팅 이미지, 주소 사용시간결정 등) 도 전달할 수 있도록 설계 되었다.
  13) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
    BOOTP 와 같은 정적 할당 뿐 아니라 동적 할당이 모두 가능하도록 설계 되었으며, IP 주소 풀(pool) 에서 주소 할당이 가능하다  
2. 에러보고
  1) ICMP (Internet Control Message Protocol)
    ICMP 는 IP의 이러한 단점을 보완해 에러보고와 질의 응답 메시지 기능을 제공하는 프로토콜
    ICMP 는 에러를 정정하지는 않고 보고만 한다.
  2) 목적지 도달 불가
    라우터나 컴퓨터가 IP 패킷을 전달할 수 없을 때, 해당 패킷은 폐기되며 라우터나 컴퓨터는 목적지 도달 불가 메시지를 송신지로 보낸다. 
  3) 송신지 조절
    라우터나 컴퓨터는 혼잡이 발생하면 해당 패킷을 폐기하고 송신지로 송신지 조절 메시지를 보낸다
  4) 시간 초과
    라우터는 TTL 필드의 값이 0 인 패킷은 폐기 시킨다. 이 때 송신지로 시간 초과 메시지가 발생한다
    목적지 컴퓨터에서 단편화된 메세지가 모두 도착하지 못해서 완전한 하나의 패킷을 조합할 수 없을 때 시간 초과 메시지가 발생한다.
  5) 파라미터 문제
    라우터나 목적지 컴퓨터가 IP 패킷 헤더의 정보 중에서 처리할 수 없는 부분을 발견하면 이 메시지 발생한다
  6) 경로 재설정
    컴퓨터에서 잘못된 라우터로 패킷을 전달하는 경우 라우터는 올바른 라우터로 전달되도록 라우팅 테이블을 변경할 것을 요구할 수 있다
  7) 에코 요청 및 응답
    에코 요청을 보내면 받은 시스템은 이에 대한 응답 메시지를 보내야 한다
  8) 타임 스탬프 요청 및 응답
    응답 시간을 구하는데 사용할 수 있다
  9) 주소 마스크 요청 및 응답 
    주소 마스크 정보를 요청하면 응답해야 한다
  10) 라우터 요청 및 응답
    컴퓨터는 라우팅 정보를 보내 줄 라우터를 찾기 위해 라우터 요청 메시지를 보낸다
 
제14강 패킷의 전달과 라우팅
1. 패킷의 처리
  1) 라우팅
    - 인터넷은 여러 네트워크의 연결로 구성되어 있어서 송신지에서 목적지까지 가는 경로가 여러가지 있을 수 있다
    - 네트워크 계층의 핵심적인 기능은 라우팅
    - 송신지에서 수신지에 이르는 경로 중 어느 하나를 선택하는 과정을 라우팅 (경로 설정) 이라 한다
  2) 패킷의 처리
    - 송신자의 네트워크 계층은 패킷을 생성한다  
    - 어디로 가야할지 설정할 수 있도록 표 형태로 구성되어 있는 것이 라우팅 테이블이다
    - 패킷이 너무 크다면 단편화가 발생한다, IP 패킷의 헤더들을 검사한다
    - 단편화된 패킷을 받는다면, 단편들을 모아서 하나의 온전한 패킷을 조립한다
  3) 라우팅 테이블
    - 목적지 아이피 주소에 대한 최적의 경로를 지정해주는 기능인 테이블을 참조해서 해당 패킷을 보내게 되어 있다 
    - 최종 목적지로 보내기 위해 송신지나 스위치나 라우터와 같은 중간 장치들도 라우팅 테이블을 참조해서 패킷을 보낸다. 
    - 라우팅 테이블이 잘못만들어지면 최종 목적지로 갈 수 없다, 잘 만들어지면 효율적으로 패킷 전송 가능
  4) 라우팅 프로토콜
    - 라우팅 정보를 판단해서 라우팅 테이블을 만들어주는 것이 주요 임무
2. 패킷의 전달
  1) 직접 전달
    - 패킷의 최종 목적지와 전달자가 바로 인접한 경우로서 동일한 네트워크에 연결되어 있다
  2) 간접 전달
    - 패킷이 최종 목적지에 전달될 때까지 라우터에서 라우터로 전달되는 경우이다
  3) 이웃 노드 명시
    - 라우팅 테이블은 전체 경로 상의 라우터를 명시하지 않고 다음 라우터만을 명시 한다
  4) 네트워크 주소 명시
    - 동일한 네트워크에 연결된 컴퓨터들을 하나하나 모두 명시하는 것이 아니라 목적지 네트워크 주소만 명시한다
    - 192.168.10.0 으로 네트워크 주소만 라우팅 테이블에 등록한다
    - 테이블 사이즈가 줄면 검색도 빨라지고, 메모리도 줄어드는 효과를 얻을 수 있다
  5) 호스트 주소 명시
    - 특별한 목적이 있는 경우 라우팅 테이블에 목적지 컴퓨터 주소를 명시할 수 있다
  6) 디폴트 지정
    - 인터넷에 있는 모든 목적지를 지정할 수 없으므로 지정된 목적지 이외의 모든 지역을 지정하는 라우팅 엔트리를 디폴트 라고 한다 
3. 라우팅 테이블과 라우팅 프로토콜
  1) 정적 라우팅 (static routing)
    테이블을 직접 입력 한다
  2) 동적 라우팅 (dynamic routing)
    테이블은 RIP, OSPF, BFP  같은 동적 라우팅 프로토콜에 의해 주기적으로 갱신된다
    네트워크에 붙여 있는 마지막 컴퓨터들이 보통 static routing을 하는 경우가 많다
  3) 유니캐스트 라우팅 프로토콜
    일대일 통신을 말하는 것으로 보통 라우팅 프로토콜이라 한다
  4) 디지털 서명
    목적지가 하나이며 라우팅 정보를 교환하여 라우팅 테이블을 구축하는 형태이다 
  5) 멀티캐스트 라우팅 프로토콜
    송신지는 하나인데 받는 수신지는 여러개인 시스템을 말하며 목적지가 동일 그룹에 속한 여러 호스트가 될 수 있다 
    
제15강 라우팅 프로토콜
1. 라우팅 프로토콜과 자율시스템
  1) 라우팅 프로토콜 라우팅 테이블을 만드는 것이 주요 임무
  2) 라우팅은 라우팅 테이블을 보는 것이 핵심
  3) 내부 게이트웨이 프로토콜
    - AS (Autonomous System) 내부에서 사용되는 라우팅 프로토콜이다
    - IS-IS, OSPF, IGRP, EIGRP, RIP 등
  4) 외부 게이트웨이 프로토콜
    - AS 간에 사용되는 라우팅 프로토콜, IBGP
  5) 자율 시스템
    - 통신 장치들과 네트워크의 전체 집합체,
    - 하나의 기관 내부를 나타내는 것으로 네트워크와 라우터의 집합으로 구성됨.
    - 인터넷은 여러 기관의 네트워크로 구성되며, 각 기관은 AS로 볼 수 있음.
    - 라우팅 입장에서 보게 되면 인터넷은 여러 개의 AS 들이 서로 연결되어 있는 집합체
    - 라우팅 정보를 주고 받을 수 있는 영역
    - 각 AS는 하나 또는 여러 개의 라우팅 프로토콜을 사용할 수 있다
    - AS 간에는 하나의 라우팅 프로토콜만 사용해야 한다.
2. 거리 벡터 라우팅
  - 두 노드 사이의 최소 비용 경로의 최소 거리를 갖는 경로이며, 경로를 계산하기 위해 Bellman-Ford 알고리즘 사용
  - BRIPv1/v2, IGRP 가 있으며, BGP 도 거리 벡터 라우팅과 개념상 유사
  1) 알고리즘의 동작
    - 각 라우터는 주기적으로 자신이 보유한 전에 인터넷에 대한 정보를 이웃라우터와 공유 한다
    - 새로운 라우팅 테이블을 만들 수 있다.
  2) RIP
    - 거리 벡터 라우팅 방법을 사용하며, 라우팅 테이블에서 목적지는 일반적으로 네트워크가 된다. 
    - 사용되는 매트릭은 홉수로 한다. 도달 불가능한 경우 메트릭의 값을 16으로 한다. 이웃 노드는 라우터의 주소가 된다.
    - RIP 프로토콜을 사용하여 테이블을 만들 수 있으며, 거리 벡터 라우팅 방법을 사용
3. 링크 상태 라우팅
  - 모든 노드가 전체 네트워크에 대한 구성도를 만들어서 경로를 구한다
  - 각 노드는 다른 모든 노드로의 최단 경로를 구한다
  - 각 노드는 Djkstar's 최단 경로 알고리즘을 사용하여 라우팅 테이블을 구축한다.
  1) OSPF (Open Shortest Path First
    - 링크 상태 라우팅을 실제 사용하는 프로토콜
    - 네트워크 토폴로지는 각 노드의 부분 정보를 모아서 전체 네트워크의 구성도를 구할 수 있다
  2) link state routing 동작
    - 각 라우터는 이웃에 관한 정보를 전체 라우터와 공유한다
    - 변화가 발생하면 다시 정보를 공유한다
4. 경로 벡터 라우팅
  - BGP (Border Gateway Protocol)는 AS 간 라우팅 푸릍콜로 현재 사용되는 버전은 BGP4 이다

 

  

제16강 멀티캐스팅
1. 멀티캐스팅
  1) 유니캐스팅
    송신자가 한 사람이면서 받는 사람도 한 사람인 데이터 기술
  2) 멀티캐스팅
    하나의 송신자와 특정 그룹에 속한 다수 수신자와의 통신형태를 의미 (화상회의)
    송신자는 유니캐스트 주소를 사용하지만, 목적지는 그룹 주소인 D클래스 주소를 사용
  3) 다중 유니캐스팅
    그룹에 속한 대상이 10곳이면 10곳 모두 보내는 방식으로 멀티태스킹과 같은 효과
    목적지가 늘어날수록 처음 패킷과 마지막 패킷의 지연현상이 발생
    대역폭의 과대 소모

 

2. 멀티캐스트 그룹 관리
  1) 그룹관리 프로토콜
    그룹의 가입과 탈퇴를 관리
  2) 멀티캐스트 라우팅 프로토콜
    네트워크에서 패킷의 전달 관리           
  3) IGMP (Internet Group Management Protocol)
    멀티캐스트 그룹에 속한 시스템들의 가입과 탈퇴를 관리하기 위한 프로토콜
    멀티캐스팅 라우팅 프로토콜이 아니라 그룹에 대한 관리만을 담당
  4) 멀티캐스트 라우터
    해당 네트워크에 소속된 멀티캐스트 그룹에 대한 목록을 보유
    해당 멀티캐스트 IP를 사용하는 컴퓨터의 유무를 관리하여 패킷의 송신 여부를 결정
  5) 그룹 가입
    호스트는 그룹에 가입하기 위해 가입 요청 메시지를 멀티캐스트 라우터에 송신​
  6) 그룹 탈퇴
    호스트는 그룹에 가입하기 위해 탈퇴 요청 메시지를 멀티캐스트 라우터에 송신​​
    탈퇴 요청을 받은 멀티캐스트 라우터는 즉시 삭제하지 않음
    해당 네트워크의 다른 호스트가 아직 그룹에 가입해 있는지 확인
  7) 특별 질의 메시지
    멀티캐스트 라우터가 네트워크 내에 그룹 가입자를 확인하기 위해 보냄
3. 멀티캐스팅 라우팅
  1) 멀티캐스트 패킷은 트리를 구성하여 전달
    송신자 기반 트리, 그룹 공유 트리
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