네트워크

1. 2 네트워크

2. 학습목표 • 네트워크 토폴로지를 이해하고, 그 종류를 알아본다. • LAN을 정의하고, 다양한 LAN 방식을 알아본다. • 네트워크 통신을 가능케 하는 교환망에 대해 알아본다. • 목차 • 네트워크 • 통신망의 종류 • 프로토콜 • 교환 기술

3. 01_네트워크 • 주변에 존재하는 네트워크? • 인적 네트워크, 소셜 네트워크, 컴퓨터 네트워크, 센서 네트워크, 글로벌 네트워크, …  “서로 간에정보를 교환할 수 있음” • 네트워크(network, 망) • 상호 간에 정보를 교환할 수 있도록 유·무선을 통하여 연결한 형태 • 본 과목에서는 데이터를 교환하는 목적을 가진 “컴퓨터 네트워크”를 다룸

4. 01_네트워크 - 토폴로지 • 토폴로지(topology) • 사전적 의미: 물리적인 배치 형태 • 네트워크를 구성할 때 컴퓨터와 통신 장비 등을 케이블과 연결하는 방식에 관한 내용 • 토폴로지 종류 • 성형 토폴로지 (star topology) • 망형 토폴로지 (mesh topology) • 버스형 토폴로지 (bus topology) • 링형 토폴로지 (ring topology) • 트리형 토폴로지 (tree topology)

5. 01_네트워크 - 토폴로지 • 성형(star) • 중앙에 있는 주 컴퓨터에 여러 대의 컴퓨터가 별 모양(성형)으로 연결된 형태 • 각 컴퓨터는 주 컴퓨터를 통하여 다른 컴퓨터와 통신을 할 수 있는 형태 • 장점: 장애 발견이 쉽고, DB 관리가 용이함 • 단점: 주 컴퓨터 장에 발생 시, 네트워킹이 불가능함

6. 01_네트워크 - 토폴로지 • 망형(mesh) • 모든 노드가 서로 일대일로 연결된 그물망 형태로 다수의 노드 쌍이 동시에 통신 가능 • 장점: 특정 노드의 장애가 다른 노드에 영향을 주지 않으며, 회선 장애로 인한 통신 중단이 적음 • 단점: 회석 구축 비용이 많이 들며, 새로운 노드 추가 시 비용 부담이 발생함

7. 01_네트워크 - 토폴로지 • 버스형(bus) • 버스라는 공통 배선에 각 노드가 연결된 형태로, 특정 노드의 신호가 케이블 전체에 전달됨 • 장점: 노드의 추가 및 삭제가 용이하고, 특정 노드의 장애가 다른 노드에 영향을 주지 않음 • 단점: 노드 수가 증가하면 트랙픽이 증가하여 네트워크 성능이 저하됨

8. 01_네트워크 - 토폴로지 • 링형(ring) • 각 노드가 좌우의 인접한 노드와 연결되어 원형을 이루고 있는 형태 • 토큰링이나FD야등에 사용됨: 토큰을 가진 노드가 송신 권한을 가짐 • 장점: 한 방향 통신으로, 신호 증폭이 가능하여 거리 제약이 적음 • 단점: 노드의 추가, 삭제가 용이하지 않음

9. 01_네트워크 - 토폴로지 • 트리형(Tree) • 버스형과 성형 토폴로지의 확장 형태 • 백본(backbone)과 같은 공통 배선에 적절한 분기 장치(허브, 스위치)를 사용하여 링크를 덧붙여 나갈 수 있는 구조 • 장점: 성형에 비해 더 많은 노드를 연결할 수 있음 • 단점: 전송 거리가 다소 증가할 수 있음

10. 01_네트워크 - 토폴로지 • 토폴로지장•단점 비교

11. 01_네트워크 – 네트워크장비 • 랜카드 • 컴퓨터와 네트워크 간의 인터페이스 역할 • NIC (network interface card), 이더넷카드 (Ethernet card) 등이라고 불림 • 최근에는 독립적인 카드보다는 마더보드에 내장된 형태로 제공됨

12. 01_네트워크 – 네트워크 장비 • 허브(hub) • 하나의 네트워크 케이블을 트리 구조로 연결하여 여러 대의 단말기와 연결하는 용도로 사용 • 더미 허브: 하나의 케이블을 트리 형태로 단순화 • 인텔리전트 허브: SNMP(simple network management protocol)를 사용하여 트래픽 관리 ( 스위칭 허브로 발전) • 스위칭 허브: Mac 주소혹은 IP 주소를 사용하여 해당 노드에만트래픽을 전달

13. 01_네트워크 – 네트워크 장비 • 스위치(switch), 스위칭 허브 • 연결된 모든 노드가 동시에 데이터 전송 가능하게 해 줌 • 예: 100Mbps 허브에 10대 컴퓨터인 경우 • 더미 허브라면 평균 10Mbps (= 100/10) • 스위칭 허브라면 각 컴퓨터가 최대 100Mbps • 스위칭 허브종류 • OSI 7 Layer에 따라 L2, L3, L4, L7 스위치로 구분

14. 01_네트워크 – 네트워크 장비 • 스위칭 허브종류 • L2 스위치:브로드캐스트 메시지의 해당 맥 주소를 읽어서 해당 노드에만 전달하는 역할 • L3 스위치: 네트워크 레이어(network layer)의 통신 처리를 담당하는 스위치로 네트워크를 구분할 수 있는 IP 주소를 읽어서 처리하는 라우팅 기능을 수행 가능 • L4 스위치: 트랜스포트 레이어(transport layer)의 통신 처리를 담당하는 스위치로서, TCP 통신별로 제어 가능. 웹 서버로 들어오는 요청의 로드 밸런싱(load ballancing) 기능 • L7 스위치: 어플리케이션(이메일, FTP, HTTP 등)에 따른 세밀한 제어가 가능

15. 01_네트워크 – 네트워크 장비 • 라우터(router) • 전달될 패킷의 주소를 읽어 가장 적절한 경로를 지정하여 보내 주는 역할 • 서로 다른 구조의 망을 연결하거나, 서브넷으로 분리된 부분 망 내에서 주고 받는 데이터를 부분 망 내에서만 움직이도록 제어

16. 01_네트워크 – 네트워크 장비 • 게이트웨이(Gateway) • 서로 다른 네트워크(동종, 이종)를 연결해 주는 장치 (라우터도게이트웨이 중 하나임)

17. 02_통신망의 종류 • 데이터 통신망: 데이터를 주고 받을 때 사용하는 전용망 • 데이터 통신망의 거리에 따른 분류 • LAN: local area network, 근거리 통신망 • MAN: metropolitan area network, 도시권 통신망 • WAN, wide area network, 원거리 통신망

18. 02_통신망의 종류 - LAN • LAN(local area network, 근거리 통신망) • 집, 사무실, 학교 등 10km 이내의 소규모 지역에서 10∼100Mbps 정도의 속도를 제공하면서 단말 장치 간의 통신이 가능하도록 구성된 망 • 동축 케이블  STP 케이블  UTP 케이블  무선 • 이더넷(Ethernet) • CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식 이용 • CSMA/CD는 각 시스템의 전송로가 비어 있을 때 데이터를 전송할 수 있음 • 스위칭 허브를 이용하여 충돌을 줄일 수 있음

19. 02_통신망의 종류 - LAN • CSMA/CD 통신 절차 순서 ➊ 전송할 데이터에 컴퓨터 C의 IP 주소를 붙여서 데이터링크 계층으로 전달한다. ➋ 수신자의 IP 주소에 해당하는 맥 주소를 ARP 캐시에서 확인하여 맥 주소를 붙여서 전송한다. (랜카드는 자신의 맥 주소를 인식하여 처리한다.) ➌ IP 주소에 해당되는 맥 주소 정보가 ARP 캐시에 없는 경우 해당 IP주소의 맥 주소를 묻는 브로드캐스트(Broadcast) 메시지를 전송하여 확인한다. ➍ 각 컴퓨터는 맥 주소를 비교하여 자신의 주소가 아니면 무시하고 자신의 주소와 일치하면 데이터를 접수한다.

20. 02_통신망의 종류 – LAN • 맥 주소(Mac Address) [Mac  Media Access Control] • 랜카드에할당된 48비트의 물리적 주소를 맥 주소라 함 • 총 48비트 중 앞의 24비트는 랜카드 제조 회사의 고유 값이고, 뒤의 24비트는 제품의 일련 번호와 같이 부여되므로 전 세계에서 유일한 주소를 가짐 • 명령 프롬프트 창에서‘ipconfig /all’을 입력하면 자신의 컴퓨터에서 사용 중인 랜카드의 맥 주소 확인 가능

21. 02_통신망의 종류 – LAN • ARP 캐시(Address Resolution Protocol Cache) • IP 주소를 맥 주소로 변환시키는 프로토콜을 ARP라고 함 • 각 컴퓨터가 가진 IP 주소와 맥 주소 정보의 매핑 테이블을 ARP 캐시라고 함 • 명령 프롬프트 창에서‘arp -a’를 입력하면 ARP 캐시에 있는 자신의 IP 주소와 맥 주소 매핑 테이블을 확인 가능

22. 02_통신망의 종류 – LAN • 유니캐스트(unicast) 메시지 • 데이터를 받을 컴퓨터를 지정하여 보내는 메시지 • 전송되는 유니캐스트 메시지에는 수신자의 주소가 있으므로 자신의 것이 아니면 버리고 자신 의 메시지인 경우에만 CPU로 보내서 처리 • 브로드캐스트(broadcast) 메시지 • 네트워크의 모든 컴퓨터에 보내는 메시지 • 소속된 네트워크 안에 있는 모든 컴퓨터의 CPU에 전달되는 메시지이므로브로드캐스트 메시지가 자주 발생하면 시스템의 속도가 느려짐

23. 02_통신망의 종류 • 토큰링(token ring) • 각 시스템을 원 형태로 연결하여 항상 한 방향으로만 데이터를 전송하는 형태 • 토큰을 가진 시스템만 데이터 전송 가능 • 토큰을 가진 시스템은 데이터를 전송한다. (2) 데이터를 받은 시스템은 수신자가 자신이아니라면 데이터를 다음으로 전달하고,자신이라면 데이터를 복사한다. (3) 송신자는 자신의 데이터를 흡수하고, 토큰을 다음 시스템에 전달한다.

24. 02_통신망의 종류 • 고속 LAN • (LAN의 초기 속도인 10Mbps 보다 빠른 LAN으로) 100Mbps, 1Gbps 속도를 제공함 • 고속 LAN의 대표적인 예: 이더넷을발전시킨 패스트이더넷(fast ethernet),기가비트 이더넷(gigabit ethernet) • LAN의고속화를 위해, 자연스럽게 고속교환기(스위칭 허브등)를 사용함 • FDDI: Fiber Distribute Data Interface  ring topology, 100Mbps 제공

25. 02_통신망의 종류 – 무선 LAN • RF(radio frequency)나 적외선 기술을 사용하므로 연결 케이블이 필요 없고 저렴한 비용으로 구축 가능한 네트워킹 기술  현재는주로 RF를 사용함 • 무선 LAN 표준

26. 02_통신망의 종류 – 무선 LAN • 무선 LAN의 장점 • 편의성: 가정이나 사무실에서 무선 네트워크 장비만 갖추면 편리하게 사용 가능 • 휴대성: AP의 커버 지역 내에서는 이동하면서 휴대용 기기를 이용하여 네트워킹이 가능 • 확장성: 새로운 노드(컴퓨터)를 추가할 때 별도로 네트워크 케이블을 배치할 필요 없음 • 경제성: 복잡한 케이블링이 필요 없이 노드 추가·삭제·이동이 가능하므로 비용이 적게 듦

27. 02_통신망의 종류 • 가상 LAN • 트래픽 감소 방안으로 브로드캐스트 영역을 논리적으로 나누어 소규모의 가상 LAN으로 구분 • 스위치에 연결된 시스템들을 논리적으로 구분하여 VLAN을 구성(일반적으로, IP 주소 영역으로 구분)

28. 02_통신망의 종류 • WAN • LAN과 LAN을 연결하는 거대 망을 WAN(Wide Area Network) • 원거리를 연결하는 네트워크로 지방과 지방, 국가와 국가를 연결

29. 02_통신망의 종류 • VPN (virtual private network) • 공용망(public network)인 인터넷을 이용하여 본사와 지사 등을 연결해 가상의 사설망 형태로 구축한 네트워크  공용망을사설망으로 • VPN을 이용하면 기업에서는 네트워크 관리자를 따로 둘 필요가 없고 전용선을 사용하지 않으므로 비용을 크게 줄일 수 있음 • 공용망을 이용하므로 새롭게 지사를 추가하기 쉽고 사원이 이동하면서도 간단하게 접속이 가능하다는 장점이 있음

30. 03_프로토콜 • 프로토콜(protocol) • 쌍방 간에 정보를 교환하기 위해서 미리 정해둔 규칙 • 정보통신 기기 간에 정확하고 효율적인 정보 전달을 위해 미리 정해둔 절차 및 규약 • 군대에서 불빛 교환의 예제 • 한 번 깜박: 이상 없음 • 두 번 깜박: 정상 수신했음 • 세 번 깜박: 경계 철저 • 프로토콜에는 데이터의 정확한 전송을 위해, 오류정정, 동기화 기능, 흐름 제어, 주소 체계, 정보의 양 조절 등의 약속이 담겨짐 • 주요 (인터넷) 프로토콜 • OSI(open systems interconnection)  표준프로토콜 모델 • TCP/IP (transmission control protocol / Internet protocol)  실제 사용되는 인터넷 프로토콜

31. 03_프로토콜 – OSI 7 Layer • OSI 7 계층 (OSI 7 Layer) • ITU-T에서 표준으로 채택한 개방형 통신 프로토콜 (모든 통신 시스템에 부합) • 통신 기능을 7개의 계층으로 구분하고,각 계층마다 다른 계층과는 무관하게 독립적인 기능을 지원하도록 구성한 네트워크 모델 • 7 Layer? • 응용 계층 (application layer) • 표현 계층 (presentation layer) • 세션 계층 (session layer) • 트랜스포트 계층 (transport layer) • 네트워크 계층 (network layer) • 데이터 링크 계층 (data link layer) • 물리 계층 (physical layer)

32. 03_프로토콜 – OSI 7 Layer

33. 03_프로토콜 – OSI 7 Layer (자세한 설명은 참조만 함) (7) 응용 계층 (application layer) • 메일 전송(SMTP), 파일 전송(FTP), 원격 로그인(TELNET), 웹(HTTP) 등의 응용 서비스를 제공 • 통신상대, 서비스 품질, 사용자 인증 등을 고려함 (6) 표현 계층(Presentation layer) • 시스템마다 다른 데이터(예. 16비트, 24비트, 36비트, ASCII, BCDIC, Binary)의 표현 형식을 하나의 통일된 형식으로 변환하고, 내용 압축, 암호화 등의 기능 제공 • 즉,서로 다른 형식을 변환해 주거나 공통 형식을 제공 (5) 세션 계층(Session layer) • 응용 계층 간의 통신에 대한 제어 구조를 제공하기 위해 응용 프로그램 간의 연결을 확립, 유지 및 단절시키는 수단을 제공 • 이미 연결된 세션에서 데이터 교환과 에러 발생 시 복구를 관리하는 역할 담당 • 즉,응용 프로그램 간의 통신이 질서 있게 이루어지도록 조정하는 기능 담당

34. 03_프로토콜 – OSI 7 Layer (자세한 설명은 참조만 함) (4) 트랜스포트 계층 (transport layer) • 종단 간에 신뢰성이 있는 데이터 전송을 제공하기 위해 종단 간 오류 복구와 흐름 제어 • 다중화 기능을 담당하여 두 시스템 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장 • TCP/IP의 TCP가 이 계층에 해당함 (3) 네트워크 계층 (network layer) • 상위 계층에 연결하는 데 필요한 데이터 전송과 교환 기능을 제공하고 패킷이 수신자에게 전달되는 경로 제어와 유통 제어 수행 • TCP/IP의 IP가 이 계층에 해당함 (2) 데이터 링크 계층 (data Link layer) • 물리적인 링크를 통하여 신뢰성 있는 정보를 전송하는 기능 • 동기화, 오류 제어, 흐름 제어 기능 담당 (1) 물리 계층(Physical layer) • 실제로 데이터를 전송하기 위해 전송 매체를 통해서 비트 스트림을 전송하고, 실제 회선의 연결 확립, 유지 및 단절을 위한 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 특성 등을 정의

35. 03_프로토콜 – OSI 7 Layer • OSI 각 계층에서의 데이터 생성 과정

36. 03_프로토콜 – OSI 7 Layer • OSI 7 Layer 개념도 (1/3)

37. 03_프로토콜 – OSI 7 Layer • OSI 7 Layer 개념도 (2/3)

38. 03_프로토콜 – OSI 7 Layer • OSI 7 Layer 개념도 (3/3)

39. 04_교환 기술 • 회신 교환(circuit switching) 방식 • 호출자와 수신자 사이를 연결하기 위해 네트워크의 전기적인 경로나 회선을 연결(확립) • 일단 연결되면 회선은 독립적으로 계속 사용할 수 있음 • 데이터를 실시간 처리하거나 처리해야 할 데이터의 양이 많을 때, 긴 메시지를 전송할 때 적합 • 회선을 지속적으로 점유하고 있어 네트워크 효율이 떨어지는 단점이 있음

40. 04_교환 기술 • 패킷교환(packet switching) 방식 • 데이터를 작은 패킷 단위로 나누어서 목적지까지 전송하는 방식 • 해당 전송로에 출발지와 목적지가 다른 패킷을 동시에 전송할 수 있기 때문에 전송로를 여러 소스가 공유하여 사용할 수 있음