외워서끝내는네트워크기초

Network: 관계 Networking: 상호작용

user mode와 kernel mode

식별자

L2 -> MAC 주소
- NIC(Network Interface Card)를 식별하는 식별자
- 48bit이며 보통 16진수로 표기
L3 -> IP 주소
- Internet을 사용하는 host의 식별자
- IPv4에서는 32bit이며 10진수(8bit)씩 끊어 점으로 구분해 표기
L4 -> PORT 번호
- process
- 16bit 양의 정수

Host

End-point
- client, Server, Peer -> 이용주체
Switch
- Router, IPS, Tab -> 네트워크 자체를 이루는 요소

switching

Switch가 하는 일

Network - 도로망
Switch - 이정표
Matric
- IP 주소를 근거로 스위칭 -> L3 스위칭
- L3 스위치는 인터넷에서 라우터라고 부르고 라우터는 라우팅 테이블이라는 이정표를 가지고 있다.
- 실제로 route PRINT 명령을 쓰면 해당 컴퓨터 라우터의 매트릭, 각 루트별 비용 값을 볼 수 있다.

L2

NIC

NIC(Network Interface Card)

LAN(Local Area Network) card라고 부르기도 하는데 NIC라고 부르는게 좀 더 정확하다.
각 NIC 카드는 MAC 주소를 갖는다
WAN -> MAN -> LAN 순으로 규모가 작아진다.

Packet은 L3 수준에서의 단위 Frame은 L2 수준에서의 단위

L2 Access switch

End-point와 직접 연결되는 스위치로 MAC 주소를 근거로 스위칭
PC와 L2 Access와의 연결에서 연결이 올바르면 Link-up, 올바르지 않으면 Link-down이라 표현 switch와 router가 연결되어 있는 선은 uplink라고 부름

L2 Distribution switch

L2 Access 스위치를 위한 스위치로 VLAN(Virtual LAN) 기능을 제공하는 것이 일반적이다.
L2 Access 스위치가 각 방에 존재한다면 L2 Distribution switch는 한 층을 담당한다.

LAN과 WAN의 경계 그리고 Broadcast

Broadcast <=> Unicast
Broadcast는 효율과는 상관 없다. 다만 속도를 위해서는 Broadcast의 범위를 최소화해야한다.

NIC는 MAC address를 갖는데 이는 48비트 주소로 FF-FF-FF-FF-FF-FF의 16진수 주소다.

위의 예는 1111-1111-1111-1111-1111-1111의 2진수 주소로 변환될 수 있는데 송신자가 수신자를 다음과 같이 설정하면 모두가 메시지를 받으라는 뜻이고 Broadcast라고 불린다.

L3

IPv4 주소의 구조

IPv4는 32bit 주소체계를 사용 8bit * 4
192.168.0.10이라고 치면 앞의 세 개는 NetworkID, 뒤의 하나는 HostID로 구성되어 있다.

L3 Packet

Packt이라는 말은 L3 IP Packet
Header와 Payload로 나눠진다
최대 크기는 MTU다(Maximum Transmition Unit) default는 1500 byte.

Encapsulation, Decapsulation

packet은 encapsulation과 decapsulation을 통해 처리된다

패킷의 생성과 전달

패킷의 생성과 전달 순서

Data를 File에 write 한다. 이 파일의 일종인 socket에 send한다는 표현을 쓴다.
TCP 헤더가 붙으면 data가 segment가 된다.
IP 헤더가 붙으면 segment가 packet이 된다.
Ethernet 계층을 거치며 packet이 Frame이 된다.
L2 Access Switch를 거친다
routing gateway를 거쳐 인터넷 세계로 전달된다.

계층별 데이터 단위

stream은 데이터의 크기가 정해져있지 않은 데이터의 연속이지만 인터넷 상에서 대용량 데이터를 한번에 전송할 수는 없기 때문에 segment의 이름과 같이 데이터를 댕강댕강 자르게 되는데 그 최대 길이가 위에서 말했던 MTU(1500byte)가 된다.

IP 헤더 형식

IPv4 헤더 형식은 다음과 같다.

subnet mask와 CIDR

subnet mask를 기준으로 NetworkID와 HostID를 잘라낸다.

mask 연산: 주소에서 subnet mask를 기준으로 bit별로 AND 연산을 한다. 만약 AND 연산이 나의 IP와 같으면 유입 패킷으로 식별한다.

과거에는 IP 주소별로 A, B, C클래스로 나눠 구분했기 때문에 이런 방법을 썼었다. 지금은 쓰지 않는다.

이제는 CIDR 방식을 쓴다.

CIDR(classless Inter-Domain Routing)

CIDR은 IP 주소에서 어느 비트까지를 IP 주소라고 간주할지 선택하는 방법으로

192.168.0.10/24 다음과 같은 주소가 존재한다면 24비트까지를 IP주소로 본다.

Private Network(사설망)

하나의 pubilc IP를 여러 기기가 공유할 수 있는 방법
하나의 망에는 private IP를 부여받은 기기들과 gateway로 구성
- 각 기기는 인터넷과 통신시 gateway를 통해 통신
private IP는 지정된 대역의 IP만 사용 가능

segment

Broadcast IP 주소

MAC 주소에서 만약 수신자가 FF-FF-FF-FF-FF-FF라면 모든 수신자가 받으라는 Broadcast였다.

IP주소에서도 똑같다.

만약 Host명이 1111-1111라면 해당 IP주소를 쓰는 네트워크에서 쓰이는 방송주소가 된다.

Broadcast는 자주 쓰이면 효율이 떨어지기 때문에 최소화해야한다.

따라서 네트워크에서 쓰일 수 없는 호스트는 다음과 같다.

0: 서브넷 마스크 결과와 동일해지기 때문에 쓸 수 없다.
1: gateway
255: 브로드캐스트이기 때문에 쓸 수 없다. 따라서 253개의 호스트 주소만 쓸 수 있는데 추가적으로 스위치에 부여하게 되면 더 줄어들 여지가 있다.

Host 자신을 가리키는 IP주소

하나의 컴퓨터에서 프로세스간 통신이 필요할 때 사용하는 IP 주소로

127.0.0.1: Loopback address라고 한다. IPC(inter process communication) 프로세스 간 통신할 때 쓰이는 IP 주소다.

다음과 같이 통신하려고 할 때는 127.0.0.1을 쓰면 된다.

인터넷은 라우터의 집합체라고 할 수 있는 논리 네트워크이다.

기본적으로 물리적 스위치로 이뤄지지만 논리적인 형태로 구성되는 네트워크다.

Internet = Router + DNS

TTL과 단편화

TTL(Time to Live)는 세포의 텔로미어 같은 역할을 한다.
- 좀비 패킷을 막기 위한 장치다.
- 라우터와 라우터 사이를 지날때(Hop이라고 한다) 하나씩 줄어든다.
단편화는 MTU 크기 차이로 발생한다.
- 보편 값은 1500Byte지만 만약 크기가 작은 라우터가 존재한다면 수신을 하지 못하고 패킷이 유실된다.
- 보내기 전 라우터에서 하나의 패킷을 두 개로 나누고 서버측에서 재조립하게된다.
- VPN이 적용됐을 때 단편화가 발생할 확률이 높아진다.
보통 단편의 조립은 수신측 Host에서 이루어진다.