CS기초 - 네트워크(1)

1. 네트워크의 기초

1.1 처리량과 지연 시간

• 처리량 (Throughput): 네트워크를 통해 전송될 수 있는 데이터의 양을 의미합니다. 주로 초당 전송되는 비트 수 (bps)로 측정됩니다.
• 지연 시간 (Latency): 네트워크에서 데이터가 송신자로부터 수신자에게 도달하는 데 걸리는 시간을 의미합니다. 지연 시간이 길면 네트워크 성능이 떨어지게 됩니다.

1.2 네트워크 토폴로지와 병목 현상

• 네트워크 토폴로지 (Network Topology): 네트워크에서 장치들이 연결된 구조를 의미합니다. 주요 토폴로지에는 버스형, 스타형, 링형, 메시형 등이 있습니다.
• 병목 현상 (Bottleneck): 네트워크 내 특정 구간에서 데이터 전송 속도가 제한되는 현상을 말하며, 시스템의 전체 성능을 저하시키는 원인이 됩니다.

1.3 네트워크 분류

• 네트워크는 규모와 범위에 따라 LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network), MAN (Metropolitan Area Network) 등으로 분류됩니다.
  LAN은 좁은 범위에서 사용되며, WAN은 광범위한 지역을 연결합니다.

1.4 네트워크 성능 분석 명령어

• 네트워크의 성능을 분석하기 위해 사용하는 명령어들입니다. 예시로 ping(응답 속도 테스트), traceroute(라우팅 경로 추적), netstat(네트워크 연결 상태 확인) 등이 있습니다.

1.5 네트워크 프로토콜 표준화

• 네트워크에서 데이터가 원활하게 전송되기 위해 사용되는 규칙들이 표준화된 것이 프로토콜입니다. 주요 프로토콜로는 TCP/IP, HTTP, FTP 등이 있으며, 국제 표준화 기구인 IETF나 ISO에서 표준을 제정합니다.

2.TCP/IP 4계층 모델

2.1 계층 구조
TCP/IP는 네트워크 통신을 위해 4개의 계층으로 나뉩니다:

• 애플리케이션 계층: 사용자와 애플리케이션 간의 상호작용을 담당 (HTTP, FTP 등).
• 전송 계층: 데이터 전송을 신뢰성 있게 관리 (TCP, UDP).
• 인터넷 계층: 데이터가 네트워크에서 이동할 경로를 결정 (IP).
• 네트워크 액세스 계층: 실제 네트워크 매체를 통해 데이터를 전송 (이더넷, Wi-Fi).

2.2 PDU (Protocol Data Unit)
각 계층에서 사용하는 데이터의 단위를 PDU라고 하며, 각 계층마다 명칭이 다릅니다:

• 애플리케이션 계층: 메시지
• 전송 계층: 세그먼트
• 인터넷 계층: 패킷
• 네트워크 액세스 계층: 프레임 또는 비트

3 네트워크 기기

3.1 네트워크 기기의 처리 범위
네트워크 기기는 각기 다른 계층을 처리하며, 네트워크 전송과 통신을 관리합니다. 기기들은 데이터 처리 범위에 따라 계층별로 분류됩니다.

3.2 애플리케이션 계층을 처리하는 기기
이 계층에서 작동하는 기기는 주로 서버와 프록시 서버입니다. 웹서버는 HTTP 요청을 처리하고, 프록시는 요청을 중개합니다.

3.3 인터넷 계층을 처리하는 기기
라우터가 대표적인 인터넷 계층의 기기입니다. 라우터는 패킷을 목적지까지 전달하기 위해 경로를 선택하는 역할을 합니다.

3.4 데이터 링크 계층을 처리하는 기기
스위치와 브리지가 데이터 링크 계층에서 작동하며, 네트워크 내에서 데이터 프레임을 처리하고 전송합니다.

3.5 물리 계층을 처리하는 기기
이 계층에서는 허브, 리피터 등이 작동하며, 물리적인 신호를 증폭하거나 분배하여 전송을 담당합니다.

4 IP 주소 

IP 주소는 네트워크 상에서 각 장치를 구분하는 고유한 주소입니다. 인터넷 통신에서 송수신하는 장치를 식별하는 데 사용됩니다.

 

4.1 ARP
**ARP (Address Resolution Protocol)**은 네트워크 내에서 IP 주소를 물리적 주소(MAC 주소)로 변환해주는 프로토콜입니다. ARP를 통해 IP 주소로 특정 장치를 찾을 수 있습니다.
4.2 홉바이홉 통신
홉바이홉 통신은 데이터를 전송할 때, 중간 장치(라우터 등)를 통해 패킷이 목적지까지 전달되는 방식입니다. 각 홉(hop)마다 라우팅 작업이 수행됩니다.
4.3 IP 주소 체계
IP 주소 체계는 네트워크의 주소를 정의하는 체계로, IPv4(32비트)와 IPv6(128비트) 두 가지 종류가 있습니다. IPv4는 숫자로 이루어진 4개의 옥텟으로, IPv6는 보다 많은 장치를 지원하기 위해 16진수로 표현됩니다.
4.4 IP 주소를 이용한 위치 정보
IP 주소를 이용한 위치 정보는 IP 주소를 기반으로 물리적 위치를 파악하는 기술입니다. 정확한 위치보다는 대략적인 지역을 파악할 수 있습니다.

5 HTTP

HTTP (Hypertext Transfer Protocol)는 웹상에서 데이터를 전송하는 프로토콜입니다. 클라이언트(브라우저)와 서버 간에 요청과 응답을 주고받는 역할을 합니다.

5.1 HTTP/1.0
HTTP/1.0은 초기 버전의 HTTP로, 요청마다 연결을 새로 설정하는 단점이 있습니다. 주로 텍스트, 이미지 등의 간단한 전송에 사용되었습니다.
5.2 HTTP/1.1
HTTP/1.1은 연결을 유지하여 여러 요청을 하나의 연결에서 처리할 수 있게 한 개선된 버전입니다. 동시에 여러 요청을 처리할 수 있어 속도가 향상되었습니다.
5.3 HTTP/2
HTTP/2는 속도와 성능을 향상시킨 버전으로, 한 연결에서 여러 요청을 병렬로 처리하는 멀티플렉싱 기능을 도입하여 웹사이트 로딩 속도를 빠르게 합니다.
5.4 HTTPS
**HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure)**는 HTTP에 보안 계층(SSL/TLS)을 추가한 프로토콜입니다. 데이터를 암호화하여 중간에서 정보가 탈취되는 것을 방지합니다.
5.5 HTTP/3
HTTP/3는 최신 버전의 HTTP로, UDP 기반의 전송 프로토콜 QUIC를 사용합니다. 기존 TCP 기반보다 빠르고 효율적이며, 특히 불안정한 네트워크 환경에서 속도 개선 효과가 있습니다.