네트워크 기초 이론 - TCP/IP Basic (2)

2024-07-02(TUE)

 

1. 계층 구조에 대해 설명하시오.

- 각 계층은 기능이 정의되어 있다.

- 하위 계층은 상위 계층에 서비스를 제공하는 역할을 수행한다.(Provide service)

- 하위 계층에서 발생된 문제를 해결하지 않으면 상위 계층에서 해당 문제에 대한 책임을 진다.

 

 

2. OSI 7 Layer의 각 계층별 명칭은?

- Application Layer

- Presentation Layer

- Session Layer

- Transport Layer

- Network Layer

- Data Link Layer

- Physical Layer

 

 

 

3. 2, 3, 4 Layer의 PDU 이름?

L2 - Frame, L3 - Packet, L4 - Segment

 

 

 

 

 

1. Connection Scheme

Connection Scheme

(1) 송신, 수신 측이 데이터 교환을 위해 어떤 과정을 거치는가?

 

(2) 새로운 프로토콜에 대해 CO, CL 방식을 우선적으로 체크

 

 

 

1-1. CO(Connection Oriented)

(1) Setup, Data Transfer, Release 세 단계로 구성된다.

- 데이터 전송 전 미리 Logical Connection을 열어둔다(Setup)한다.

- 이후 데이터를 전송하고 교환이 끝나면 Logical Connection을 Release한다.

- Setup 과정에서는 계층별로 특정 작업이 수행되며 시스템의 리소스를 일정 부분 할당받아 사용하게 된다. 이후 논리적 연결을 해제하는 과정에서 받았던 리소스를 반환한다.

 

(2) 데이터 전송 단계에서 일반적으로 오류 제어(Error Control), 흐름 제어(Flow Control)가 발생한다.

 

(3) 따라서 신뢰성 있는 서비스를 보장할 수 있지만 처리하는 데 발생하는 Overhead가 크다.

 

(4) CO 방식을 사용하는 대표적인 프로토콜은 TCP, ATM이며 WAN에서는 CO 방식을 채택한다.

 

 

 

 

1-2. CL(Connectionless)

(1) Setup 단계 없이 바로 데이터를 전송한다.

 

(2) 데이터 전송 단계에서 Error Control, Flow Control을 수행하지 않는다.

 

(3) 따라서 신뢰성 있는 서비스를 보장할 수 없고 처리하는 Overhead는 작아진다.

 

(4) CL 방식을 사용하는 대표적인 프로토콜은 ICMP, IP, UDP이며, LAN에서는 일반적으로 CL 방식을 채택한다.

 

 

 

 

 

 

2. Connection Scheme Example

Connection Scheme Example

 

 

 

 

 

 

3. Physical Layer Elements

3-1. Data and Signals

Physical Layer Elements

 

Physical Layer Elements

 

 

 

 

3-2. Modulation and Encoding

(1) Digital-to-Digital Encoding

Digital-to-Digital Encoding

 

 

(2) Analog-to-Digital Encoding

Analog-to-Digital Encoding

(1) 데이터에는 아날로그, 디지털 데이터가 존재하며 신호에도 아날로그, 디지털 신호가 존재한다.

 

(2) 1계층 영역에서 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변경하는 과정이 발생한다.

 

(3) 물리 계층은 OSI 모델에서 첫 번째 계층으로, 실제로 데이터를 전송하는 매체(유선 또는 무선)의 전기적, 광학적, 또는 전자적 특성을 다룬다.

 

 

 

 

 

 

4. Packet Tracer

(1) 실습 커맨드

- ipconfig, ipconfig /all

- nslookup

- netstat, netstat -a, netstat -r,

- ping, ping -c 3, ping -t

- ncpa.cpl

- devmgmt.msc

- service.msc

- arp, arp -a, arp -d

 

 

(2) Switch Commands

> enable

# show ip int brief 

# show vlan brief

# conf terminal

no ip domain-lookup

hostname SW-01

end

show run

Switch Commands Practice

 

 

 

 

4-1. 특정 엔드포인트의 터미널로 접속

특정 엔드포인트의 터미널로 접속

 

 

 

 

4-2. ping 진행 시 Request Time out (IPv4의 네트워크 주소가 다르기 때문)

ping 진행 시 Request Time out (IPv4의 네트워크 주소가 다르기 때문)

 

 

 

 

4-3. Physical Connection View

Physical Connection View

 

 

 

 

 

 

 

5. Data Link Layer

5-1. Error Detection

(1) 데이터 링크 계층에서 오류 감지는 데이터가 전송되는 과정에서 발생할 수 있는 비트 오류나 패킷 손상을 식별하는 기술이다.

 

 

 

5-2. Checksum

(1) 체크섬은 데이터 전송 중 발생할 수 있는 오류를 감지하기 위해 사용되는 간단한 오류 검출 기술이다. 오류 감지는 전송된 데이터의 무결성을 보호하는 데 중요한 역할을 하며, 체크섬은 그 중 하나로 데이터의 손상 여부를 신속하게 확인할 수 있는 방법 중 하나다.

 

 

 

5-3. LAN(Local Area Network)

LAN(Local Area Network)

(1) LAN의 링크는 Multipoint Link를 사용한다. 

 

(2) 2개 이상의 단말이 동시에 프레임을 송신 시 오류가 발생하고 충돌(Collision)이 발생한 경우다. 따라서 동시에 2개 이상의 단말에서 프레임을 송신할 수 없도록 제어하는 기능이 필요한데 이 기능을 MAC이라고 한다.

 

 

 

 

5-4. Ethernet

 

 

 

 

 

(1) 스위치끼리 서로 연결

 

 

 

 

5-5. Frame Format (형식 중요)

(1) 프레임은 헤더, 패킷, 트레일러로 구성된다.

 

(2) DA(수신 주소), SA(송신 주소)

 

(3) Preamble은 프레임의 시작 부분을 알려주는 정보이다.

 

(4) FCS는 랜 카드에서 프레임을 수신한 후 오류 체크를 위해 사용한다. 프레임에 오류가 있다면 랜 카드에서 버리므로 프레임이 전달되지 않는다.

 

(5) Type은 어떠한 정보가 들어있는지 표시되어 있다.

 

 

 

 

5-6. Ethernet Address

(1) LAN은 Multipoint link이므로 프레임 송신 시 Broadcasting 방식이 수행된다. 따라서 수신하는 단말의 주소를 지정해야 하는데 이것이 MAC Address이다.

 

(2) 6바이트로 구성되며 3바이트는 랜 카드 제조사의 식별자로 사용된다.

 

 

 

 

 

6. Internetworking Devices(Switch, Router, Hub ...)

6-1. Repeater

(1) 리피터의 경우 네트워크의 신호 감쇠를 보상하여 전송 거리를 연장하는 물리적 장치이다.

 

(2) 데이터를 전송 시 신호가 전송되는 구간에서 구간의 거리가 길어질수록 신호의 품질이 저하될 수 있는데 이 부분을 방지하기 위해 리피터를 사용하게 된다.

 

 

 

 

6-2. Bridge

- Repeater는 물리적 장치이므로 트래픽 제어가 불가능하다.

 

(1) 호스트가 송신한 프레임을 버퍼에 저장한다.

 

(2) Bridge는 수신된 프레임의 수신 주소를 읽고 필요로 하면 포워딩(Forwarding)하고 아닐 경우 버린다(Discarding).

 

 

 

 

6-3. LAN Switch

(1) LAN 스위치(LAN Switch)는 네트워크에서 데이터 패킷을 전달하는 데 사용되는 장치로, OSI 모델의 데이터 링크 계층에서 동작한다.

 

 

 

 

6-4. Frame Format in Switch

 

(1) 참고로, 1개의 브로드캐스트 도메인 내부에선 같은 IP 주소 대역을 사용한다.

 

 

 

 

6-5. Router

Router

(1) 라우터(Router)는 네트워크에서 데이터 패킷을 전송하는 장치로, OSI 모델의 네트워크 계층(레이어 3)에서 동작한다. 라우터는 여러 개의 네트워크를 연결하고, 데이터를 목적지까지 안전하게 전달하는 역할을 수행하게 된다.

 

 

 

 

6-6. VLAN(Virtual LAN)

(1) 가상 LAN(VLAN)은 다양한 목적을 위해 사용된다.

 

(2) VLAN은 구분이 가능한 여러 개의 Broadcast domain을 생성하기 위한 기술이다. VLAN을 생성하면 VLAN이 설정된 포트에 연결된 IP 주소대역을 가지는 디바이스들끼리 통신이 가능하다.

 

 

 

 

 

 

7. Network Layer Protocols

(1) IP Protocol은 CL 서비스 방식이기 때문에 신뢰성 있는 서비스를 보장받을 수 없다.

 

(2) 패킷이 전달되는 동안 손실되면 재전송을 하거나 복구를 책임지지 않는다.

 

 

 

 

7-1. IP Datagram

 

 

 

 

 

 

7-2. IP Address

(1) 총 4Byte(32 Bit)이고, Network ID + Host ID로 구성되어 있다.

 

(2) Network ID의 영역에 따라 IP 주소의 클래스를 구분할 수 있다.

 

 

 

 

7-3. Classful IP Address

(1) IP 주소의 클래스를 구분할 수 있는데, 네트워크 아이디의 1바이트 부분이 어떻게 시작하는지를 확인해 보면 클래스 구분이 가능하다. 예를 들어 220.67.113.200의 경우 110으로 시작하기 때문에 C 클래스다.

 

(2) 따라서 24 Bit의 Network ID를 갖고 있다.

 

(3) 192.168.0.10의 경우 1바이트 영역을 이진법으로 변환 시 110으로 시작하므로 C클래스에 해당한다.

 

 

 

 

7-4. Sample Allocation of IP Address

 

 

 

 

7-5. Special Address

 

(1) Special address

▬ Network address

• Host ID 값이 모두 0인 경우

 

▬ Broadcast address Broadcast address

• Direct broadcast는 router에서 사용하고 host ID 값이 모두 1 이다.

• Limited broadcast는 host에서 사용하고 모든 bit가 1이다.

 

▬ Loopback network

• Network ID = 127

 

▬ 자신을 나타내는 주소

• 모든bit가 0인 경우

 

 

 

 

7-6. Address 분류

 

 

 

 

7-7. Subnetting / Example of Subnetting

 

(1) Subnetting은 IP 주소 대역 공간을 더 작은 네트워크 공간으로 분할하는 기술을 말하며, 효율적인 라우팅 처리를 위해 Subnetting을 할 수 있다.

 

(2) 서브넷으로 특정 대역을 분할할 경우 네트워크의 효율적 관리, 더 많은 호스트를 지원하고 보안을 강화하는 등의 이점을 가져갈 수 있다.

 

 

 

 

 

 

8. ARP(Address Resolution Protocol)

(1) ARP 프로토콜은 네트워크 상에서 IP 주소를 물리적 네트워크 주소로 Binding시키기 위한 프로토콜을 의미한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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