[CCNA 정리] 네트워크 기본

네트워크 개요

1. 네트워크의 정의 및 규모별 분류

• 네트워크: 목적을 위해 단말 장비들을 연결하여 정보를 공유하는 시스템
• 사이즈별 분류:
  • PAN (Personal Area Network): 근거리(약 10m 이내, 예: 블루투스) -> ccna에서는 다루진 않음
  • LAN (Local Area Network): 건물이나 오피스 내의 근거리 네트워크 (개인/조직 관리범위)
  • MAN (Metropolitan Area Network): 도시 규모의 연결
  • WAN (Wide Area Network): 장거리 연결로 다른 지역간 LAN과 LAN을 연결 (통신사를 통해 연결)

2. 기능적 분류 및 네트워크 3요소

• 특수 목적 네트워크:
  • SAN (Storage Area Network): 데이터 손실 없는 고속 저장을 위한 전용 네트워크
  • VPN (Virtual Private Network): 공중망을 이용하면서도 보안을 위해 사설망처럼 사용하는 기술
  • CDN (Content Delivery Network): 데이터 전송 지연을 줄이기 위해 콘텐츠 복사본을 엣지 서버에 배치 (예: 넷플릭스)
  • SDN (Software Defined Networking): 네트워크 장비의 제어부(머리 역할)를 분리하여 소프트웨어로 중앙 제어
• 네트워크 3요소: 종단 장비(PC, 폰 등), 중간 장비(허브, 스위치, 라우터), 연결 매체(UTP 케이블, 광케이블)

3. 아키텍처 및 토폴로지 

• 아키텍처: 과거 중앙 집중식(메인프레임/더미 터미널)에서 현재의 클라이언트-서버 구조(클라이언트: 요청, 서버: 응답)로 발전했다. 소규모 환경에서는 중앙 서버를 거치지 않고 인터넷에 연결된 개인 컴퓨터(Peer)끼리 직접 데이터를 주고받거나 연결하는 피어투피어(P2P) 방식도 사용된다. 
• 토폴로지(물리적 구조):
  • 버스: 하나의 세그먼트를 공유, 구현은 쉽지만 충돌이 빈번하고 보안이 취약함
  • 스타: 중앙 장치를 통해 연결, 관리와 확장이 용이해 가장 보편적임. 중앙 장비 장애시 전체에 영향을 미침
  • 링: 이웃 장비와 연결, 토큰을 사용하여 충돌을 방지함(토큰이 주어지는 곳에서만 전송), 지연시간 문제와 1회선 장애시 전체에 영향
  • 매시: 장비 간 1:1로 연결하여 장애 시 우회 경로를 제공하지만 비용이 많이 듦

4. 데이터 전송 방식

• 회선 교환: 통신 전 경로를 설정하고 독점. 실시간 통신에 유리하나 효율이 낮음.
• 패킷 교환: 데이터를 잘게 쪼개어(패킷화) 주소를 붙여 전송. 회선을 효율적으로 공유함. -> 한 패킷에 문제가 생기면 그 패킷만 재전송 하면 됨. 오버헤드 증가
• 데이터그램 방식: 현대 인터넷의 기본 원리. 패킷마다 최적 경로를 찾아가며, 수신 측에서 순서를 재조합함.

 

케이블과 인터페이스

1. 네트워크 케이블의 종류

• 유선 및 무선: 기업 환경에서 무선(AP)의 중요성이 커지고 있으나, 안정적인 데이터 전송을 위해 유선 케이블도 필수적이다.
• 동축 케이블: 과거 기술로 현재는 거의 사용되지 않는다.

2. 트위스트 페어 케이블 (UTP/STP) 

• STP (Shielded Twisted Pair): 쉴드 처리하여 전자적 노이즈 차단 (많이 사용 x)
• UTP (Unshielded Twisted Pair): 구리선을 꼬아 간섭을 줄인 방식으로, 가격이 저렴하고 다양하게 활용 (Full-Duplex 구현)
• 구조: 총 8가닥(4쌍)으로 구성되며, 10M/100M는 2쌍을, 1G 이상은 4쌍을 모두 사용한다.
• 케이블 타입 
  • 스트레이트(Straight-through): 케이블 순서 동일, MDI와 MDIX 장비 간 연결 (예: PC와 스위치).
  • 크로스오버(Crossover): 케이블 순서 Cross, 동일 장비(MDI 끼리) 간 연결 (예: PC-PC, 스위치-스위치).
  • 최근에는 Auto-MDI/MDIX 기능으로 구분 없이 스트레이트 케이블 사용이 가능

케이블 타입

* MDI: 송신이 Port1,2 수신이 Port 3,6 (PC, 라우터)
* MDI-X: 송신이 Port3,6 수신이 Port 1,2 (허브, 스위치)

3. 광 케이블 (Fiber Optic)

광섬유 케이블

• 원리: 빛의 전반사를 이용하여 데이터를 전송하며 코어(빛 전달), 클래드(빛을 가둠), 코팅(외피)으로 구성된다.
• 싱글 모드(SMF): 노란색, 장거리 고속 전송에 적합
• 멀티 모드(MMF): 색상 다양(주황, 아쿠아 등), 단거리 전송용
• 바이디렉션(BiDi): 파장을 달리하여 하나의 광섬유로 송수신을 동시에 구현하는 기술
  -> 원래는 2가닥 광 케이블 사용(송수신에 다른 광섬유)

바이디렉션

4. 인터페이스 및 트랜시버

• SFP/SFP+: 전기 신호를 빛 신호로 변환하는 장비(트랜시버)로, 스위치 인터페이스에 장착
• 표기법: 속도와 거리에 따라 SR(단거리), LR(장거리) 등으로 구분하여 선택해야 함

 

OSI 7계층

네트워크 통신의 표준 모델인 OSI 7계층과 TCP/IP 모델의 핵심 개념에 대한 내용이다. 초기에 장비 간 호환성 문제로 인해 발생했던 비효율성을 해결하기 위한 표준화의 필요성부터 각 계층의 역할까지 상세히 다룬다.

기존에는 호환을 위해 장비 중간에 게이트웨이를 도입하여 변환을 해야했다. 이는 전송지연, 수많은 게이트웨이 설치 문제 등으로 인해 표준화의 필요성을 느낀다. (프로토콜 표준화)

1. OSI 7계층과 표준화 

• 표준화의 배경: 과거에는 제조사마다 고유 방식을 사용하여 호환이 어려웠고, 이를 해결하기 위해 표준 통신 규약인 프로토콜(Protocol)이 등장했다.
• 계층화의 목적: 통신 기능을 7개 계층으로 나누어 모듈화함으로써 복잡성을 줄이고, 벤더 간 호환성을 확보했다.
• 상호작용: 각 계층은 인접 계층과 소통(예: 3계층은 4계층, 2계층과 소통)하며, 같은 계층끼리는 피어 투 피어(Peer-to-Peer) 통신(예: 3계층은 3계층과 통신(서로 다른 장비))을 수행한다.

위의 그림을 보면 라우터는 3계층까지 확인하여 경로를 결정한다. (전송시간 감소)

2. 데이터 캡슐화 및 네트워크 장비 

• 캡슐화(Encapsulation): 데이터를 보낼 때 각 계층에서 헤더(Header)를 붙이는 과정이며, 반대로 수신 측에서는 헤더를 떼어내는 디캡슐레이션 과정을 거친다.

캡슐화, 역캡슐화

• 주소 체계: 각 계층에서 사용하는 주소 방식이 다르다.
  • 2계층: 물리 주소(MAC 주소) -> 제조사에서 찍힌 고유한 주소
  • 3계층: 논리 주소(IP 주소) -> 관리자가 마음대로 정하는 주소 (변하는 주소)
  • 4계층: 포트 주소 -> 프로그램이나 서비스(프로세스)를 식별해주는 주소
• PDU 단위: 4계층(세그먼트), 3계층(패킷), 2계층(프레임), 1계층(비트)

3. 각 계층별 상세 기능 

• 상위 계층: 5~7 계층을 말하며 소프트웨어 레벨 
• 응용 프로그램: HTTP, FTP,SMTP 등
• 표현 계층: 데이터 포맷, 압축, 암호화
• 세션 계층: 세션 관리, 동기화(데이터 중간점검 및 복구를 위한 동기점 제공), 데이터 전송방식 결정(Full-Duplex, Half-Duplex, Simplex)
• 하위 계층: 1~4 계층을 말하며 소프트웨어와 하드웨어 둘 다 구현 
• 전송 계층 (4계층): 프로세스 간 통신을 담당(포트번호로 구분)하며 TCP(연결 지향, 에러/흐름/혼잡 제어)와 UDP(비연결지향) 프로토콜이 존재, MUX(상위 계층의 데이터들을 섞어서 보냄), DMUX(데이터 분리) 
• 네트워크 계층 (3계층): 논리적 주소(IP)를 기반으로 최적의 경로를 결정하는 라우팅 기능을 수행(네트워크 끼리)
• 데이터 링크 계층 (2계층): 동일한 네트워크 내에서 노드 간 전달을 담당하며 물리적 주소를 사용
• 물리 계층 (1계층): 실제 데이터를 비트(0과 1) 단위의 전기 신호로 전송하는 매체와 커넥터를 정의

4. TCP/IP 모델 요약 

• 실제 인터넷은 이론적인 OSI 7계층을 간소화한 TCP/IP(4계층) 모델을 기반으로 작동함. 상위 3개 계층은 응용 계층으로, 하위 2개 계층은 네트워크 인터페이스 계층으로 통합된다.

 

Packet Tracer를 통해 토폴로지를 구성하고, 스위칭과 라우팅의 기초 개념을 이해했다.

스위칭(Switching): 동일한 네트워크 내부 단말기 간의 통신을 담당하는 스위치의 역할

라우팅(Routing): 서로 다른 네트워크 간의 통신을 연결해 주는 라우터의 핵심 기능

패킷 트레이서로 토폴로지 구성

실선: Straight

점선: Cross-Over