모두의 네트워크 8장 - 네트워크의 전체 흐름 살펴보기

Lesson 32 - 랜 카드에서의 데이터 전달과 처리

컴퓨터[192.168.1.10] - 스위치 A - [192.168.1.1]라우터 A[172.16.0.1]

- [172.16.0.2]라우터 B[192.168.10.1] - 스위치 B - [192.168.10.5]웹 서버

 

위와 같이 구성된 네트워크는 [192.168.1.0/24] / [172.16.0.0/16] / [192.168.10.0/24] 세 개의 네트워크로 나눌 수 있음

해당 네트워크에서 컴퓨터가 웹 서버로 요청하는 경우 OSI 모델에 기반한 데이터 흐름은 아래와 같음

1. 컴퓨터[응용 > 전송 > 네트워크 > 데이터 링크 > 물리]
   1. 웹 브라우저에 URL 입력시 응용 계층에서 캡슐화 시작(3-way 핸드셰이크를 통한 연결은 확립되어있다고 가정)
   2. 응용 계층에서는 HTTP 메세지를 전송 계층으로 전달 - 웹 서버의 html 데이터를 얻기 위한 GET
   3. 전송 계층에서는 TCP 헤더를 붙인 세그먼트를 네트워크 계층으로 전달 - 출발지 / 목적지 포트번호 포함
   4. 네트워크 계층에서는 IP 헤더를 붙인 IP 패킷을 데이터 링크 계층으로 전달 - 출발지 / 목적지 IP 주소 포함
   5. 데이터 링크 계층에서는 이더넷 헤더와 트레일러를 붙인 이더넷 프레임을 물리 계층으로 전달
   6. 물리 계층에서 랜 카드를 통해 데이터를 전기 신호로 변환 후 네트워크로 전송
2. 스위치 A[물리 > 데이터 링크 > 물리]
3. 라우터 A[물리 > 데이터 링크 > 네트워크 > 데이터 링크 > 물리]
4. 라우터 B[물리 > 데이터 링크 > 네트워크 > 데이터 링크 > 물리]
5. 스위치 B[물리 > 데이터 링크 > 물리]
6. 웹 서버[물리 > 데이터 링크 > 네트워크 > 전송 > 응용]

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Lesson 33 - 스위치와 라우터에서의 데이터 전달과 처리

• 스위치 A[물리 > 데이터 링크 > 물리]
  1. 컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 물리 계층에서 데이터로 변환되어 데이터 링크 계층으로 전달됨
  2. 데이터 링크 계층에서 물리 계층으로 넘겨진 데이터는 전기 신호로 변환된 후 라우터 A로 전송
• 라우터 A[물리 > 데이터 링크 > 네트워크 > 데이터 링크 > 물리]
  1. 물리 계층에서 수신된 전기 신호를 데이터로 변환한 후 데이터 링크 계층으로 전달
  2. 데이터 링크 계층에서 이더넷 프레임의 목적지 MAC 주소와 자신의 MAC 주소를 비교 후 주소가 같다면 역캡슐화 수행
  3. 이후 네트워크 계층으로 데이터를 전달하여 라우팅 테이블과 목적지 IP 주소를 비교, 라우팅을 수행하여 출발지 IP 주소를 라우터 A의 외부 IP 주소로 변경
  4. 변경된 데이터를 데이터 링크 계층으로 넘긴 후 라우터 B로 보내지도록 이더넷 헤더와 트레일러를 붙임
  5. 마지막으로 물리 계층으로 보내진 데이터는 전기 신호로 변환된 후 네트워크로 전달됨 
• 라우터 B[물리 > 데이터 링크 > 네트워크 > 데이터 링크 > 물리]
  1. 라우터 B에 도착한 전기 신호는 물리 계층에서 데이터로 변환되어 데이터 링크 계층으로 전달됨
  2. 데이터 링크 계층에서는 목적지 MAC 주소와 자신의 MAC 주소 비교 후 역캡슐화 수행
  3. 이후 네트워크 계층으로 데이터를 전달하여 라우팅 테이블과 목적지 IP 주소를 비교, 라우팅을 수행하여 출발지 IP 주소를 라우터 B의 내부 IP 주소로 변경
  4. 변경된 데이터를 데이터 링크 계층으로 넘긴 후 스위치 B에 전달되도록 이더넷 헤더와 트레일러를 붙임
  5. 마지막으로 물리 계층으로 보내진 데이터는 전기 신호로 변환된 후 네트워크로 전달됨
• 스위치 B[물리 > 데이터 링크 > 물리]
  1. 라우터 B에서 보낸 전기 신호가 물리 계층에서 데이터로 변환되어 데이터 링크 계층으로 전달됨
  2. 데이터 링크 계층에서 물리 계층으로 넘겨진 데이터는 전기 신호로 변환된 후 웹 서버로 전송

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Lesson 34 - 웹 서버에서의 데이터 전달과 처리

• 웹 서버[물리 > 데이터 링크 > 네트워크 > 전송 > 응용]
  1. 물리 계층에서 수신된 전기 신호를 데이터로 변환한 후 데이터 링크 계층으로 전달
  2. 데이터 링크 계층에서 이더넷 프레임의 목적지 MAC 주소와 자신의 MAC 주소를 비교 후 주소가 같다면 역캡슐화 수행
  3. 이후 네트워크 계층으로 데이터를 전달하여 라우팅 테이블과 목적지 IP 주소를 비교, 주소가 같다면 IP 헤더를 분리하는 역캡슐화 수행 후 전송 계층에 전달
  4. 전송 계층에서는 목적지 포트 번호로 데이터를 전달할 애플리케이션을 판단 후 TCP 헤더를 분리하는 역캡슐화 수행 후 응용 계층에 전달

라우팅은 정적 라우팅과 동적 라우팅으로 구분 가능

정적 라우팅 : 관리자가 미리 라우팅 테이블에 경로를 수동으로 추가, 목적지까지의 경로를 고정하거나 경로가 하나로 한정되는 경우에 사용

네트워크에 존재하는 모든 목적지 네트워크 정보를 라우터에 수동으로 설정하여 알려줘야하므로 소규모 네트워크에서 사용됨

라우팅 정보의 교환이 일어나지 않으므로 대역폭에 대한 부담이 적고 보안을 유지하는데 좋다는 장점이 있음

단, 경로에 장애가 발생하더라도 다른 경로로 우회할 수 없어 관리자가 일일히 설정을 변경해야한다는 단점이 존재

동적 라우팅 : 네트워크 변경을 자동으로 감지하여 라우팅 테이블을 업데이트하거나 라우터끼리 정보를 교환하여 최적의 경로로 전환

대규모 네트워크는 경로가 복잡하기 때문에 정적 라우팅을 지원하지 않고 동적 라우팅만을 사용함

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연습문제

1. 컴퓨터에서 웹에 접속할 때는 OSI 모델의 상위 계층에서부터 캡슐화가 이루어진다.

2. 웹에 접속할 때 사용하는 프로토콜은 HTTP다.

3. 전송 계층에서는 를 가진 세그먼트가 된다.

4. 네트워크 계층에서는 IP 헤더를 가진 IP 패킷이 된다.

5. 데이터 링크 계층에서는 이더넷 헤더를 가진 이더넷 프레임이 된다.

6. 물리 계층에서는 전기 신호로 변환된 데이터가 케이블로 전송된다.

7. 스위치에는 OSI 모델의 계층 중에 물리 계층과 데이터 링크 계층이 있다.

8. 라우터에는 OSI 모델의 계층 중에 물리 계층과 데이터 링크 계층과 네트워크 계층이 있다.

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용어정리

• OSI 모델(Open Standards Interconnection model) : 국제표준화기구(ISO)가 1977년 정의한 국제 통신 표준 규약
  네트워크의 기본 구조를 일곱 계층으로 나누어 표준화하여 다른 모든 통신 규약의 기반이 됨
• 헤더(header) : 저장되거나 전송되는 데이터의 맨 앞에 위치하는 추가적인 정보 데이터
  데이터의 내용과 성격을 식별 또는 제어하는데 사용
• 트레일러(trailer) : 데이터의 맨 뒤에 위치하는 정보로 데이터의 무결성을 보장하는데 사용
• 스위치(switch, 스위칭 허브) : 랜을 구성할 때 단말기간 스위칭 기능을 가진 통신망 중계 장치
  컴퓨터(호스트)에서 특정한 단말기로 패킷을 보낼 수 있는 기능을 가져 통신 효율이 향상됨
• 라우터(router) : 서로 다른 네트워크를 연결해주는 장치, 한 네트워크에서 다른 네트워크로 패킷을 전송할 수 있도록 함
• 라우팅(routing) : 네트워크에서 패킷을 목적지까지 보낼 수 있는 여러 경로 중 하나를 지정하는 과정