면접을 위한 CS 전공지식 노트 (5) - 네트워크 기기

01. 네트워크 기기의 처리 범위

• 네트워크 기기는 계층별로 처리 범위를 나눌 수 있다.
• 물리 계층을 처리할 수 있는 기기
• 데이터 링크 계층을 처리할 수 있는 기기
• 그리고 상위 계층을 처리하는 기기는 하위 계층을 처리 할 수 있지만, 그 반대는 불가능하다.
• L7 스위치는 애플리케이션 계층을 처리하는 기기로, 그 밑의 모든 계층 프로토콜을 처리할 수 있다.

• AP는 물리 계층밖에 처리하지 못한다.

• 애플리케이션 계층
  • L7 스위치
• 인터넷 계층
  • 라우터, L3 스위치
• 데이터 링크 계층
  • 브리지, L2 스위치
• 물리 계층
  • NIC (Network Interface Card), 리피터, AP

🚀 애플리케이션 계층 처리

• L7 스위치 (로드밸런서) 라고도 한다.
• 서버의 부하를 분산하는 기기
• 클라이언트로부터 오는 요청들을 뒤쪽의 여러 서버로 나누는 역할
• 시스템이 처리할 수 있는 트래픽 증가를 목표로 한다.
• URL, Server, Cache, Cookies 기반으로 트래픽을 분산한다.
• 바이러스, 불필요한 외부 데이터를 걸러내는 필터링 기능이 있다.
• 응용 프로그램 수준의 트래픽 모니터링이 가능
• 장애가 발생한 서버가 있다면 이를 트래픽 분산 대상에서 제외
  • 헬스 체크를 이용하여 감시하면서 이루어진다.

L4 스위치와 L7 스위치 차이

• 로드밸런서로는 L7 스위치 뿐만 아니라 L4 스위치도 존재
• L4 로드밸런서는 인터넷 계층을 처리하는 기기로 스트리밍 관련 서비스에서는 사용불가
  • 메시지 기반으로 인식하지 못함
  • IP와 Port를 기반으로 트래픽을 분산
• L7 로드밸런서는 IP, Port 외에도 URL, HTTP 헤더, 쿠키등을 기반으로 트래픽을 분산가능
• AWS
  • L7 스위치를 이용한 로드밸런싱 ALB
  • L4 스위치를 이용한 로드밸런싱 NLB

헬스 체크

• L4, L7 스위치 모두 헬스 체크를 통해 정상적인 서버 또는 비정상적인 서버 판별
• 헬스 체크는 전송 주기와 재전송 횟수 등을 설정한 이후 반복적으로 서버에 요청을 보내는 것
• 서버에 부하가 되지 않을 만큼 요청 횟수가 적절해야함

로드 밸런서를 이용한 서버 이중화

• 로드밸런서의 대표적인 기능으로 서버 이중화를 들 수 있다.
• 서비스를 안정적으로 운용하기 위해서는 2대 이상의 서버가 필수적
• 에러가 발생하면 서버1대가 종료되더라도 서비스는 안정적으로 운용되어야 하기 때문
• 로드 밸런서는 2대 이상의 서버를 기반으로 가상IP를 제공하고 이를 기반으로 안정적인 서비스를 제공합니다.

🚀 인터넷 계층을 처리하는 기기

인터넷 계층을 처리하는 기기로는 라우터, L3 스위치가 있다.

라우터

• 라우터는 여러개의 네트워크를 연결, 분할, 구분시켜주는 역할
• 다른 네트워크에 존재하는 장치끼리 서로 데이터를 주고받을 때 패킷 소모를 최소화
• 경로를 최적화하여, 최소 경로로 패킷을 포워딩 하는 라우팅을 하는 장비이다.

L3 스위치

• L2 스위치의 기능과 라우팅 기능을 갖춘 장비를 말한다.
• L3 스위치를 라우터라고 봐도 무방하다.
• 라우터는 소프트웨어기반, 하드웨어 기반의 라우팅을 하는것으로 나눠지고,
  하드웨어 기반의 라우팅을 담당하는 장치를 L3 스위치라고 합니다.

구분	L2 스위치	L3 스위치
참조 테이블	MAC 주소 테이블	라우팅 테이블
참조 PDU	이더넷 프레임	IP 패킷
참조 주소	MAC 주소	IP 주소

🚀 데이터 링크 계층을 처리하는 기기

L2 스위치

• 장치들의 MAC 주소를 MAC 주소 테이블을 통해 관리
• 연결된 장치로부터 패킷이 왔을 때 패킷 전송을 담당한다.
• IP 주소를 이해하지 못해 IP 주소를 기반으로 라우팅은 불가능하며,
• 단순히 패킷의 MAC 주소를 읽어 스위칭하는 역할을 한다.
• 목적지가 MAC 주소 테이블에 없다면 전체 포트에 전달하고 MAC 주소 테이블의 주소는 일정시간 이후 삭제하는 기능도 있다.

브리지

• 두 개의 근거리 통신망(LAN)을 상호 접속할 수 있도록 하는 통신망 연결 장치
• 포트와 포트 사이의 다리 역할
• 장치에서 받아온 MAC 주소를 MAC 주소 테이블로 관리합니다.
• 통신망 범위를 확장하고 서로 다른 LAN 등으로 이루어진 하나의 통신망을 구축할때 쓰인다.

🚀 물리 계층을 처리하는 기기

NIC

• LAN 카드라고 하는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)는 2대 이상의 컴퓨터 네트워크를 구성하는데 사용
• 네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있도록 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드
• 각 LAN 카드 (NIC) 에는 주민등록번호처럼 각각을 구분하기 위한 고유 식별번호인 MAC 주소가 있다.

리피터

• 들어오진 약해진 신호 정도를 증폭하여 다른쪽으로 전달하는 장치
• 이를 통해 패킷이 더 멀리 갈 수 있다.
• 하지만 광케이블이 보급됨에 따라 현재는 잘 쓰이지 않는 장치

AP

• Access Point 는 패킷을 복사하는 기기
• AP 에 유선 LAN을 연결한 후 다른 장치에서 무선 LAN 기술(WIFI)을 사용하여 무선 네트워크에 연결 할 수 있다.