컴퓨터 네트워크 Chapter 3-3 컴퓨터 네트워크

요약 데이터링크(Data Link) 계층 네트워크 통신장비 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 리피터(repeater) 전기적 신호를 재생하는 물리계층 장비 리피터의 기본 기능들 파형의 재생(Reshaping) 파형의 증폭 신호의 재 타이밍 LAN 세그먼트의 물리적 한계(예를 들어, 10 Base5 이더넷의 물리적 한계는 500m)를 확장시켜 확장된 LAN을 만드는 것 리피터를 사용한 양쪽 세그먼트는 마치 하나의 세그먼트로 보임 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 그림: 리피터의 프로토콜 스택 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 채널 서비스 유니트/데이터 서비스 유니트 (CSU/DSU) 물리계층에서 동작하는 장비 리피터가 버스형의 LAN의 세그먼트들을 일대일로 연결하는 반면에 CSU/DSU는 WAN에 접근하기 위한 네트워크 종단 장비 DSU 저속으로 동작하는 네트워크 종단점(Termination Point) 기능 신호 구조 변환 기능 등을 수행 CSU 고속 전용 회선 구성에서 1.544 Mbps의 T1 또는 2,048 Mbps의 E1의 네트워크와 데이터 터미널 장비(DTE) 사이에 접속 디지털 전용 회선 서비스를 제공 네트워크 관리 시스템(Network Management System: NMS)에 의한 효율적인 네트워크 관리를 지원 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 허브(Hub) 다중 포트 리피터(Multi port Repeaters) 혹은 집중기(Concentrators)라 불리는 물리계층 장비 물리계층에서 스타형 토폴로지(Star Topology)를 구성하는데 사용 입력포트로 프레임을 받아서 출력포트로 재전송 하는 간단한 장비 입력 인터페이스로 비트가 들어오면 단순히 다른 모든 인터페이스로 그 비트를 브로드캐스트 최근의 허브:서로 다른 형태의 LAN 들도 연결 최근에는 SNMP(Simple Network Management Protocol) 가능을 지원하는 수준으로 향상 허브의 단점 1) 허브로 연결된 전체 네트워크의 최대 효율은 증가되지 않음 전체 네트워크의 노드들은 하나의 충돌 영역에 속함 각 노드에서의 효율을 줄이지 않기 위해서는 노드의 수가 줄어들어야 함 2) 다른 속도를 가지는 LAN 세그먼트들을 연결할 수 없음 프레임을 저장하지 않고 비트 별로 동작 확장 LAN을 구현할 경우, 노드의 수와 노드 간의 거리 등에 제한 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 그림: 허브를 이용한 스타형 네트워크 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 스위칭 허브(Switching Hubs) 스위치 포트들이 서로 직접 교환되어지는 허브 포트들 사이에 할당된 10Mbps를 허용 스테이션 A가 스테이션 B와 통신하려면 둘 사이에 할당된 10 Mbps의 연결이 설정 C가 스테이션 D와 통신을 한다면 또 다른 10Mbps 연결이 설정 그림: 스위칭 허브 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 브리지(Bridge) 브리지와 허브의 차이 데이터링크 계층(Data Link Layer)의 통신 장비 다른 프로토콜을 사용하는 LAN들을 연결시켜주는 역할을 하는 장비 (예) 이더넷 네트워크와 FDDI 네트워크 사이 브리지는 하나 이상의 LAN 세그먼트를 연결하여 확장된 LAN을 구성 브리지와 허브의 차이 1) 브리지는 각 랜 세그먼트들을 충돌영역으로부터 분리 2) 브리지는 상이한 신호변조 특성을 가지는 랜들을 서로 연결 3) 브리지로 연결된 랜의 크기는 제한 없이 확장 가능 -> 이론적으로 전 세계를 브리지를 사용하여 하나의 랜으로 구성할 수 있음 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 그림: 브리지를 이용한 LAN의 확장 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 브리지의 동작 1) 필터링(Filtering) 기능 ;입력포트로 들어오는 각 패킷의 물리주소(Physical address)를 검사하여 다른 세그먼트로 패킷을 통과시킬 것인가 아니면 차단할 것인가를 결정 2) 포워딩 테이블(Forwarding Table)을 가짐 ;필터링 기능을 위하여 3) "학습(learning)" 기능 ; 네트워크 관리자가 테이블을 인위적으로 만드는 것이 아니라 스테이션들 간에 프레임을 전송하면서 각 스테이션들은 다른 스테이션들의 위치를 파악함으로써 얻음 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 [예제] 1) 스테이션 A가 C로 보낸 프레임은 랜 세그먼트를 통해 브로드캐스팅 됨 3) 브리지는 이러한 정보를 포워딩 테이블에 저장 4) 후에 스테이션 B가 스테이션 A로 프레임을 전송하는 경우에 브리지는 스테이션 A가 포트 1번에 연결되어 있음을 알기 때문에 포트 2를 통하여 전달하지 않음 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 표: 브리지에서의 포워딩 테이블 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 브리지의 학습 절차 1) 초기 포워딩 테이블은 비어 있음 2) LAN에 속한 어느 스테이션에서 전송된 프레임이 브리지의 인터페이스에 도착하면, 그 프레임의 목적지 주소가 테이블에 있는가를 검사 만약 포워딩 테이블에 없으면, 브리지는 프레임의 복사본을 모든 다른 인터페이스의 출력 버퍼로 전달 이 때 CSMA/CD를 사용하여 다른 랜 세그먼트로 보냄 만약 테이블에 있으면 해당 인터페이스로 전달 3) 수신한 프레임에 대해 브리지는 목적지 LAN 주소, 도착 인터페이스, 현재 시간 등을 포워딩 테이블에 저장 4) 일정 시간이 지난 후에 해당 목적지로의 프레임을 수신하지 못하면 브리지는 테이블에서 그 엔트리를 제거 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 브리지를 통한 세그먼트의 전달 포워딩 테이블에 저장되어 있는 엔트리 값은 일정 시간이 지나면 교체 LAN이 루프(loop)를 갖지 말아야 함 루프가 존재하면 전송되어진 프레임이 LAN 상의 루프를 따라 영원히 순환하게 될 가능성 스패닝 트리(spanning tree) 알고리즘을 통하여 루프를 적절히 처리 스패닝 트리의 핵심은 각 브리지로 하여금 어느 포트로 프레임을 전송할지를 결정하게 하는 것 스패닝 트리란 확장된 LAN이 모든 확장된 LAN 세그먼트를 포함하면서도 루프를 가지지 않는 형태의 네트워크 구성 스패닝 트리 알고리즘에서는 각 브리지가 자신의 유일한 ID를 가짐 브리지 내에서 각 포트는 자신의 유일한 포트 ID를 가짐 LAN 상의 모든 브리지는 특유의 MAC 그룹 주소를 인식해야 함 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 그림: 루프를 가진 확장 LAN 컴퓨터 네트워크 A B B3 C B5 D B7 B2 K E F B1 G H J B1 B6 G I 그림: 루프를 가진 확장 LAN 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 그림 (a): 사이클을 가진 그래프 (b) 대응되는 스패닝 트리의 예 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 스패닝 트리 알고리즘에 참여하는 브리지의 동작 1) 확장 LAN(Bridged LAN)에 있는 모든 브리지들 가운데 루트 브리지 (root bridge)를 선택 → 가장 작은 식별자의 브리지 → 루트 브리지는 자신의 모든 포트로 프레임을 전송 2) 확장 LAN에서 루트 브리지만 제외하고 각 브리지에 대하여 루트 포트(root port)를 결정 루트 포트란 루트 브리지로의 최소 비용(least cost) 경로를 가지는 포트 3) 각 LAN에 대하여 명명된(designated) 브리지를 선택 명명된 브리지란 LAN으로부터 루트 브리지로의 최소경비를 제공하는 브리지 두 개 이상의 브리지가 루트로의 같은 거리에 있다면 작은 식별자의 브리지 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 1. B1: 가장 작은 식별자 -> 루트 브리지 2. LAN A에 대하여 B3/B5 가 연결됨 C E D B2 B5 B B7 K F H B4 J B1 B6 G I 1. B1: 가장 작은 식별자 -> 루트 브리지 2. LAN A에 대하여 B3/B5 가 연결됨 → B5가 루트에 가까우므로 지정 브리지 3. LAN B에 대하여 B5/B7 가 연결됨 → 같은 거리지만 B5가 더 작은 식별자이므로 지정 브리지 그림: 일부 포트가 배제된 스패닝 트리 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 브리지의 특성 여러 개의 LAN 세그먼트를 연결할 수 있으므로, 하나의 LAN 세그먼트가 갖는 최대 연결 스테이션 수 등과 같은 물리적인 제한을 극복할 수 있음 수신된 프레임을 저장하여 처리하므로, 이질적인 구조를 갖는 LAN 세그먼트가 연결 가능 저장 후 전송 장비 브리지는 주소에 관한 정보를 얻기 위해 패킷을 방송 모드로 전송하여야 하는 경우가 많이 발생하여 심한 오버헤드를 초래 연결된 호스트의 수가 많아지거나 네트워크들의 연결 구조에 잦은 변화가 있는 경우 패킷의 방송 모드 전송이 더 많아져서 문제가 발생 네트워크의 연결 구조 변화가 심하지 않으며, 연결된 호스트의 수가 50개 이하인 소규모 네트워크에 많이 사용 플러그-앤-플레이(plug-and-play) 네트워크 장비 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 스위치 (switch) 패킷을 다음 목적지 노드까지 보내기 위한 경로를 선정하는 통신 장비 브리지와 같이 LAN 목적지 주소로 프레임을 순방향전송 및 필터링을 하며 전송되어진 프레임의 소스 주소를 사용하여 자동적으로 라우팅 테이블을 만드는 기능도 수행 스위치(Switch)는 하드웨어(Application-Specific Integrated Circuit: ASIC)적인 구현을 통해 고속의 통신이 가능토록 함 브리지는 2-4 개의 인터페이스를 가지나 스위치는 10-16 개의 인터페이스를 가짐 보통 10 Mbps, 100 Mbps, 그리고 1 Gbps 인터페이스의 조합으로 구매할 수 있음 8 개의 10Mbps, 4 개의 100 Mbps, 2 개의 1 Gbps 의 인터페이스를 가지는 스위치 전방향 전송(Full-Duplex)으로 동작 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 그림: 스위치를 이용한 LAN의 구성 호스트 A는 A'로 B는 B'로, 그리고 호스트 C는 C'로의 프레임 전송을 지원 각 연결이10 Mbps로 동작한다면 통합 효율은 30 Mbps A와 A' 연결이 100 Mbps로 동작하고, 나머지 두 연결은 10 Mbps로 동작한다면 전체 네트워크 효율은 120 Mbps 저장 후 전송 스위칭(store-and-forward switching) 방식 컷스루 스위칭(cut-through switching) 방식 그림: 스위치를 이용한 LAN의 구성 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 1) 2계층 스위치 2 계층의 MAC 주소를 이용하여 전송 이러한 점에서 2계층 스위치는 브리지(Bridge)와 유사하지만 하드웨어(ASIC)적인 구현에 의해 한 교환기 내에 여러 개의 경로가 동시에 활성화되어 병렬처리가 가능하다는 것이 브리지와의 차이 2계층 스위치는 각 사용자에게 고정된 대역폭을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 고성능 및 낮은 지연(Latency) 시간을 보장한다는 장점을 가짐 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 2) 3계층 스위치 기존의 라우터가 가지고 있는 문제점인 패킷(Packet) 처리에 있어서의 병목 현상을 해결하기 위하여 고안된 스위치 라우팅을 줄이면서 가급적 스위칭(Switching) 동작에 의하여 패킷의 처리 성능을 높이는 구조를 가짐 3계층 스위치의 주요 역할은 MAC 주소나 라우팅 테이블의 검색처리, MAC 주소의 변경, TTL(Time To Live)값의 감산, 패킷의 에러검사를 위한 검사합(Checksum)의 재계산 등 스위칭이나 라우팅의 기능을 동시에 수행 3계층 스위치는 기존 2계층 스위치의 기능에 라우터(Router)가 수행해 오던 라우팅(Routing) 기능을 추가한 스위치 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 3) 4계층 스위치 TCP/UDP(Transmission Control Protocol/ User Datagram Protocol) 포트 번호를 이용해서 사용자 요청을 적절한 서버로 전달하는 역할을 수행 IP로 들어온 사용자 요청을 해석하여 TCP/UDP 포트 번호를 파악, 그러한 요청이 HTTP(Hypertext Transfer Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), FTP(File Transfer Protocol), NFS(Network File System), Telnet 등의 여러 서비스 중 어느 것인가 보고 적절한 서버로 요청을 전달 장점은 상위계층(Upper layer) 애플리케이션(Application)의 구분이 가능 하기 때문에 애플리케이션 별로 우선순위(Priority) 지정이라든지 특정 애플리케이션 데이터의 허용 여부에 따라 보안을 적용할 수 있음 → 정책 기반 네트워크 관리(Policy based Network Management)가 가능 속도도 빠르고, 신뢰성도 좋음 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 4) 5계층 스위치 인터넷상의 자원의 주소인 URL(Uniform Resource Locator)을 이용한 스위칭을 수행 웹(Web) 트래픽 처리에 대한 전체적인 성능이 뛰어남 웹 서버(Web server), 캐시 서버(Cache server)들 간 서버 부하 분산 기능(Load-balancing) 기능이 우수함 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 라우터(router) 라우터의 기능 3계층 네트워크 장비 목적지(Destination)의 주소정보와 그곳으로 가는 경로(Path) 정보를 저장 최적의 경로를 찾아주는 역할을 하는, 네트워크와 네트워크를 연결해 주는 통신 장비 네트워크 내의 혼잡 상태를 제어할 수 있는 기능을 가짐 혼잡 트래픽이 있는 경우에는 최적의 경로로 패킷을 전송할 라우터의 기능 1) 경로 결정: 라우터의 입력포트로 들어오는 패킷의 목적지 주소 정보를 분석하여 이에 해당하는 라우팅 정보를 라우팅 테이블에서 찾음 2) 패킷 스위칭: 검색한 정보를 이용하여 그 목적지 주소에 해당되는 포트로 패킷을 내보냄 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 그림: 라우터의 구조 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 1) 입력포트(input port) 2) 출력포트(output port) 입력포트에서 물리계층 기능과 데이터링크 계층 기능이 구현됨 최근의 많은 라우터에서는 라우팅 테이블에서의 병목현상을 방지 하기 위하여, 라우팅 테이블의 복사본을 각 입력포트에 저장하고 도착한 패킷이 전달되어질 출력포트 결정이 바로 입력포트에서 이루어짐 각 입력포트의 스위칭 결정은 중앙 라우팅 프로세서를 불러내지 않고 라우팅 테이블의 복사본으로 각 입력포트에서 이루어짐 2) 출력포트(output port) 스위치구조를 통하여 전달될 패킷들을 보관하고 출력링크에 패킷을 전송해주는 역할을 수행 출력포트는 데이터링크 계층의 역기능과 물리 계층 기능을 수행 출력포트에서 큐잉과 버퍼관리 기능을 위하여 버퍼가 필요함 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 3) 스위치구조 4) 라우팅 프로세서 스위치구조의 기능은 라우터의 입력포트로 들어 온 패킷을 해당 출력포트로 연결해주는 것 메모리를 통한 교환방식: 입력포트에 패킷이 들어오면 입력포트가 라우팅 프로세서에게 인터럽트를 보내서 패킷을 프로세서 메모리에 복사한 후에, 목적지 주소를 라우팅 테이블에서 찾아 해당 출력포트의 버퍼에 복사하는 방식 버스를 통한 방식: 입력포트는 라우팅 프로세서의 도움 없이 패킷을 공유버스를 통하여 출력포트로 직접 전달 인터컨넥션(interconnection) 네트워크를 사용하여 전달하는 방식 4) 라우팅 프로세서 라우터 안에서 라우팅 프로토콜을 수행하고 라우팅 테이블의 유지보수 및 네트워크 관리기능을 수행 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 그림: 라우터를 통한 네트워크의 연결 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 게이트웨이(gateway) 서로 다른 프로토콜을 사용하는 네트워크를 연결 다른 기종의 시스템이나 네트워크 사이에서 정보의 전달을 가능하게함 대부분의 게이트웨이는 응용 계층에서 작동하나 몇 몇 기종은 OSI 모델의 모든 계층에서 작용 컴퓨터 네트워크

네트워크 통신장비 장비들의 구분 1) 브리지는 링크 레벨의 스테이션들 간에 데이터를 포워딩 링크에서 확장 LAN을 구성하고 있는 다른 링크로 프레임을 전송하는데 사용 2) 스위치는 네트워크 레벨의 노드들 간에 데이터를 포워딩 하나의 링크에서 패킷 스위치 네트워크가 접속되어 있는 다른 링크로 패킷을 전송하는데 사용 3) 라우터는 인터넷 레벨의 노드들 간에 데이터를 포워딩한 네트워크로부터 인터넷을 구성하고 있는 다른 네트워크로 데이터그램을 전송하는데 사용 컴퓨터 네트워크

**우리 마음이 깨끗해 지는 두가지 방법** 우리 마음이 깨끗해 지는데는 두가지 방법이 있습니다. 한가지는 고통과 고난을 겪는 것이고 또 한가지는 깊이 사랑하는 것입니다. 바다는 태풍이 불어야 깨끗해지고 하늘은 비바람이 세차게 몰아쳐야 깨끗해지듯이 사람들은 고난을 통해 깨끗함과 순결함을 얻을 수 있습니다. 그런데 우리가 생각하고 있는 대부분의고통은 진정한 고통이 아닙니다. 고양이 한마리가 다리를 지나갔다고 다리가 든든하다고 할 수 없는것처럼 말입니다. 정말 마음에 깊은 갈등과 아픔이 있었다면, 정말 뜨거운 눈물을 흘렸다면 그 사람의 마음은 비온뒤에 하늘 같이 맑고 깨끗해져 있을 것입니다. 겨울이 추울수록 이듬해 봄에 피어나는 꽃이 더 밝고 맑고 아름답습니다. - 좋은 생각 中 에서 - 컴퓨터 네트워크