6. 네트워크 기기

네트워크 기기의 처리 범위

- 네트워크 기기는 계층별로 처리 범위를 나눌 수 있음

- 물리 계층 / 데이터 링크 계층을 처리할 수 있는 기기 등이 있음

- 상위 계층을 처리하는 기기는 하위 계층을 처리할 수 있음 -> 그 반대는 불가

 

스위치

: 여러 장비를 연결하고 데이터 통신을 중재하며 목적지가 연결된 포트로만 전기 신호를 보내 데이터를 전송하는 통신 네트워크 장비

- 그 밑의 모든 계층의 프로토콜을 처리할 수 있지만 AP는 물리 계층 밖에 처리하지 못함

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

애플리케이션 계층을 처리하는 기기

1. L7 스위치

- 로드 밸런서라고도 함

- 서버의 부하를 분산하는 기기

- 클라이언트로부터 오는 요청들을 뒤 쪽의 여러 서버로 나누는 역할을 하며 시스템이 처리할 수 있는 트래픽 증가를 목표로 함

- URL, 서버, 캐시, 쿠키들을 기반으로 트래픽을 분산함

- 바이러스, 불필요한 외부 데이터 등을 걸러내는 필터링 기능 또한 가지고 있으며 응용 프로그램 수준의 트래픽 모니터링도 가능

- 만약 장애가 발생한 서버가 있다면 이를 트래픽 분산 대상에서 제외해야 함 -> 정기적인 헬스 체크를 이용하여 감시

 

2. L4 스위치 vs L7 스위치

1) L4 스위치

: 전송 게층을 처리하는 기기

- 스트리밍 관련 서비스에서는 사용할 수 없음

- 메세지를 기반으로 인식하지 못하고 IP와 포트를 기반으로 트래픽을 분산

- L4 스위치를 이용한 로드밸런싱은 NLB(Network Load Balancer) 컴포넌트라고 함

 

2) L7 스위치

- IP, 포트 외에도 URL, HTTP 헤더, 쿠키 등을 기반으로 트래픽 분산

- 클라우드 서비스 등에서는 L7 스위치를 이용한 로드밸런싱은 ALB(Application Load Balancer) 컴포넌트로 함

 

3. 헬스체크

: 정상적인 서버 또는 비정상적인 서버를 판별

- L4 스위치, L7 스위치 모두 사용

- 전송 주기와 재전송 횟수 등을 설정한 이후 반복적으로 서버에 요청을 보내어 확인

- TCP, HTTP 등 다양한 방법으로 요청을 보내며 이 요청이 정상적으로 이루어졌다면 정상적인 서버로 판별

- EX)

• TCP 요청을 보냈는데 3-way hadshake가 정상적으로 일어나지 않으면 비정상 서버
• TCP ) L4 스위치가 서버와 3-way hadshake를 실시 -> 연결인 커넥션이 생성되는데 헬스체크가 목적일 경우 FIN packet을 날려 커넥션 제거
• HTTP ) 3-way handshake를 실시하는 것은 동일 + HTTP Request(GET)을 전송하여 웹 페이지를 요구

로드밸런서를이용한 서버 이중화

로드 밸런싱

: 분산식 웹 서비스로 여러 서버에 부하를 나누어 안정적으로 서비스를 유지할 수 있게 함

- 대표적인 기능 : 서버 이중화

-> 로드밸런서는 2대 이성의 서버를 기반으로 가상 IP를 제공하고 이를 기반으로 안정적인 서비스를 제공

 

1. 로드 밸런싱 알고리즘

 라운드 로빈 방식(Round Robin Method)

: 서버에 들어온 요청을 순서대로 돌아가며 배정하는 방식

- 클라이언트의 요청을 순서대로 분배

- 서버와의 연결(세션)이 오래 지속되지 않는 경우에 적합

 

가중 라운드 로빈 방식(WeightedRound Robin Method)

: 각각의 서버마다 가중치를 매기고 가중치가 높은 서버에 클라이언트 요청을 우선 배분

- 서버의 트래픽 처리 능력이 상이한 셩우 사용되는 부하 분산 방식

 

IP 해시 방식(IP Hash Method)

: 클라이언트의 IP 주소를 특정 서버로 매핑하여 요청을 처리하는 방식

- 사용자의 IP를 해싱하여 로드를 분배하기 때문에 사용자가 항상 동일한 서버로 연결되는 것을 보장

 

최소 연결 방식(Least Connection Method)

: 요청이 들어온 시점에 가장 적은 연결 상태를 보이는 서버에 우선적으로 트래픽 분배

- 자주 세션이 길어지거나 서버에 분배된 트래픽이 일정하지 않은 경우 적합

 

최소 리스폰 타임(Least Response Time Method)

: 서버의 현재 연결 상태와 응답 시간을 모두 고려하여 트래픽 배분

- 가장 적은 연결 상태와 가장 짧은 응답 시간을 보이는 서버에 우선적으로 분배

 

L4 vs L7

L4

- 네트워크 계층 : Layer 4 전송 계층(Transport Layer)

- 특징 : TCP / UDP 포트 정보를 바탕으로 함

- 장점 )

• 데이터 안을 들여다 보지 않고 패킷 레벨에서만 로드를 분산하기 때문에 속도가 빠르고 효율이 높음
• 데이터의 내용을 복호화할 필요가 없기에 안전
• L7 로드 밸런서보다 가격이 저렴

- 단점 )

• 패킷의 내용을 살펴볼 수 없기 때문에 섬세한 라우팅이 불가능
• 사용자의 IP가 수시로 바뀌는 경우라면 연속적인 서비스를 제공하기 어려움

L7

- 네트워크 계층 : Layer 7 응용 계층(Application Layer)

- 특징 : TCP / UDP 정보는 물론 HTTP의 URL, FTP의 파일명, 쿠키 정보 등을 바탕으로 함

- 장점 )

• 상위 계층에서 로드를 분산하기 때문에 훨씬 더 섬세한 라우팅이 가능
• 캐싱 기능 제공
• 비정상적인 트래픽을 사전에 필터링할 수 있어서 서비스 안전성이 높음

- 단점 )

• 패킷의 내용을 복호하해야 하기에 더 높은 비용을 지불해야 함
• 클라이언트가 로드 밸런서와 인증서를 공유해야 하기 때문에 공격자가 로드 밸런서를 통해서 클라이언트의 데이터에 접근할 보안상의 위험성이 존재

인터넷 계층을 처리하는 기기

1. 라우터

: 여러 개의 네트워트를 연결, 분할, 구분시켜주는 역할을 함

- 다른 네트워크에 존재하는 장치끼리 서로 데이터를 주고 받을 때 패킷 소모를 최소화하고 경로를 최적화하여 최소 경로로 패킷을 포워딩하는 라우팅 장비

- 라우팅 결정 경로 순서 : Longest Match Rule -> AD -> Metric

 

2. L3 스위치

: L2 스위치의 기능과 라우팅 기능을 갖춘 장비

- L3 스위치를 라우터라고 해도 무방

-> 라우터는 소프트웨어 기반의 라우팅과 하드웨어 기반의 라우팅을 하는 것으로 나눠지고 하드웨어 기반의 라우팅을 담당하는 장치를 L3 스위치라고 함

 

데이터 링크 계층을 처리하는 기기

1. L2 스위치

: 장치들의 MAC 주소 테이블을 통해 관리하며, 연결된 장치로부터 패킷이 왔을 때 패킷 전송을 담당

- IP 주소를 이해하지 못해 IP 주소를 기반으로 라우팅은 불가능

- 단순히 패킷의 MAC 주소를 읽어 스위칭하는 역할

- 목적지가 MAC 주소 테이블에 없다면 전체 포트에 전달

- MAC 주소 테이블의 주소는 일정 시간 이후 삭제하는 기능도 있음

 

2. 브릿지

: 두 개의 근거리 통신망(LAN)을 상호 접속할 수 있도록 하는 통신망 연결 장치

- 포트와 포트 사이의 다리 역할을 함

- 장치에 받아온 MAC 주소를 MAC 주소 테이블로 관리

- 브릿지는 통신망 범위를 확장하고 서로 다른 LAN 등으로 이루어진 "하나의" 통신망을 구축할 때 사용

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

 

물리 계층을 처리하는 기기

1. NIC

: 네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있도록 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드

- LAN 카드라고 하는 네트워크 인터페이스 카드는 2대 이상의 컴퓨터 네트워크를 구성하는 데 사용

- 각 LAN 카드에는 각각을 구분하기 위한 고유의 식별 번호인 MAC주소가 있음

 

2. 리피터

: 들어오는 약해진 신호 정도를 증폭하여 다른 쪽으로 전달하는 장치

- 이를 통해 패킷이 더 멀리 갈 수 있음

- But, 광케이블이 보금됨에 따라 현재는 잘 쓰이지 않음

 

3. AP(Access Point)

: 유선 LAN은 연결한 후 다른 장치에서 무선 LAN 기술(와이파이 등)을 사용하여 무선 네트워크 연결을 할 수 있음

 

L2 스위치 & ARP

1. 출발지 주소가 MAC 주소 테이블에 없으면 주소를 저장하고 자신의 스위치에 연결되어 있는 서버나 컴퓨터의 정보를 수집
2. 목적지 주소가 MAC 주소 테이블에 없으면 전체 포트로 전달 -> Broadcasting
3. 목적지 주소가 MAC 주소 테이블에 있으면 해당 포트로 전달
4. 출발지와 목적지가 같은 네트워크 영역이면 다른 네트워크로 전달하지 않음 -> IP 구조를 보면 네트워크 영역 파악 가능

 

MAC 주소 테이블의 각 주소는 일정 시간 이후에 삭제

• 스위치의 MAC 주소 테이블은 시간이 지나면 삭제
• 삭제되는 이유는 테이블 저장 공간을 효율적으로 사용
• 해당 포트에 연결된 PC가 다른 포트에 옮겨진 경우도 발생
• 기본 300초 저장, 다시 프레임이 발생되면 다시 카운트

ARP

: IP 주소를 통해 MAC주소를 알려주는 프로토콜

- 컴퓨터 A가 컴퓨터 B에게 IP 통신을 시도하고 통신을 수행하기 위해 목적지 MAC 주소를 알아야 함

- 목적지 IP에 해당하는 MAC 주소를 알려주는 역할을 ARP가 함

 

라우팅 테이블

: 컴퓨터 네트워크에서 목적지 주소를 목적지에 도달하기 위한 네트워크 노선으로 변환시키는 목적으로 사용됨

- 라우팅 프로토콜의 가장 중요한 목적이 바로 라우팅 테이블을 구성하는 것

 

IPv4

: 32bit로 네트워크 ID와 호스트ID로 나뉘어져 있음

- "." (dot)으로 구분된 8bit 4개의 조합

- 네트워크 ID : 어떤 네트워크인가

- 호스트 ID : 해당 네트워크의 어느 컴퓨터인가

- 네트워크 주소 : 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는 데 사용하는 주소

- 브로드캐스트 주소 : 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한 번에 데이터를 전송하는 데 사용되는 전용 IP 주소

- D 클래스 : 멀티캐스트 주소

- E 클래스 : 연구 및 특수 용도