네트워크의 기초 지식

00 기본 용어

• 네트워크 (Network): 서로 연결되어 통신 및 데이터 교환이 가능한 컴퓨터/기기들의 모음
• 노드 (Nodes): 네트워크에 연결된 기기들 (예: 컴퓨터, 서버, 프린터, 라우터, 스위치 등) 
• 프로토콜 (Protocol): 데이터가 네트워크를 통해 전송되는 방식을 규정한 규칙과 표준의 집합 (예: TCP/IP, HTTP, FTP)
• 토폴로지 (Topology): Network topology refers to the physical and logical arrangement of nodes on a network. The common network topologies include bus, star, ring, mesh, and tree. 
• 서비스 제공 네트워크 (Service Provider Networks): These types of Networks give permission to take Network Capacity and Functionality on lease from the Provider. Service Provider Networks include Wireless Communications, Data Carriers, etc. 
• IP 주소: An IP address is a unique numerical identifier that is assigned to every device on a network. IP addresses are used to identify devices and enable communication between them. 
• DNS: The Domain Name System (DNS) is a protocol that is used to translate human-readable domain names (such as http://www.google.com) into IP addresses that computers can understand. 
• 방화벽 (Firewall): A firewall is a security device that is used to monitor and control incoming and outgoing network traffic. Firewalls are used to protect networks from unauthorized access and other security threats

01 컴퓨터 네트워킹이란

• 컴퓨터를 서로 연결하여 통신과 데이터 교환을 가능하게 하는 것
• 일반적으로 컴퓨터 네트워크는 두 대 이상의 컴퓨터의 모음이며 사용자들이 더 쉽게 소통할 수 있도록 도와줌

02 작동 방식

• 기본 구성 요소: 노드, 링크
  • 노드 (Node): 데이터 통신 장비 (모뎀, 라우터 등) 또는 데이터 단말 장비 (2대의 컴퓨터 연결 등) 같은 개념
  • 링크 (Link): 선(wires), 케이블(cables) 또는 무선 네트워크(wireless networks)의 자유 공간(free space)
• 각 기기(컴퓨터/핸드폰/서버)는 장치를 식별하는 데 도움이 되는 IP 주소를 지님
• 컴퓨터 네트워킹은 어떠한 링크를 통해 데이터를 송수신하게끔 하는 규칙 또는 프로토콜

03 Enterprise 네트워크 종류

1. LAN, WAN, Cloud Networks

1) LAN

• 'Local Area Network'
• 지리적으로 작은 범위를 아우르는 네트워크 (예: 사무실, 집)
• 보통 한 건물 혹은 캠퍼스 안에 있는 컴퓨터/기기들을 연결하는 데 사용

2) WAN

• 'Wide Area Network'
• 지리적으로 광대한 범위를 아우르는 네트워크 (예: 도시, 나라, 전세계)
• 보통 LAN들을 연결시켜주고 장거리 통신 시 사용

3) Cloud Networks

• Public 또는 Private 클라우드 서비스 제공업체에 호스팅될 수 있으므로 WAN으로 시각화될 수 있음(?)
• 클라우드 네트워크는 가상 라우터, 방화벽 등으로 구성됨

2. Open, Closed System (번외)

• Open System: 네트워크에 연결된 시스템으로, 통신 가능
• Closed System: 네트워크에 연결되지 않은 시스템으로, 통신 불가

04 네트워크 아키텍처 (Network Architecture) 종류

1. Client-Server Architecture:

• Node가 Server나 Client로 되어있는 아키텍처
• Server node가 Client node의 동작을 관리할 수 있음

2. Peer-to-Peer Architecture (P2P):

• 중앙 Server (Central Server)의 개념이 없음
• 각 기기가 Client 또는 Server로서 작동할 수 있는 아키텍처

05 네트워크 장치/매체 (Devices)

• 컴퓨터/기기 간 통신을 돕는 물리적 장치/매체로서 컴퓨터 네트워크에 있는 하드웨어가 서로 잘 통신할 수 있도록 함
• 네트워크 하드웨어라고도 부름
• 예: 리피터, 허브, 브리지, 스위치, 라우터, 게이트웨이, 브루터, NIC 등
•  

  

1) Repeater

2) Hub

3) Bridge

4) Router

5) Gateway

• 두 개의 네트워크를 연결하는 통로
• 메신저 역할: 하나의 시스템에서 데이터를 가져와 해석하고 다른 시스템으로 전송
• 프로토콜 변환기 (protocol converter)라고도 불리며 모든 네트워크 계층에서 작동 가
• 일반적으로 게이트웨이는 스위치나 라우터보다 복잡함

6) Brouter

7) NIC

06 네트워크 토폴로지 (Topology)

• Network topology refers to the arrangement of different elements like nodes, links, or devices in a computer network
• defines how these components are connected and interact with each other
• Common types: point-to-point, bus, star, ring, mesh, tree and hybrid topologies

1. Point to Point Topology

• works on the functionality of the sender and receiver
• the simplest communication between two nodes, in which one is the sender and the other one is the receiver
• provides high bandwidth

• 

2. Mesh Topology

• In a mesh topology, every device is connected to another device via a particular channel (links)
• In Mesh Topology, the protocols used are AHCP (Ad Hoc Configuration Protocols), DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), etc.

• 

• 장단점

장점	단점
- Communication is very fast b/w the nodes - is robust - the fault is diagnosed easily. Data is reliable b/c data is transferred among the devices through dedicated channels/links - provides security and privacy	- installation and configuration are difficult - the cost of cables is high as bulk wiring is required, hence suitable for less number of devices - the cost of maintenance is high

• 사용 예)
  • internet backbone, where various internet service providers are connected to each other via dedicaterd channels
  • military communication systems
  • aircraft navigation systems

3. Star Topology

• In Star Topology, all the devices are connected to a single hub through a cable
• This hub is the central node and all other nodes are connected to the central node
• The hub can be passive in nature (i.e., not an intelligent hub such as broadcasting devices), at the same time the hub can be intelligent (known as an active hub)
• Active hubs have repeaters in them
• Coaxial cables or RJ-45 cables are used to connect the computers
• In Star Topology, many popular Ethernet LAN protocols are used as CD(Collision Detection), CSMA (Carrier Sense Multiple Access), etc.

• 

• 장단점

장점

단점

- if N devices are connected to each other in a star topology, then the number of cables required to connect them is N (thus, easy to set up) - each device requires only 1 port (i.e., to connect to the hub), thus the total number of ports required is N - robust. if on link fails only that link will affect and not other than that - easy to fault identification and fault isolation - star topology is cost-effective as it uses inexpensive coaxial cable

- if the concentrator (hub) on which the whole topology relies fails, the whole system will crash down - high cost of installation - performance is based on the single concentrator (i.e., hub)

• 사용 예) 
  • local area network (LAN) in an office where all computers are connected to a central hub
  • wireless networks where all devices are connected to a wireless access point

07 네트워크 프로토콜

• A protocol is a set of rules or algorithms which define the way how two entities can communicate across the network and there exists a different protocol defined at each layer of the OSI model
• A few such protocols are TCP, IP, UDP, ARP, DHCP, FTP, and so on

1) TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)

• 기능: The foundational protocol suite of the internet, enabling reliable communication (참조: )
• 설명: 
  • TCP: ensures data is delivered reliably and in order
  • IP: routes data packets to the destination based on IP 주소

2) HTTP and HTTPS (Hypertext Transfer Protocol)

• 기능: The protocols used for transmitting web pages.
• 설명:
  • HTTP: Unsecured communicatio
  • HTTPS: Secured communication using SSL/TLS encryption

3) SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

• 기능: Protocol for sending email
• 설명:
  • works with other protocols like POP3 and IMAP for email retrieval

4) FTP (File Transger Protocol)

• 기능: Protocol for transferring files b/w computers
• 설명:
  • includes commands for uploading, downloading, and managing files on a remote server

5) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

• 기능: Automatically assigns IP addresses to devices on a network
• 설명:
  • reduces manual configuration and IP address conflicts

6) DNS (Domain Name System)

• 기능: translates human-friendly domain names into IP addresses
• 설명: 
  • ensures seamless navigation on the internet
• DNS Server 
  • DNS is basically a server that translates web addresses or URLs (e.g., http://www.google.com) into their corresponding IP addresses.
  • We don't need to remember all the IP addresses of every website. The command 'nslookup' + URL gives you the IP address of the domain you are looking for, and also provides information on our DNS Server
• DNS vs DNS Server
  • DNS는 전체 시스템과 프로토콜을 지칭 - 이 시스템은 도메인 이름과 IP 주소로 변환하는 방ㅇ식을 정의하고, 계층 구조와 캐싱 등의 메커니즘을 포함함
  • DNS Server는 DNS 시스템의 구성 요소로, 도메인 이름과 IP 주소 간의 매핑 정ㅂ보를 저장하고 제공하는 실제 서버. 여러 종류의 DNS Server가 있으며, 각 서버는 DNS 시스템의 특정 역할을 담당함  
  • → DNS는 주소 변환 시스템 전체를 의미하며, DNS 서버는 이 시스템의 일부로서 실제로 정보를 저장하고 제공하는 서버

DNS

DNS Server

- 설명:   - DNS는 인터넷의 주소 변환 시스템 - 역할:   - 사람이 이해하기 쉬운 도메인 이름(예: http://www.example.com)을 컴퓨터가 이해할 수 있는 IP 주소(예: 192.0.2.1)로 변환 (웹사이트에 접속하기 위해 브라우저에 도메인 이름을 입력하면, DNS는 이를 IP 주소로 변환하여 웹사이트를 찾을 수 있도록 함)   - 계층적 구조: DNS는 여러 네임서버로 구성된 계층적 구조를 사용하여 도메인 이름을 효율적으로 해석함   - 캐싱: 자주 조회되는 도메인 이름과 IP 주소를 캐시에 저장하여 빠르게 응답 가능하게끔 함

- 설명:   - DNS 시스템의 구성 요소 중 하나로, 실제로 도메인 이름과 IP 주소 간의 매핑을 저장 및 제공하는 서버 - 종류:   - 루트 네임 서버 (Root Name Server): DNS 계층 구조의 최상위에 위치하며, 최상위 도메인(.com, .org 등) 및 하위 도메인에 대한 정보 제공   - 권한 있는 네임 서버 (Authoritative Name Server): 특정 도메인 이름에 대한 IP 주소 정보를 보유. 예) example.com 도메인의 권한 있는 네임서버는 example.com에 대한 IP 주소를 직접 제공   - 재귀적 네임 서버 (Recursive Name Server): 클라이언트의 DNS 쿼리를 받아서 필요한 정보를 찾기 위해 다른 DNS 서버에 요청을 전송. 이 서버는 최종적으로 도메인 이름에 대한 IP 주소를 찾아 클라이언트에게 전달   - 캐시 네임 서버 (Caching Name Server): 도메인 이름과 IP 주소의 매핑 정보를 일정 기간 저장하여, 동일한 요청이 들어올 때 빠르게 응답할 수 있도록 함

 

7) ARP (Address Resolution Protocol)

• 기능: converts an IP address to its corresponding physical address (e.g., MAC address)
• 설명:
  • Used by the Data Link Layer to identify the MAC address of the Receiver's machine

8) RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

• 기능: provides the IP address of the device given a physical address as input. But RARP has become obsolete since the time DHCP has come into the picture

08 네트워크의 고유 식별자

1. Hostname

• 네트워크 안에서의 각 device는 hostname이라는 unique한 이름을 갖고 있음
• 관리자 모드에서 “hostname”이라고 명령줄에 입력 후 'enter' 누를 시 device의 hostname 조회 가능

2. IP 주소

• Also known as the Logical Address, the IP Address is the network address of the system across the network
• To identify each device in the world-wide-web, the Internet Assigned Numbers Authority (IANA) assigns an IPV4 (Version 4) address as a unique identifier to each device on the Internet
• The length of an IPv4 address is 32 bits, hence, we have 232 IP addresses available
• The length of an IPv6 address is 128 bits
• In Windows Type “ipconfig” in the command prompt and press ‘Enter’, this gives us the IP address of the device
• For Linux, Type “ifconfig” in the terminal and press ‘Enter’ this gives us the IP address of the device

3. MAC 주소 (Media Access Control address)

• Also known as physical address, the MAC Address is the unique identifier of a computer and is associated with its network card called NIC (Network Interface Card)
• A MAC address is assigned to the NIC at the time of manufacturing
• The length of the MAC address is: 12-nibble/ 6 bytes/ 48 bits
• Type “ipconfig/all” or "ifconfig" in the command prompt and press ‘Enter’, this gives us the MAC address
  • ether 옆에 있는 12자리 숫자가 MAC 주소임
• e.g., 00:0c:30:a2:45:78

4. Port

• A port can be referred to as a logical channel through which data can be sent/received to an application
• Any host may have multiple applications running, and each of these applications is identified using the port number on which they are running
• A port number is a 16-bit integer, hence, we have 2^16 (2의 16승) ports available which are categorized as shown below:

Port Types	Range
Well known Ports	0 - 1023
Registered Ports	1024 - 49151
Ephemeral Ports	49152 - 65535

• Number of ports: 65,536
• Range: 0 – 65535
• Type “netstat -a” in the command prompt and press ‘Enter’, this lists all the ports being used

5. Socket

• the unique combination of IP address and Port number together
• (in other words) 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 통신의 종단점 역할
• (in other words) 네트워크 통신에서 데이터가 전송되는 논리적인 연결점 - 컴퓨터 간, 혹은 컴퓨터와 서버 간의 데이터 송수신을 가능하게 함

 

참조

1. https://www.geeksforgeeks.org/basics-computer-networking/
2. https://www.geeksforgeeks.org/network-devices-hub-repeater-bridge-switch-router-gateways/
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