컴퓨터네트워크

4월 15, 2025·
안상아
안상아
· 6 분 읽기

Chapter 1. Introduction

1.1 데이터 통신 네트워크의 진화

  • 설계 시 고려 요소: 상업성, 통신 선로 설치 비용(매우 높음), 장비 비용은 상대적으로 저렴.
  • 새로운 기술 도입 시 기존 인프라 재사용 여부와 투자 가치 평가가 중요.
    • 성공 사례: xDSL (전화선 기반 고속 데이터 통신).
    • 실패 사례: 1970년대 영상통화(인프라 대비 수요 부족).
  • 모뎀(Modem): 디지털 ↔ 아날로그 변환을 담당하여 기존 전화선 사용 가능.

1.2 네트워크 발전 과정

  • 통신사는 기존 전화망 인프라를 최대한 활용하며 점진적으로 데이터 서비스를 확장.
  • 전화번호와 IP 주소 매핑: 인터넷 회선을 통해 일반 전화 서비스 제공 가능하지만 음질 저하.

1.3 인터넷과 ISP

  • ISP(Internet Service Provider): KT, SKT 등 접속 서비스를 제공하는 사업자.
  • 계층적 구조: 지역 ISP → 백본 ISP → 국제 백본. 피어링과 트랜짓으로 상호 연결.

Chapter 19. Host-to-Host Delivery

2.1 OSI 7계층 요약

  1. Physical: 신호 전송.
  2. Data Link: MAC 주소, 오류 검출, hop-to-hop 전달.
  3. Network: 라우팅, 주소 지정, 멀티캐스트, 주소 해결.
  4. Transport: TCP/UDP, end-to-end 신뢰성.
  5. Session
  6. Presentation
  7. Application: HTTP, DNS 등. (실습에서는 주로 4~7계층 집중.)

2.2 네트워크 계층 역할

  1. Internetworking: 이종 네트워크를 연결.
  2. Addressing: 전 세계적으로 유일한 주소 할당.
  3. Routing: 최적 경로 결정.
  4. Packetizing: 상위 계층 데이터 패킷화.
  5. Fragmenting: MTU에 맞춰 분할.

2.3 스위칭 방식

  • Circuit Switching: 회선 교환. 전화망처럼 연결 후 일정 대역폭 확보.
  • Packet Switching: 패킷 단위 전달. 인터넷이 채택한 방식.

2.4 Datagram 접근

  • Connectionless 통신. 각 패킷이 독립적으로 라우팅.
  • out-of-order 도착 가능 → Transport 계층(TCP)에서 순서 재조립 및 흐름 제어.

Chapter 19. IP 주소와 서브넷

3.1 IPv4 주소 체계

  • 32-bit 주소, 유일성(Unique)과 보편성(Universal)을 만족해야 한다.
  • 클래식 주소(Classful Addressing):
    • Class A: 0xxxxxxx (0–127), NetID 7bit, HostID 24bit.
    • Class B: 10xxxxxx (128–191), NetID 14bit, HostID 16bit.
    • Class C: 110xxxxx (192–223), NetID 21bit, HostID 8bit.
    • Class D: 1110xxxx (224–239), 멀티캐스트.
    • Class E: 1111xxxx (240–255), 실험용 예약.
  • 특수 주소:
    • -.0.0.0: 네트워크 주소.
    • -.0.0.1: 라우터(게이트웨이) 주소로 관습적으로 사용.
    • -.255.255.255: 브로드캐스트.

3.2 Subnetting

  • 대규모 네트워크를 여러 서브넷으로 분할하여 관리성과 보안 향상.
  • 계산: IP 주소 AND Subnet Mask = Subnetwork Address.
  • CIDR(Classless Inter-Domain Routing)로 유연한 주소 할당 가능.

3.3 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

  • 동적으로 IP/네트워크 설정 할당.
  • 절차: Discover → Offer → Request → ACK.
  • IP 고갈 문제 완화, 이동성이 높은 단말에 적합.
  • NAT와 결합해 내부망 주소를 외부에 노출하지 않음.

3.4 NAT (Network Address Translation)

  • 사설망 ↔ 공인망 주소 변환.
  • 하나의 공인 IP로 여러 내부 호스트를 인터넷에 연결.
  • 포트 주소 변환(PAT)으로 세션 구분.
  • 외부에서 내부 호스트 접근 시 포트 포워딩 또는 고정 IP 필요.

3.5 IP Datagram Format

  • TTL(Time to Live): 라우터를 거칠 때마다 감소, 0이 되면 폐기해 루프 방지.
  • Fragmentation: 패킷이 MTU보다 크면 분할. 재조립은 목적지에서만 수행.

Chapter 20. Network Layer Protocols

4.1 ARP (Address Resolution Protocol)

  • 목적: 동일 네트워크 내에서 IP → MAC 주소 매핑.
  • 동작: ARP Request는 브로드캐스트, Reply는 유니캐스트로 응답.
  • 캐시를 유지하여 잦은 질의를 줄임.

4.2 IP 프로토콜

  • 헤더 최소 20바이트. 버전, 헤더 길이, TTL, 프로토콜, 체크섬 등이 포함.
  • Multiplexing: 프로토콜 필드로 상위 프로토콜 식별(TCP=6, UDP=17, OSPF=89 등).

4.3 Fragmentation과 MTU

  • 링크별 MTU가 다를 경우 라우터가 패킷을 분할.
  • DF(Don’t Fragment) 플래그가 설정되면 분할 불가 → ICMP 오류 반환.

4.4 ICMP (Internet Control Message Protocol)

  • IP 계층의 오류/진단 메시지 전달.
  • Error-reporting: Destination Unreachable, Source Quench(Deprecated), Time Exceeded, Parameter Problem, Redirect.
  • Query: Echo Request/Reply(ping), Timestamp 등.
  • 주의: ICMP는 오류만 보고하며 해결은 상위 계층이 담당. 흐름 제어/혼잡 제어 기능은 없음.

4.5 IPv6 개요

  • 128-bit 주소 공간, 헤더 간소화, QoS 필드 확장.
  • 주소 표기: 16진수와 :: 사용으로 0 시퀀스 축약.
  • 전환 전략:
    1. Dual Stack: 장비가 IPv4/IPv6 동시 지원.
    2. Tunneling: IPv6 패킷을 IPv4로 캡슐화하여 전송.
    3. Header Translation: IPv6 ↔ IPv4 헤더 변환 (정보 손실 가능).

Chapter 21. Unicast & Multicast Routing

5.1 라우팅 유형

  • Unicast: 1→1. 대부분의 일반 트래픽.
  • Multicast: 1→N. 그룹 가입 노드에게만 전송.
  • Broadcast: 1→All. IPv4에서 제한적 사용.
  • Anycast: 1→가장 가까운 노드. DNS 루트 서버 등.

5.2 Overlay Network

  • 기존 물리망 위에 논리적 네트워크(컨텐츠 전송망, CDN 등) 구축.
  • 멀티미디어 스트리밍 시 동일 콘텐츠를 효율적으로 전달.
  • 신규 서비스 도입 시 전용 오버레이를 설계할지 비용 대비 효과 분석 필요.

5.3 Unicast Routing Protocols

  • RIP: 거리 벡터, 홉 수 기반, 소규모 네트워크.
  • OSPF: 링크 상태, 대규모 기업망.
  • BGP: 경로 벡터, 자율 시스템 간 라우팅(인터넷 백본).

5.4 Multicast Routing

  • IGMP(Internet Group Management Protocol)로 호스트 그룹 가입 관리.
  • 라우터는 멀티캐스트 트리를 구성하여 필요한 링크로만 패킷 전달.
  • PIM(Protocol Independent Multicast) 등 라우팅 프로토콜로 구현.

Chapter 22. 네트워크 보안 기초

6.1 HTTP 보안

  • 기본 인증(Basic Auth): Base64로 사용자/비밀번호 전달 → 도청에 취약.
  • 요약 인증(Digest Auth): 해시 사용하지만 MITM 공격, 서버 인증 부재 등 취약점 존재.
  • 해결책: SSL/TLS 기반 HTTPS로 전송 계층을 암호화.

6.2 전자메일 보안

  • 요구사항: 기밀성, 인증, 무결성, 부인방지.
  • 암호화 방식:
    • 대칭키: 빠르지만 키 분배 문제.
    • 공개키/개인키: PGP가 대표. 대칭키 + 공개키 혼합으로 효율 확보.
  • 좋은 패스프레이즈: 길고 추측 어려우며 사용자가 기억 가능해야 한다.

6.3 공개키 검증

  • CA(Certificate Authority):
    • 공인 기관이 인증서를 발급하여 (공개키, 소유자) 쌍을 보증.
    • 인증서에는 시리얼 번호, 주체 정보, 발급자, 유효 기간, 디지털 서명 포함.
    • 웹 브라우저는 루트 CA 목록을 신뢰 기반으로 내장.
  • PGP Web of Trust:
    • 사용자 간 상호 신뢰로 키를 검증.
    • 각 키는 Validity(인증 여부)와 Trust(신뢰도) 속성을 가진다.

6.4 Transport 계층 보안

  • SSL/TLS:
    • 공통 기능: 세션 키 교환, 데이터 암호화, 서버/클라이언트 인증.
    • HTTPS = HTTP over TLS.
    • 단점: 초기 핸드셰이크 시 공용키 연산으로 지연 발생.

6.5 IP 계층 보안 (IPsec)

  • 기능: 라우터 간 터널링, 암호화, 무결성 검증.
  • 프로토콜:
    • ESP (Encapsulating Security Payload): 암호화 + 인증.
    • AH (Authentication Header): 인증 + 무결성 (암호화 없음).
  • 모드: 전송 모드(End-to-End), 터널 모드(네트워크 간).

6.6 VPN (Virtual Private Network)

  • 인터넷 상에서 사설망과 유사한 보안 환경 제공.
  • 비교:
    • Leased Line: 전용 회선. 높은 비용, 높은 보안.
    • 혼합망: 일부 전용 + 인터넷.
    • VPN: IPsec 터널 모드 활용, 비용 효율성과 보안성 절충.

7. 요약 및 학습 팁

  • 네트워크 설계 시 기존 인프라 재사용과 새로운 기술 도입 간 비용/효과를 분석하라.
  • IP 주소 설계를 위해 Subnetting과 CIDR 계산에 익숙해질 것.
  • 라우팅 프로토콜(RIP/OSPF/BGP)의 동작 원리를 비교해 네트워크 규모별 적용 전략을 세워라.
  • 보안은 계층별로 적용된다: 애플리케이션(HTTPS) → 트랜스포트(TLS) → 네트워크(IPsec).
  • 패킷 캡처 툴(Wireshark)을 활용해 ARP, ICMP, DHCP, TLS 핸드셰이크 등을 직접 관찰하면 이해도가 향상된다.
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안상아
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