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네트워크 이론 핵심 복습

네트워크 이론 핵심 복습입니다. 회선교환/패킷교환, 4가지 지연, 토폴로지, repeater/bridge/switch/router, CSMA/CD를 정리했습니다.

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네트워크 이론 핵심 복습

네트워크 이론은 장비 이름보다 데이터가 어떤 방식으로 전달되고 어디에서 지연이 생기는지를 기준으로 정리하면 이해가 쉽다. 교환 방식, 지연, 토폴로지, 장비 역할, CSMA/CD를 한 번에 복습하기 위한 요약이다.

회선교환과 패킷교환

회선교환(circuit switching)은 통신 세션 동안 전용 경로를 확보하는 방식이다. 경로가 예약되므로 일정한 품질을 기대할 수 있지만, 사용하지 않는 순간에도 자원이 묶인다.

패킷교환(packet switching)은 데이터를 작은 단위로 나누고 각 패킷이 주소 정보를 가지고 네트워크를 통과하는 방식이다. 인터넷은 패킷교환 기반이며, 여러 사용자가 같은 링크를 공유하는 통계적 다중화가 가능하다.

Circuit switching: reserved path, predictable session, lower sharing efficiency
Packet switching : shared links, address in packet, queueing can happen

네 가지 지연

  • 처리 지연: 라우터나 스위치가 헤더를 보고 다음 동작을 결정하는 시간이다.
  • 큐잉 지연: 출력 링크가 바쁠 때 큐에서 기다리는 시간이다.
  • 전송 지연: 패킷의 모든 비트를 링크 위에 밀어 넣는 데 걸리는 시간이다.
  • 전파 지연: 신호가 물리 매체를 타고 다음 장비까지 이동하는 시간이다.
total delay = processing + queueing + transmission + propagation

네트워크 토폴로지

스타형은 중앙 장비를 기준으로 노드가 연결되는 구조다. 현재 사무실 LAN에서 가장 흔한 형태다. 링형은 각 노드가 고리 형태로 연결되는 구조이고, 버스형은 하나의 공유 매체를 여러 노드가 함께 사용하는 구조다.

  • Star: 중앙 장비 장애가 전체 영향으로 이어질 수 있지만 관리가 쉽다.
  • Ring: 순환 구조로 설계되며 장애 처리 방식이 설계에 따라 달라진다.
  • Bus: 구조는 단순하지만 충돌과 확장성 문제가 있다.

Repeater, Bridge, Switch, Router

Repeater는 물리 계층에서 신호를 재생한다. Bridge와 Switch는 데이터 링크 계층에서 MAC 주소를 보고 frame 전달을 결정한다. Router는 네트워크 계층에서 IP 주소와 routing table을 보고 다른 네트워크로 packet을 보낸다.

Repeater : signal regeneration
Bridge : MAC learning/filtering
Switch : multi-port bridge, frame forwarding
Router : IP routing between networks

Bridge와 Switch의 동작

  • Learning: 출발지 MAC 주소를 보고 어느 포트에 있는지 학습한다.
  • Filtering: 같은 포트로 되돌릴 필요가 없는 frame은 전달하지 않는다.
  • Forwarding: 목적지 MAC 주소를 알고 있으면 해당 포트로 보낸다.
  • Flooding: 목적지 MAC 주소를 모르면 같은 VLAN의 다른 포트로 보낸다.
  • Aging: 오래 보이지 않는 MAC table entry를 제거한다.

Router와 Gateway

라우터는 여러 네트워크를 연결하는 장비다. 호스트 입장에서 default gateway는 내 네트워크 밖으로 나갈 때 첫 번째로 패킷을 넘기는 라우터 인터페이스 주소다.

ip route show
ip route get 8.8.8.8

CSMA/CD

CSMA/CD는 오래된 반이중 Ethernet 공유 매체에서 충돌을 감지하고 재전송하기 위한 방식이다. 현대 스위치 기반 전이중 환경에서는 충돌 도메인이 분리되어 예전만큼 직접 마주치지는 않지만, Ethernet 역사와 충돌 도메인을 설명할 때 기본 개념으로 남아 있다.

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