[Inflearn] "외워서 끝내는 네트워크 핵심이론 - 기초" Note-Taking

해당 포스트는 학습 목적으로 작성되었으며 «외워서 끝내는 네트워크 핵심이론 - 기초»을 참고하여 작성하였음을 알려드립니다.

섹션 2. Internet 기반 네트워크 입문

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OSI 7계층 프로토콜 구조

계층	프로토콜	식별자	데이터 단위
L2	Ethernet (LAN)	MAC 주소	Frame
L3	IP (WAN)	IP 주소	Packet
L4	TCP, UDP	Port 번호	Segment
L5	SSL/TLS	-	-
L7	HTTP	-	Stream

식별자 정리

• L2 - MAC 주소: NIC(랜카드)마다 부여되는 하드웨어 물리 주소
• L3 - IP 주소: Host를 식별하는 논리 주소
• L4 - Port 번호:
  • L2: 인터페이스 식별자
  • L3-L4: 서비스 식별자
  • L7: 프로세스 식별자

Host의 개념

Computer + Network = Host

Host의 분류:

1. Switch (네트워크 인프라)
   • 네트워크 그 자체를 구성하는 Host
   • 대표: Router
2. End-point (단말기)
   • Switch를 이용하는 주체
   • 대표: Client, Server, Peer

Switch의 종류

Switching = Interface 선택 작업

Switch 종류	판단 기준	역할
L2 Switch	MAC 주소	End-point 직접 연결 (Access Switch)
L3 Switch	IP 주소	네트워크 간 라우팅 (Router)
L4 Switch	Port 번호	부하 분산
L7 Switch	HTTP 프로토콜	애플리케이션 레벨 분산

섹션 3. L2 수준에서 외울 것들

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NIC (Network Interface Card)

• 별칭: LAN 카드
• 특징: 하드웨어 장치이며 MAC 주소(L2 식별자)를 가짐
• L2 Access Switch: End-point에 직접 연결되는 스위치

핵심 개념 정리

• MAC 주소: NIC 제조 시 하드웨어에 고정되는 물리 주소
• IP 주소: 소프트웨어적으로 할당되는 논리 주소
• Port 번호: 특정 서비스를 식별하는 번호
• 서브넷 마스크: 네트워크를 구분하는 데 사용

Broadcast

• 특징: L2 네트워크 내 모든 호스트에게 전송
• 필수 요소: 브로드캐스트 범위 조절
• 방법: 서브넷 마스크를 사용하여 네트워크 분할

섹션 4. L3 수준에서 외울 것들

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IP 주소 구조

192.168.1.10 = 11000000.10101000.00000001.00001010

주소 분할:

• 192.168.1 → Network ID (네트워크 식별)
• 10 → Host ID (호스트 식별)

IP Packet의 이해

• 정의: L3 계층의 데이터 단위
• 최대 크기: MTU (Maximum Transmission Unit) - 일반적으로 1,500 byte
• 구성: Header + Payload
• Encapsulation:
  • L2 Frame의 Payload 안에 L3 IP Packet이 포함
  • L3 Packet의 Payload 안에 L4 TCP/UDP 포함

계층별 데이터 단위

• L1-L2: Frame
• L3 (IP): Packet
• L4 (TCP): Segment
• Socket: Stream

네트워크 장애 유형

장애 유형	증상	주요 원인	비고
Loss Segment	패킷 유실	주로 Network 문제	혼잡, 장비 오류
Re-Transmission + ACK-Duplicate	재전송 후 중복 ACK	Network 또는 End-point	지연, 버퍼 부족
Out Of Order	패킷 순서 뒤바뀜	거의 Network 문제	TCP 스택에서 자동 보정
Zero Window	버퍼 공간 없음	End-point 애플리케이션	처리 속도 불균형

IPv4 Header

• 일반적인 크기: 20 byte (옵션 없을 시)
• 주요 필드: Version, TTL, Protocol, Source IP, Destination IP 등

Subnet Mask

• 목적: Network ID와 Host ID 구분
• 방법: IP 주소와 AND 연산 수행

CIDR 표기법 (Classless Inter-Domain Routing):

192.168.0.10/24
             ↑
        서브넷 마스크 비트 수 (255.255.255.0)

Loopback Address

• 주소: 127.0.0.1
• 용도: 자기 자신과 통신 (IPC - Inter Process Communication)
• 장점: IP 주소가 변경되어도 항상 동일

TTL과 단편화

TTL (Time To Live):

• 패킷이 라우터를 거칠 때마다 1씩 감소
• 0이 되면 패킷 폐기 (무한 루프 방지)
• 단위: hop (라우터를 거치는 횟수)

단편화 (Fragmentation):

• 발생 원인: 경로 상 MTU 크기 차이
• 조립 위치: 주로 수신측에서 수행
• 권장: 단편화가 발생하지 않는 것이 최선
• VPN 주의: IPsec 적용 시 MTU 감소 가능

인터넷 사용을 위한 필수 설정

1. IP 주소: 내 컴퓨터의 주소
2. Subnet Mask: 네트워크 범위 설정
3. Gateway IP 주소: 외부 네트워크 연결 경로
4. DNS 주소: 도메인 이름 해석 서버

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

• 구성: DHCP 서버 + DHCP 클라이언트
• 기능: 복잡한 인터넷 설정을 자동으로 수행
• 핵심: 사용할 IP 주소를 서버가 자동 할당
• 장점: 수동 설정 오류 방지, 관리 편의성

ARP (Address Resolution Protocol)

• 목적: IP 주소로 MAC 주소를 알아냄
• 필요 상황: Gateway의 MAC 주소를 찾아야 인터넷 연결 가능
• 동작: 브로드캐스트로 “이 IP 가진 사람 MAC 주소 알려줘” 요청

RARP (Reverse ARP):

• MAC 주소로 IP 주소를 알아내는 역방향 프로토콜

Ping과 RTT

• Ping: 유틸리티 프로그램 (프로토콜 자체는 아님)
• 목적: RTT (Round Trip Time) 측정
• RTT: 패킷이 목적지까지 갔다가 돌아오는 시간
• 사용 프로토콜: ICMP (Internet Control Message Protocol)

섹션 5. L4 수준 대표주자 TCP와 UDP

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TCP와 UDP 비교

특징	TCP	UDP
연결	연결 지향 (Connection)	비연결
신뢰성	높음 (재전송, 순서 보장)	낮음
속도	상대적으로 느림	빠름
혼잡 제어	O	X
순서 보장	O	X
사용 예	웹, 이메일, 파일 전송	게임, 스트리밍, DNS

핵심 차이점:

• TCP에만 연결(Connection, Session) 개념이 존재
• 연결은 상태(전이) 개념을 동반

TCP 연결 과정 (3-Way Handshake)

• 의미: 정책 교환 단계
• 주도권: 일반적으로 Client가 더 능동적 (연결 수립/해제 선택)
• MSS (Maximum Segment Size) 교환:
  • 클라이언트와 서버가 MSS를 공유
  • 작은 쪽 MSS에 맞춰 Segment 크기 조정

TCP 연결 종료 과정 (4-Way Handshake)

• Socket 특성: 유한한 자원 → Closed와 동시에 회수
• ⚠️ 중요 원칙:
  • 연결 종료는 반드시 Client 측에서 수행
  • 이유: Server 측에서 먼저 종료 시 Time Wait 발생
  • Time Wait 상태가 쌓이면 서버 리소스 고갈

TCP Header 형식

• 포트 번호 범위: 0 ~ 65535 (실제로는 1 ~ 65534 사용)
  • 총 2¹⁶ = 65,536개
  • 0번, 65535번은 예약됨
• Checksum: 전송 중 데이터 손상 여부 확인

UDP Header 형식

• 특징:
  • 혼잡 제어 없음
  • 수신측 상태 무시 (일방적 전송)
  • 헤더가 단순하여 오버헤드 적음

게임 서버가 UDP를 사용하는 이유:

• TCP 사용 시: 네트워크 상태가 안 좋은 유저에 맞춰 전체가 하향 평준화
• UDP 사용 시: 각 클라이언트를 독립적으로 처리 가능

섹션 6. 웹을 이루는 핵심 기술

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DNS (Domain Name System)

• 구조: 분산형 계층적 데이터베이스
• 목적: 도메인 이름을 IP 주소로 변환

도메인 구조:

www.naver.com
│   └─────┬───┘
│      Domain Name
└─ Host Name

DNS 조회 최적화:

1. DNS Cache: Host가 한 번 조회한 결과를 캐시에 저장 (Expired 시까지)
2. hosts 파일: 로컬 파일에 기록 시 DNS 조회 생략
3. DNS Forwarding: 공유기가 제공하는 DNS 중계 기능

URL과 URI

• URL (Uniform Resource Locator): 리소스의 위치
• URI (Uniform Resource Identifier): 리소스의 식별자
• 관계: URL은 URI에 포함되는 개념
• Resource: File과 동일하게 생각하면 편함

URL 구조:

Protocol://Address:Port/Path?Parameter=value
   ↓        ↓       ↓    ↓         ↓
  http   domain    80  /page   ?id=123

예시:

http://www.test.co.kr/index.html
                      └─ 생략 가능 (기본값)

HTTP (HyperText Transfer Protocol)

• 정의: HTML 문서를 전송하기 위해 만들어진 L7 통신 프로토콜
• 특징:
  • L5 이상은 Socket 통신
  • Stream 데이터 사용 (시작은 있지만 끝이 정해지지 않음)
  • 끝은 HTTP 프로토콜로 해석

HTTP Header 분류:

1. 일반 헤더: 요청/응답 모두 사용
2. 요청 헤더: 클라이언트 정보
3. 응답 헤더: 서버 정보
4. 엔티티 헤더: 본문(body) 정보

주요 HTTP 응답 코드

2xx - 성공:

• 200 OK: 요청 정상 처리
• 201 Created: 새로운 자원 생성 성공

3xx - 리다이렉션:

• 301 Moved Permanently: 영구 이동
• 302 Found: 임시 이동

4xx - 클라이언트 오류:

• 400 Bad Request: HTTP 규약 위반 요청
• 403 Forbidden: 권한 없음, 잘못된 접근
• 404 Not Found: 리소스 없음

5xx - 서버 오류:

• 500 Internal Server Error: 서버 내부 오류로 요청 처리 불가

HTTP Method

• GET: 리소스 조회
• POST: 리소스 생성, 데이터 전송
• HEAD: 헤더 정보만 조회
• TRACE: 요청 경로 확인
• PUT: 리소스 전체 수정
• DELETE: 리소스 삭제
• OPTIONS: 서버가 지원하는 메소드 확인
• CONNECT: 프록시를 통한 터널링

Web 서비스 구조

Web 브라우저 구성 요소:

1. 구문 분석: HTML, CSS 파싱
2. 렌더링: 화면에 표시
3. JS 엔진: JavaScript 실행

개발 설계 원칙:

• UI, Data, 제어 분리
  • CSS: UI (스타일)
  • HTML: Data (구조)
  • JavaScript: 제어 (동작)
• ⚠️ 보안 원칙: 원격지 사용자 입력은 반드시 검증 대상

APM (Application Performance Monitoring)

• 위치: WAS와 DB 사이
• 목적: 성능 및 속도 모니터링

주요 모니터링 지표:

• TPS (Transaction Per Second): 초당 처리 트랜잭션 수
• 응답 시간: 요청부터 응답까지 소요 시간
• 병목 지점: 성능 저하 구간 파악

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References

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• 외워서 끝내는 네트워크 핵심이론 - 기초