계층별 네트워크 기기

❒ Description

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네트워크 기기는 계층별로 처리 범위를 나눌 수 있다. 그리고 상위 계층을 처리하는 기기는 하위 계층을 처리할 수 있지만,

그 반대는 불가능 하다. 이번에는 계층별 네트워크 기기에 대해서 자세히 공부한다.

 

 

 

❒ 애플리케이션 계층을 처리하는 기기

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1. L7 스위치

L7 스위치는 여러 장비를 연결하고, 데이터 통신을 중재하며 목적지가 연결된 프로토콜만 전기 신호를

보내 데이터를 전송하는 통신 네트워크 장비다. L7 스위치는 로드벨런스라고 부르기도 한다.

이와 관련된 내용은 깃블로그 참고하기.

 

 

 

❒ 인터넷 계층을 처리하는 기기

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1. 라우터

라우터란 여러 개의 네트워크를 연결, 분할, 구분시켜주는 역할을 하며 "다른 네트워크에 존재하는 장치끼리

서로 데이터를 주고받을 때 패킷 소모를 최소화하고 경로를 최적화하여 최소 경로로 패킷을 포워딩"하는 

라우팅을 하는 장비다.

이와 관련된 내용은 깃블로그 참고하기.

 

라우터는 다음과 같은 또 다른 특징도 가지고 있다.

• 오류 패킷의 폐기 기능과 혼잡 제어 기능을 수행한다.
• 논리 주소에 따라 네트워크 트래픽의 방향을 지정한다.
• 방화벽과 같은 일차적인 보안 기능을 제공한다.

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2. L3 스위치 (= 라우터)

L3 스위치는 L2 스위치의 기능과 라우팅 기능을 갖춘 장비를 말한다. 라우터라고 불러도 무방하다.

라우터는 소프트웨어 기반의 라우팅과 하드웨어 기반의 라우팅을 하는 것으로 나눠지고 하드웨어 기반의

라우팅을 담당하는 장치를 L3 스위치라고 한다.

 

 

‣ L2 스위치와 L3 스위치의 차이

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

 

 

 

❒ 데이터 링크 계층을 처리하는 기기

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1. L2 스위치

L2 스위치는 장치들의 MAC 주소를 MAC 주소 테이블을 통해 관리하며, 연결된 장치로 부터

패킷이 왔을 때 패킷 전송을 담당한다.

 

IP 주소를 이해하지 못해 IP 주소를 기반으로 라우팅은 불가능하며 단순히 패킷의 MAC를 읽어

스위칭하는 역할을 한다. 

 

목적지가 MAC 주소에 없다면 전체 포트에 패킷을 전달하고 MAC 주소 테이블의 주소는 

일정 시간 이후 삭제하는 기능도 가지고 있다.

 

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2. 브릿지

브릿지는 두 개의 근거리 통신망(LAN)을 사용 접속할 수 있도록 하는 통신망 연결 장치로, 

포트와 포트 사이의 다리 역할을 하며 장치에서 받아온 MAC 주소를 MAC 주소 테이블로 관리한다.

브리지는 통신망 범위를 확장하고 서로 다른 LAN 등으로 이루어지 '하나의' 통신망을 구축할 때 쓰인다.

 

 

 

❒ 물리 계층을 처리하는 기기

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1. NIC 

LAN 카드라고 하는 네트워크 인터페이스 카드는 2대 이상의 컴퓨터 네트워크를 구성하는 데 사용하며,

네트워크와 빠른 속도록 데이터를 송수신 할 수 있도록 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드이다.

각 LAN 카드에는 주민등록번호처럼 각각을 구분하기 위한 고유의 식별번호인 MAC 주소가 있다.

 

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2. 리피터

리피터는 들어오는 약해진 신호 정도를 증폭하여 다른 쪽으로 전달하는 장치를 말한다.

이를 통해 패킷이 더 멀리 갈 수 있다. 하지만 이는 광케이블이 보급됨에 따라 현재는 잘 쓰이지 않는다.

 

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3. AP

AP는 Acess Point의 약자로 패킷을 복사하는 기기이다. AP에 유선 LAN을 연결한 후 다른 장치에서

무선 LAN 기술(와이파이 등)을 사용하여 무선 네트워크 연결을 할 수 있다.

 

 

 

❒ 예상 면접 질문

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1. L4 스위치와 L7 스위치에 대해서 설명해주세요. (with 차이점)

L4, L7 스위치 모두 부하를 분산 시켜주는 로드벨러서로 불립니다.

 

L4의 경우에는 전송 계층에서 사용하는 네트워크 기기로 IP Address나 Port를 기반으로 트래픽을 분산합니다.

반면에 L7 스위치는 애플리케이션 계층에서 사용하는 네트워크 기기로 IP Address,Port 뿐만 아니라

Cookie, HTTP header를 바탕으로 분산을 분리합니다.

 

2. L2 스위치와 L3 스위치에 대해서 설명해주세요.

L2 스위치는 데이터 링크 계층의 네트워크 기기로 장치들의 MAC 주소를 MAC 주소 테이블을 통해 관리하며,

패킷 전송을 담당합니다. IP 주소를 이해하지 못해 IP 주소를 기반으로 라우팅은 불가능합니다.

 

L3 스위치는 인터넷 계층의 네트워크 기기로 L2 스위치의 기능과 라우팅 기능이 합쳐진 네트워크 기기입니다.

라우터라고 불리기도 합니다. 

라우터는 소프트웨어/하드웨어로 구분 되는데 이중 소프트웨어 부분을 L3 스위치에서 관리합니다.

 

3. 라우팅이 뭔가요?

다른 네트워크에 존재하는 장치끼리 서로 데이터를 주고받을 때 패킷 소모를 최소화하고

경로를 최적화하여 최소 경로로 패킷을 포워딩하는 것을 말합니다.

 

4. 로드 벨런싱에서 대해서 설명해주세요.

한국어로는 "분산부하"라고 하는 로드 벨런싱은, 네트워크 기술의 일종으로 둘 혹은 셋 이상의 

컴퓨터 자원들에게 작업을 나눠주는 것을 의미합니다.

즉, 소프트웨어 레벨에서 외부로부터 들어온 요청을 서버에 적절히 나누어주는 것입니다.

이것을 담당하는 네트워크 기기에는 L4/L7 스위치가 있습니다.

 

5. 로드벨런싱은 어떤 방식으로 수행되나요?

로드밸런싱을 다양한 알고리즘으로 구성이되어 있습니다.

 

1. 라운드 로빈

CPU 스케쥴리에서도 사용되는 알고리즘으로, 서버에 들어온 요청을 순서대로 돌아가며 배정하는 방식입니다.

클라이언트의 순서대로 분배하기 때문에 여러 대의 서버가 동일한 스펙을 가져야 하며, 서버와의 연결이 오래

지속되지 않는 경우에 활용하기 적합합니다.

 

2. 가중 라운드 로빈

각각의 서버에 가중치를 매기고 가중치가 높은 서버에 클라이언트 요청을 우선적으로 배분하는 방식입니다.

주로 서버의 트래픽 처리 능력이 상이한 경우 사용되는 부하 분산 방식입니다.

 

3. IP 해시

클라이언트 IP 주소를 특정 서버로 mapping하여 요청을 처리하는 방식입니다. 사용자의 IP를 hasing해서

부하를 분산하기 때문에 사용자가 항상 동일한 서보로 연결되는 것을 보장하는 방식입니다.

 

4. 최소 연결 방식 (Least Connection Method)

로드밸런서가 서버에게 요청을 전달한 뒤, 사용자와 서버가 정상적인 연결을 맺으면 사용자와 서버는

conenction을 생성합니다. 로드밸런서 또한 중간자로서 Connection 정보를 갖고 있는데  이 connection 수

정보를 기반으로 가장 Connection이 적은 서버, 즉 부하가 가장 덜한 서버에게 요청을 전달하는 방식입니다.

 

5. 최소 리스폰 타임

서버의 현재 연결 상태와 응답시간을 모두 고려하여 트래픽을 배분하는 방식입니다. 

가장 적은 연결상태와 응답시간을 보이는 서버에 우선적으로 부하를 배분하는 방식입니다.

 

6. 트래픽을 대처하는 방법은 네트워크 관점에서 설명해주세요.

Scale-Up, Scale-Down 두 가지 방식이 있습니다.

Scale-Up은 서버 자체를 확장하는 것을 의미하고, Scale-Down은 기존 서버와 동일하거나 

낮은 성능의 서버를 2대 이상 증설하여 운영하는 방식을 말합니다.