컴퓨터개론 6주차 과제 - ehdaud/ec GitHub Wiki

1-1. 네트워크란 무엇인가

  • 네트워크의 정의 및 체계

  • 네트워크는 정보를 주고받기 위해 둘 이상의 컴퓨터나 디지털 기기가 연결되어 데이터와 자원을 나누는 체계다.

  • 단순한 물리적 연결을 넘어 서로를 식별하고, 정해진 형식으로 데이터를 나누며, 알맞은 경로로 보내고 도착 결과를 확인하는 전체적인 시스템을 의미한다.

  • 구성 요소 및 동작 흐름

  • 송신/수신 기기, 유·무선 전달 매체, 통신 규칙(프로토콜), 중계 장비가 함께 작동한다.

  • 데이터는 한 덩어리로 전달되지 않고 여러 단계에서 주소와 규칙을 확인하며 필요시 작은 단위로 쪼개져 전달된다.

  • 인터넷의 개념

  • 인터넷은 수많은 개별 네트워크가 서로 연결된 거대한 네트워크다.

  • 장애 발생 시 주소 정확성, 로컬 연결, 중간 경로 혼잡, 서버 응답 여부 등 범위를 나누어 가까운 곳부터 확인해야 원인을 빠르고 안전하게 찾을 수 있다.

1-2. LAN, WAN과 인터넷

  • LAN과 WAN의 구분

  • LAN (근거리 통신망): 집, 사무실, 학교 등 제한된 범위의 기기를 연결하며, 개인이 소유/관리하고 상대적으로 속도가 높다.

  • WAN (광역 통신망): 도시, 국가, 세계 등 넓은 지역의 네트워크를 연결하며, 회사의 지점 간 통신이나 ISP 망을 거쳐 구성된다.

  • 라우터와 게이트웨이

  • 라우터는 서로 다른 네트워크 사이에서 목적지 주소를 확인하고 방향을 선택하여 데이터를 전달한다.

  • 외부 네트워크로 나가는 출구 역할을 하는 지점을 게이트웨이라 하며, 가정에서는 무선 공유기가 이 역할을 수행한다.

  • 속도 및 병목 현상
  • 인터넷 요금제를 높여도 공유기 성능, 무선 상태, 통신사 회선, 서버 처리 속도 등 경로 상 가장 제한적인 구간(병목)에 의해 전체 속도가 결정된다.

1-3. 클라이언트와 서버

  • 클라이언트와 서버의 역할

  • 클라이언트: 필요한 정보나 기능을 요청하고 응답을 받아 화면에 표시하는 주체다.

  • 서버: 요청을 받아 자격/권한을 검증하고 처리한 결과를 응답으로 제공하는 주체다.

  • 서버는 고정된 기기 외형이 아닌 수행하는 '역할'에 따라 구분된다 (예: 파일 요청에 응답하는 노트북은 서버 역할을 수행함 $\rightarrow$ 다른 기기의 요청에 대해 서비스나 자원을 제공하는 모든 컴퓨터를 서버라고 부름).

  • 로드 밸런서(부하 분산 장치)

  • 사용자가 늘어날 때 들어오는 요청을 여러 대의 서버로 분배하여 한 곳에 일이 쏠리지 않도록 방지하는 장치다.

  • 서버 확장 시 로드 밸런서 도입과 함께 데이터 일관성 유지 및 저장 장치 장애 대책이 병행되어야 한다.

1-4. 프로토콜과 계층

  • 프로토콜의 정의 및 3대 요소

  • 제조사나 OS가 다른 기기 간 통신을 위해 데이터를 주고받는 형식과 절차를 정의한 약속(규칙)이다.

  • 핵심 3요소는 메시지 형식, 순서, 처리 방법이다.

  • 계층 구조(4개 계층)와 캡슐화

  1. 응용 계층: HTTP, 전자우편 등 최종 서비스 메시지를 다룸.

  2. 전송 계층: 양 끝단 프로그램 간 통신 및 전송 규칙(TCP/UDP)을 담당함.

  3. 인터넷 계층: IP 주소를 기반으로 패킷을 목적지까지 전달함.

  4. 접근 계층: 유·무선 구간에서 실제 프레임(신호)을 주고받음.

  • 캡슐화: 상위 계층의 데이터가 하위 계층으로 내려가면서 각 계층의 제어 정보가 담긴 헤더(Header)가 단계적으로 붙는 과정이다.

1-5. 네트워크 장비의 역할

  • 핵심 네트워크 장비 4가지

  1. 스위치: 같은 LAN(내부 네트워크) 안에서 MAC 주소를 바탕으로 유선 기기 간 프레임을 전달함.

  2. 라우터: IP 주소와 경로 정보를 활용해 서로 다른 네트워크 간 패킷을 전달함.

  3. AP (무선 접속점): 와이파이 기기가 기존 네트워크에 무선으로 접속하도록 도움.

  4. 회선 단말 (ONT/케이블 모뎀): 통신사의 광/동축 회선을 집 내부 네트워크 신호로 변환함.

  • 가정용 무선 공유기 및 설치 환경

  • 라우터, 스위치, AP 기능 및 NAT(주소 변환), DHCP(IP 자동 할당) 기능이 하나의 박스에 통합된 장비다.

  • 무선 신호 방해를 줄이기 위해 중앙의 개방된 장소에 배치해야 하며, 철제 수납장, 벽, 전자레인지(2.4GHz 간섭) 등을 피해야 한다.

2-1. 데이터는 패킷으로 이동한다

  • 패킷(Packet) 전송 원리

  • 대용량 데이터를 한 번에 보내면 회선 독점 및 오류 발생 시 전체 재전송 문제가 생기므로 잘게 쪼개어 전송한다.

  • 패킷 구조: 헤더(IP 주소, 순서 번호 등), 페이로드(실제 데이터 내용물), 트레일러(오류 검출용 체크섬).

  • 패킷 통신 3단계 과정

  1. 분할: 데이터를 패킷 단위로 쪼개고 시퀀스 번호를 부여함.

  2. 전송: 라우터를 거치며 서로 다른 최적 경로로 패킷이 이동함.

  3. 재조립: 수신 측에서 시퀀스 번호를 확인하여 순서가 바뀐 패킷을 원래 원본 데이터로 복원함.

2-2. IP 주소와 포트

  • IP 주소와 포트 번호

  • IP 주소: 네트워크 상 기기(호스트)의 논리적 위치를 식별하는 건물 주소 역할 (0~255 범위의 4개의 숫자).

  • 포트 번호: 기기 내부에서 실행 중인 특정 프로그램/서비스를 식별하는 방 번호 역할 (0~65535 범위).

ex)

  • 주요 포트: HTTP(80), HTTPS(443), SSH(22)

  • 접속 동작 순서 (URL 입력 시)

  • URL 입력 $\rightarrow$ DNS 조회를 통해 IP 주소 획득 $\rightarrow$ TCP 핸드셰이크(포트 연결) $\rightarrow$ 서버 요청 및 응답 $\rightarrow$ 브라우저 화면 렌더링.

2-3. DNS, 도메인 이름을 주소로

  • DNS (도메인 네임 시스템)의 역할
  • 사람이 기억하기 쉬운 문자로 된 도메인 이름을 컴퓨터가 이해하는 숫자 형태의 IP 주소로 변환해 주는 분산형 데이터베이스 서비스다.
  • DNS 질의 계층 단계

  1. 로컬 캐시 확인: 브라우저, OS, 공유기에 저장된 내역 조회.

  2. ISP 리졸버 질의: 통신사 DNS 서버에 요청.

  3. 루트/TLD 서버 질의: 상위 권한 DNS 서버로 올라가 최종 IP 주소를 획득함.

  • 웹 서비스와의 차이
  • DNS는 UDP 53번 포트를 사용하여 주소만 빠르게 변환하며, 실제 웹 콘텐츠는 변환된 IP를 통해 TCP 80/443 포트로 수신한다.

2-4. 라우팅과 경로 선택

  • 라우팅과 라우팅 테이블

  • 라우팅은 패킷의 목적지 IP를 확인하고 최적 경로를 탐색하여 전달하는 과정이다.

  • 라우터 내부의 라우팅 테이블에는 목적지 네트워크, 다음 거쳐갈 라우터(Next Hop), 출력 인터페이스, 비용(Cost)이 기록되어 있다.

  • 분산 경로 선택과 회복력

  • 라우터들은 전체 지도를 완벽히 가지지 않고, 실시간으로 라우팅 정보를 교환하며 다음 릴레이 지점만 결정한다.

  • 특정 회선이나 라우터에 장애가 발생하면 중앙 통제 없이 스스로 우회 경로를 계산하여 전체 망의 통신을 유지한다.

2-5. TCP, UDP와 신뢰성

  • TCP와 UDP의 특성 비교

  • TCP (전송 제어 프로토콜)

  • 연결 지향형(3-way handshake 사용)으로 정확성과 순서를 보장함.

  • 오류 발생 및 패킷 유실 시 재전송을 수행하여 신뢰성이 높으나 지연이 발생할 수 있음 (웹, 파일 전송, 이메일 등에 사용).

  • UDP (사용자 데이터그램 프로토콜)

  • 비연결형으로 사전 연결/확인 절차(ACK)가 없고 재전송을 하지 않는 베스트 에포트(Best Effort) 방식을 취함.

  • 헤더가 가볍고 지연이 매우 적어 실시간성이 중요한 서비스에 적합함 (영상 통화, 스트리밍, 온라인 게임, DNS 등에 사용).

3-1. 유선과 무선 네트워크

  • 유선(이더넷)과 무선(와이파이) 비교

  • 이더넷 (유선): 케이블을 사용하며, 전파 간섭이 없어 속도가 빠르고 지연이 적으며 안정성과 보안성이 높음. 케이블 공사 필요 및 이동성 저하가 단점임.

  • 와이파이 (무선): 전파를 매개로 통신하며, 이동성과 설치 용이성이 뛰어나나 전파 간섭, 벽/장애물에 의한 속도 변동, 보안 암호화(WPA2/WPA3) 설정 필요라는 단점이 있음.

  • 안전한 네트워크 사용 수칙
  • 공유기 관리자 페이지의 기본 비밀번호(admin) 변경, 펌웨어 최신 유지, 공공 와이파이 이용 시 민감한 금융 거래 자제.

3-2. 웹과 HTTP, HTTPS

  • HTTP와 HTTPS의 보안 차이

  • HTTP: 80번 포트 사용. 데이터를 암호화하지 않고 평문으로 전송하여 도청 및 위변조 위험이 존재함.

  • HTTPS: 443번 포트 사용. HTTP 하위에 TLS/SSL 암호화 계층을 두어 데이터를 보호함.

  • HTTPS의 3대 보안 기능

  1. 암호화: 제3자의 도청을 방지함.

  2. 무결성: 전송 중 데이터가 변조되지 않았음을 검증함.

  3. 인증: 공개키 및 인증서를 통해 접속한 서버가 진짜 신원임을 증명함.

  • 웹 페이지 로딩 절차
  • DNS 조회 $\rightarrow$ TCP/TLS 연결 $\rightarrow$ HTTP 요청/응답 $\rightarrow$ HTML 파싱(Parsing) $\rightarrow$ 외부 자원(CSS, JS, 이미지, 폰트) 추가 다운로드 $\rightarrow$ 렌더링 완성.

3-3. 네트워크 성능, 속도와 지연

  • 네트워크 성능 지표 5가지

  1. 대역폭: 단위 시간에 전달할 수 있는 최대 전송 용량 (단위: Mbps)

  2. 처리량: 실제 전달된 데이터의 유효 전송 속도

  3. 지연(RTT): 요청이 갔다가 응답이 돌아오는 왕복 시간 (단위: ms)

  4. 지터(Jitter): 지연 시간의 변동성(들쑥날쑥한 정도)

  5. 손실: 전송된 패킷이 목적지에 도착하지 못하고 유실된 비율

  • 서비스별 요구 지표
  • 대용량 파일 다운로드는 대역폭과 처리량이 핵심이며, 영상 회의나 게임 등 실시간 서비스는 지연, 지터, 패킷 손실률 관리가 핵심이다.

3-4. 공공 와이파이와 안전한 통신

  • 공공 와이파이의 위험성 및 대응
  • 중간자 공격(Man-in-the-Middle Attack)을 통한 도청, 계정 탈취, 가짜 접속점 유도 위험이 존재한다.

  • 안전 행동 수칙: 공식 SSID 확인, HTTPS 접속 여부 확인, OS/브라우저 최신 업데이트, 파일 공유 및 자동 연결 해제.

  • VPN (가상 사설망)의 특징

  • 기기와 VPN 서버 사이에 암호화 터널을 만들어 데이터 엿보기를 방지한다.

  • 단, 가짜 사이트에 직접 비밀번호를 입력하거나 악성 파일을 설치하는 위험까지 막아주지는 못하므로 신뢰할 수 있는 VPN 서비스를 선택해야 한다.

3-5. 네트워크 문제 해결과 점검

  • 계층형 6단계 장애 진단 순서

  1. 기기 확인: 단말기 전원, 비행기 모드, 랜카드/드라이버 상태 점검

  2. 연결 확인: 케이블 연결, LED 불빛, 와이파이 신호 점검

  3. IP 확인: DHCP를 통해 IP 주소 및 게이트웨이를 정상 할당받았는지 확인

  4. 회선 확인: 통신사 모뎀 및 외부 회선 단절 여부 점검

  5. DNS 확인: 도메인 이름 해석 정상 작동 여부 점검

  6. 서버/앱 확인: 상대방 서버 다운 및 서비스 포트 점검

  • 장애 처리 원칙

  • 영향을 받는 범위(한 기기 / 전체 기기 / 특정 사이트)를 먼저 나누어 점검 대상을 좁혀야 한다.

  • 추측에 의존하여 무작정 재부팅하지 말고, Ping, Trace route 등 진단 도구와 로그 근거를 바탕으로 원인을 확인 및 기록하여 재발을 방지해야 한다.