HY03

HY03

저는 전문가가 아니고 이것 저것 알아보는 비전문가 입니다.
틀린 내용이 기술되어도 너그러이 봐주시고 댓글을 남겨주셨으면 좋겠습니다.

02.네트워크 보안 - 01.네트워크 개념

네트워크와 프로토콜

  • 프로토콜
    • 메시지의 포맷, 언제 데이터를 보낼 것인지, 한번 전송하고 한번 응답할지 등.
    • OSI7 계층, TCP/IP 4계층
    • 다른 약속을 한 송 수신자 간 통신 : 게이트웨이 장비 필요
  • 데이터 전송방식 (OSI7 -> 세션계층)
    • 단방향 (Simplex) : 키보드, 모니터
    • 반이중 (Half Duplex) : 송수신을 동시에 하는 것이 불가능
    • 전이중(Full Duplex) : 동시에 양방향 송수신

네트워크 토폴로지

  • 계층형
    • Tree 구조 / 최상위 노드가 네트워크 제어
    • 통제 및 유지보수 용이
    • 중앙 컴퓨터 장애 시 전체 통신망 영향
  • 버스형
    • 중앙 통신 회선 하나에 여러 대의 노드 연결
    • 하나의 컴퓨터가 다운되어도 나머지에 지장 없음
    • 우선순위 제어가 어렵고 충돌이 자주 발생
  • 스타형
    • 중앙 컴퓨터를 중심으로 터미널이 연결된 중앙집중형
    • 유지보수 및 관리가 용이
    • 중앙 컴퓨터 고장 시 네트워크 전체 마비
  • 링형
    • 인접해 있는 노드들을 연결하는 단방향 전송 형태
    • 단말기 추가 및 삭제가 어려움
  • 망형
    • 모든 노드들이 상호 연결
    • 가장 많은 통신 선로가 필요

OSI 7계층

1. OSI 7계층 구조

OSI 7계층 주요 내용 주요 프로토콜(매체)
7. Application
(Gateway)		 ⦁ 사용자 소프트웨어를 네트워크에 접근 가능하도록 함
⦁ 사용자에게 최종 서비스를 제공		 FTP, SNMP, HTTP, Mail, Telnet 등
6. Presentation ⦁ 포맷기능, 압축, 암호화
⦁ 텍스트 및 그래픽 정보를 컴퓨터가 이해할 수 있는 16진수 데이터로 변환		 ⦁ 압축, 암호, 코드 변환
⦁ GIF, ASCII, EBCDIC
5. Session ⦁ 세션 연결 및 동기화 수행, 통신 방식 결정
⦁ 가상 연결을 제공하여 Login/Logout 수행		 반이중, 전이중, 완전이중 결정
4. Transport ⦁ 가상연결, 에러 제어, Data 흐름 제어, Segment 단위
⦁ 두 개의 종단 간 End-to-End 데이터 흐름이 가능하도록 논리적 주소 연결
⦁ 신뢰도, 품질보증, 오류탐지 및 교정 기능 제공
⦁ 다중화(Multiplexing) 발생		 TCP, UDP
3. Network
(Router)		 ⦁ 경로선택, 라우팅 수행, 논리적 주소 연결(IP)
⦁ 데이터 흐름 조절, 주소 지정 메커니즘 구현
⦁ 네트워크에서 노드에 전송되는 패킷 흐름을 통제하고, 상태 메시지가 네트워크 상에서 어떻게 노드로 전송되는가를 정의, Datagram(Packet) 단위		 ⦁ IP, ICMP, IGMP, ARP, RAPR
⦁ 라우팅 프로토콜(RIP, OSPF, BGP)
2. Data Link
(Switch, Bridge)		 ⦁ 물리주소 결정, 에러 제어, 흐름 제어, 데이터 전송
⦁ Frame 단위, 전송 오류를 처리하는 최초의 계층		 ⦁ 흐름 제어, 오류 제어(ARQ)
⦁ 브릿지, PPTP, L2TP, HDLC
⦁ Frame Relay
1. Physical
(Repeater)		 ⦁ 전기적, 기계적 연결 정의, 실제 Data Bit 전송
⦁ Bit 단위, 전기적 신호, 전압구성, 케이블, 인터페이스 등을 구성
⦁ Data Rates, line noise control, 동기화 기능 수행		 매체: 동축케이블, 광섬유, Twisted Pair Cable 
- 다중화(Multiplexing) : 여러 개의 소캣으로부터 데이터를 수집하여 헤더를 붙여 전송
- End-to-End : 7~4 계층, 송수신자 간의 에러 Control
- Point-to-Point : 3~1 계층, 각 구간에 대해 에러 Control

2. OSI 계층별 하드웨어 장비

계층 장비명 설명
Physical Cable Twisted Pair Cable, Coaxial, Fiber-Optic Cable
  Repeater ⦁ 네트워크 구간 케이블의 전기적 신호를 재생하고 증폭하는 장치
⦁ 디지털 신호를 제공, 아날로그 신호 증폭 시 잡음과 왜곡까지 증폭
Data Link Bridge ⦁ 서로 다른 LAN Segment를 연결, 관리자에게 MAC 주소 기반 필터링 제공하여 더 나은 대역폭(Bandwidth) 사용과 트래픽을 통제
⦁ 리피터와 같이 데이터 신호를 증폭하지만, MAC 기반에서 동작
  Switch ⦁ 목적지의 MAC 주소를 알고 있는 지정된 포트로 데이터를 전송
⦁ Repeater 와 Bridge의 기능을 결합
⦁ 네트워크의 속도 및 효율적 운영, Data Link 계층에서도 작동
Network Router ⦁ 패킷을 받아 경로를 설정하고 패킷을 전달
⦁ Bridge는 MAC 주소를 참조하지만, Router는 네트워크 주소까지 참조하여 경로를 설정
⦁ 패킷 헤더 정보에서 IP 주소를 확인하여 목적지 네트워크로만 전달하며 Broadcasting을 차단
Application Gateway ⦁ 서로 다른 네트워크망과의 연결(PSTN, Internet, Wireless Network 등)
⦁ 패킷 헤더의 주소 및 포트 외 거의 모든 정보를 참조

TCP/IP 4계층

1. TCP/IP 구조

OSI 7계층 TCP/IP 4계층 주요 기능
⦁ Application
⦁ Presentaion
⦁ Session		 Application ⦁ 네트워크를 실제로 사용하는 응용 프로그램으로 구성
⦁ FTP, TELNET, SMTP 등이 있음
Transport Transport ⦁ 도착하고자 하는 시스템까지 데이터를 전송
⦁ Port를 가지고 있으며, 프로세스를 연결 또는 비연결해서 통신함
⦁ TCP,UDP
Network Internet ⦁ Datagram을 정의하고 Routing하는 일을 담당
⦁ IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP
⦁ Data Link
⦁ Physical		 Network Access 케이블, 송수신기, 링크 프로토콜, LAN 접속과 같은 물리적 연결 구성을 정의

2. TCP/IP 프로토콜의 구성 : TCP, UDP, IP, ICMP, ARP, RARP

TCP IP Protocols

이미지 출처

  • TCP : Connection Oriented Protocol (연결지향)로 사용자에게 신뢰성 있는 서비스를 지원. 신뢰성 있는 서비스를 지원하기 위해서 Error Control 기법을 포함하고 있으며, 송신자가 보낸 메시지를 수신자가 전송받았는지 확인하기 위해서 수신자를 ACK 를 송신자에게 전송. 만약 ACK가 오지 않거나 동일한 ACK 번호가 오면 다시 전송
  • UDP : Connectionless Protocol(비연결)로 데이터 전송을 보장하지 않는 비신뢰성 서비스를 제공하지만, TCP에 비해서 전송 속도가 빠른 특징을 가진다.
  • ARP : IP Address 를 LAN 카드의 물리적 주소인 MAC 주소로 변환한다.
  • RARP : MAC 주소를 IP Address 로 변환하는 역할을 수행한다.
  • ICMP : 네트워크 오류와 상태를 점검하기 위해서 사용된다.
  • IP : 네트워크 주소와 호스트 주소 정의에 의한 네트워크의 논리적 관리를 담당하는 것으로 송신자와 수신자의 주소를 지정한다.

네트워크 활용(TCP/IP 구조)

1. 애플리케이션 계층

  • 일반 사용자들이 사용하는 프로그램이 있는 계층

    서비스 내용
    FTP ⦁ File Transfer Protocol
    ⦁ 사용자 파일의 업로드 혹은 다운로드를 수행하는 프로그램
    ⦁ 파일 전송을 위한 인터넷 표준으로 제어 접속과 데이터 접속을 위한 분리된 포트를 사용함
    DNS ⦁ Domain Name Service
    ⦁ DNS Query를 사용해서 DNS Server에 URL을 전송하고 해당 URL에 매핑되는 IP 주소를 제공하는 서비스
    HTTP ⦁ Hyper Text Transfer Protocol
    ⦁ 웹브라우저와 웹 서버 사이에 웹 페이지의 Request 와 Response 를 수행하는 프로토콜
    Telnet ⦁ 특정 지역의 사용자가 지역적으로 다른 곳에 위치한 컴퓨터를 온라인으로 연결하여 사용하는 서비스
    SMTP ⦁ Simple Mail Transfer Protocol
    ⦁ RFC 821에 명시된 인터넷 전자우편을 위한 프로토콜로 메시지 전달을 위해서 Store and Forward 방식을 사용
    ⦁ 암호화 및 인증 기능 없이 사용자의 e-Mail을 전송하는 프로토콜
    SNMP ⦁ Simple Network Management Protocol
    ⦁ 네트워크에 대한 트래픽, 세션 등의 네트워크 상태를 모니터링하고 정보를 전달할 때 사용되는 프로토콜

1. HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)

  • HTTP 프로토콜 개요
    • WWW(World Wide Web)로 시작되는 인터넷에서 웹 서버와 사용자의 인터넷 브라우저 사이에 문서를 전송하기 위해 사용되는 통신 프로토콜
    • TCP 기반 프로토콜의 80번 Port 를 사용하고 Request 및 Response 구조를 가짐
    • State-less 로 프로토콜을 구성함 (요청 / 응답 후 연결종료)
  • HTTP Version 1.0
    • 연결을 수행할 때마다 3-Way handshaking 기법을 사용
    • HTML 페이지를 수신 받고 완전히 연결을 종료시킴
    • 필요 시 다시 연결하고 페이지를 수신받음
  • HTTP Version 1.1
    • 연결을 종료하지 않고 유지되는 Keep Alive Connection 을 지원
    • 연속된 연결 요청이 있을 경우 HTML 페이지를 수신받고 연결을 종료하지 않은 상태에서 이미지 등을 요청하는 형태의 서비스
  • HTTP Version 2.0
    • 멀티플랙싱(Multiplexing), 헤더압축(Header Compression), 서버 푸시(Server Push) 등의 기술이 추가됨
      • 멀티플랙싱 : 순차적 연결이 아니라 동시 다발적인 양방향 통신 지원
      • 헤더압축 : 헤더정보를 1/3 수준으로 압축, 보다 빠르게 메시지 처리
      • 서버푸시 : 웹 서버가 웹브라우저에게 필요한 데이터를 알아서 미리 전송할 수 있는 기술로 요청횟수와 전송해야 하는 데이터의 양을 줄임
  • HTTP 세션 연결 과정 (3-Way handshaking)

TLS Handshaking

이미지 출처

  • HTTP Request 시 Header 구조
    • HTTP Header 와 Body 의 구분은 \r\n\r\n
    구조 설명
    Request Method 호출되는 메소드로 GET 혹은 POST, OPTIONS, PUT, DELETE, TRACE, CONNECT 인지를 나타냄
    Accept 웹 브라우저에서 사용 가능한 미디어 타입을 의미, text/*, text/html 등
    Accept-Language 웹브라우저가 인식할 수 있는 언어를 의미
    User-Agent 웹브라우저 정보를 의미
    Accept-Encoding 웹브라우저에서 제공되는 인코딩 방식을 의미
    Host 웹 서버의 기본 URL을 의미
    Connection 연결 지속 및 연결 끊기를 나타내며 Keep Alive 혹은 close

  • HTTP 요청 방식

    요청 방식 내용
    GET 방식 ⦁ 서버에 전달할 때 데이터를 URL에 포함시켜서 요청
    ⦁ 전송할 수 있는 데이터 양이 제한됨(2Kbyte 또는 4Kbyte)
    ⦁ 예) aa.php?userid=a&password=a
    POST 방식 ⦁ 서버에 전달할 때 데이터를 Request Body에 포함시킴
    ⦁ 데이터 전송량의 제한이 없음
    ⦁ 예)aa.php
    userid=a;password=a

  • HTTP Response 시 Header 구조

    구조 설명
    Status Code HTTP 응답 코드를 의미하고 200은 성공적으로 처리한 것을 의미
    Server 서버 프로그램 이름과 버전 전송을 의미 예)Apache/2.2.22 (Debian)\r\n
    Expires 자원의 만기 일자를 의미
    Cache Control 캐시 사용 여부를 나타내며 no-cache는 캐시를 사용하지 않음
    Pragma 캐시 사용 여부를 나타냄. HTTP/1.0 에서 쓰이며 HTTP/1.1에서는 Cache-Control 이 쓰임
    Content-Encoding 응답되는 메시지의 인코딩 방식을 의미
    Content-Length 바이트 단위로 응답되는 리소스의 크기
    Keep-Alive 연결 유지 시간을 의미하며 위의 예는 timeout 5초, 최대 100초로 설정되어 있음
    Connection Keep-Alive 사용 여부를 의미
    Content-Type 응답되는 미디어 타입

  • Cookie 와 Session

    방식 Cookie Session
    저장 위치 클라이언트 서버
    저장 형태 Text 형식 Object 형식
    종료 시점 쿠키 저장 시에 종료 시점을 설정하며,
    설정하지 않으면 브라우저 종료 시점이 됨    		 정확한 시점을 알 수 없음
    자원 클라이원트 자원 서버 자원
    용량 한 도메인당 20개, 쿠키 하나에 4Kb, 총 300개 용량 제한 없음

2. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

SMTP

이미지 출처

  • SMTP 개요
    • RFC 821에 명시되어 있는 인터넷 전자우편 표준 프로토콜
    • Store-and-Forward 방식으로 메시지를 전달
    • 송신자 메일 -> Store -> Mbox -> Forward -> 수신자 메일
    • TCP 25
  • SMTP 기본 동작 방식
    • 송신자가 보낸 전자우편은 전자우편을 관리하는 메일서버에 전달됨
    • 메일 서버는 수신자의 전자우편 주소를 분석, 최단 경로를 찾아 근접한 메일 서버에게 편지를 전달
    • 최종 수신자 측 메일 서버에 도착하기까지 연속적으로 전달하는 중계 작업을 수행
    구성요소 내용
    MTA(Mail Transfer Agent) 메일을 전송하는 서버
    MDA(Mail Delivery Agent) 수신측에 고용된 우체부의 역할, MTA에게 받은 메일을 사용자에게 전달
    MUA(Mail User Agent) 사용자들이 사용하는 클라이언트 애플리케이션

  • POP3와 IMAP 및 IMAP3

    POP3 IMAP 및 IMAP3
    ⦁ TCP 110번으로 메일서버에 접속하여 저장된 메일을 내려받는 MDA 프로그램
    ⦁ 메시지를 읽은 후 메일 서버에서 해당 메일을 삭제함    		 ⦁ POP과 달리 메일을 내려받아도 메일 서버에 원본을 계속 저장
    ⦁ IMAP 143 Port

3. FTP (File Transfer Protocol)

  • FTP 개요
    • 인터넷 표준으로 파일 전송을 위한 프로토콜
    • 해당 컴퓨터에 등록된 사용자만 전송 가능, 그 외에는 익명(Anonymous)으로 사용
    • ftpusers 에 등록된 사용자는 FTP 접근이 허용되지 않음
    • 제어 접속과 데이터 접속 포트가 분리되어 있음
  • FTP 전송모드

    • Active Mode FTP Active

      이미지 출처

      • 서버 TCP/21번 포트로 접속 시도
      • 서버 TCP/20번 포트로 데이터를 송수신

    • Passive Mode FTP Passive

      이미지 출처

      • 서버 TCP/21번 포트로 접속한 후 두 번쨰 포트를 질의
      • 서버는 클라이언트에게 데이터 연결을 위한 두 번째 포트(TCP/1024이상)을 알려줌
      • 클라이언트는 서버가 알려준 두 번째 포트로 접속

4. SNMP 와 NMS

  • NMS (Network Management System) : 운영되는 네트워크의 안정성, 효율성을 높이기 위해서 구성,장애,통계,상태정보를 실시간 수집 및 분석하는 네트워크 관리시스템
  • SNMP (Simple Network Management Protocol) : 이 떄 사용되는 프로토콜

2. 전송 계층(Transport Layer)

  • 수신측에 전달되는 데이터에 오류가 없고 데이터의 순서가 그대로 보존되도록 보장하는 연결 지향 서비스(Connection Oriented Service)의 역할을 하는 종단 간(End-to-End) 서비스 계층
  • 신뢰성 있는 전송을 하는 TCP / 비신뢰성 전송을 하는 UDP 프로토콜이 존재
  • 애플리케이션 계층의 메시지에 TCP 혹은 UDP의 Header 를 붙인 것을 Segment 라 함.

1. TCP (Transmission Control Protocol)

  • 전송 계층의 프로토콜
  • 연결지향(Connection Oriented)
    • 가상 연결을 수행
      • 실제 물리적으로 연결된 것이 아니어서 주기적으로 메시지(ICMP 프로토콜)를 송수신하여 송수신 가능 여부를 확인함.
  • 3-Way Handshaking
    • SYN -> SYN+ACK -> ACK
  • 신뢰성 있는 데이터 전송
    • 송신자가 메시지를 전송하면 수신자는 ACK를 되돌려서 수신 여부를 확인해줌
    • 동일한 ACK 번호를 반복적으로 전송한다면 어떤 이유로든 데이터를 받지 못하는 것이고, 반복적인 ACK가 되돌아오면 TCP는 에러 제어기법을 통해 재전송을 수행함
  • 순서 제어(Sequence Control)
    • Sequence 번호를 가지고 메시지의 순서를 파악
      • 비동기 방식으로 데이터 전송 시 다른 경로로 보내질 수 있기 때문에 송신자의 메시지가 꼭 순서에 따라 도착하지 않음
  • 완전 이중(Full Duplex)
    • 송신과 수신을 동시에 함
  • 에러 제어
    • FEC(Forward Error Correction)
      • 송신 측이 특정한 정보 비트를 함께 전송하여 수신측에서 이 정보 비트로 에러 발생 시 수정하는 방식 (수신측이 에러 처리)
      • 재전송 요구가 없음
      • 오류 검출 및 수정을 위한 잉여 비트 추가 -> 전송 효율 감소
      • 해밍 코드, 상승 코드 등
    • BEC(Backward Error Correction)
      • 수신 측이 에러 검출 후 송신측에게 에러가 발생한 데이터 블록을 다시 전송 요청
      • 패리티 검사, CRC 등 Checksum 을 이용해 오류 검출 후 오류 제어는 ARQ(Auto Repeat Request) 가 처리
        • Checksum 은 TCP, UDP 모두에 존재, 송신중에 메시지의 변조를 파악하기 위한 송/수신자 간 에러 체크 방법
      • BEC 기법 특징
      기법 Stop-and-Wait Go-Back-N(TCP) Selective Repeat
      재전송 요청 방법 에러발생 즉시 재전송 오류 발생 또는 잃어버린 프레임 이후의 모든 프레임을 재요청하거나 타임아웃으로 자동 재송신 됨 오류 발생 또는 잃어버린 프레임에 대해서만 재요청 또는 타임아웃으로 인한 자동 재송신
      수신 방법 순차적으로 수신 프레임의 송신 순서와 수신 순서가 동일해야 수신 순서와 상관없이 윈도우 크기만큼의 범위 내에서 자유롭게 수신
      장단점 ⦁ 가장 단순한 구현
      ⦁ 신뢰성 있는 전송
      ⦁ 대기시간 존재로 전송 효율 저하      		 ⦁ 간단한 구현
      ⦁ 적은 수신측 버퍼 사용량      		 ⦁ 구현이 복잡
      ⦁ 버퍼 사용량이 많음
      ⦁ 보다 적은 재전송
      ⦁ 대역폭
  • 흐름 제어 (Flow Control)
    • 송수신측 사이의 전송 패킷의 양, 속도를 조절하여 네트워크를 효율적으로 사용
    • 수신자가 메시지를 제대로 받지 못하면 송신자가 전송 속도를 낮춤
    • 수신자의 Buffer Overflow 를 방지
    • 슬라이딩 윈도우(Sliding Window) (TCP)
      • TCP 호스트 간 효율적 데이터전송을 위해 송수신 할 수 있는 Size 정보를 제공, Size를 맞춤 / Ack 를 묶어서 처리
      • Stop-and-Wait의 단점을 보완한 방식으로 수신측의 확인 신호를 받지 않더라도 미리 정해진 프레임의 수만큼 연속적으로 전송
  • 혼잡제어 (Congestion Control)
    • Router 가 처리할 수 있는 packet 양보다 더 많은 packet 전송 시 비효율
    • TCP Slow Start
      • TCP가 시작될 때 전송속도를 초기값부터 지속적으로 올리는 방법
      • Receive Windows : 수신자의 윈도우 크기 (메모리 버퍼). 수신자의 버퍼 상태를 보고 전송속도를 조절
      • Sender 에서 packet을 전송하는 비율과 Receiver 에서 수신된 ACK를 통해 congestion window(cwnd) 를 지수의 크기로 증가시키는 방법

  • TCP 상태전이 TCP Status Diagram

    이미지 출처

    • netstat 명령어로 TCP 상태 확인
      • netstat -b : 어떤 프로세스가 네트워크를 사용하는지 확인

  • TCP 헤더 구조

    TCP Header

    이미지 출처

  • Control Flag
    • SYN : 연결 동기화
    • ACK : 응답 확인
    • PSH : 버퍼링 미 수행, 송신요구
    • URG : 긴급 포인터
    • FIN : 정상 접속 종료
    • RST : 비정상 종료를 위한 Reset

2. UDP (User Datagram Protocol)

  • 비연결성, 비신뢰성의 특성으로 Packet을 빠르게 전달

  • 송수신의 여부에 대한 책임을 Application이 가진다.

    특징 내용
    비신뢰성(Unreliable) Packet을 목적지에 성공적으로 전송한다는 것을 보장하지 않음
    비접속형(Connectionless) 전달되는 Packet에 대한 상태 정보를 유지하지 않음
    간단한 Header 구조 TCP에 비해 헤더 구조가 간단하여 처리가 단순함 (TCP 세그먼트의 헤더 20byte, UDP 세그먼트의 헤더 8byte)
    빠른 전송 TCP에 비해 전송속도가 빠름

  • UDP 프로토콜의 Header 구조

    UDP Header

    이미지 출처

    • 가상 선로(Virtual Circuit)의 개념이 없는 비연결성
    • 블록 단위로 데이터 전송
    • 블록 재전송 및 흐름 제어 등이 없음 (데이터 신뢰성이 없음)
    • CRC 무결성 검사
    • 슬라이딩 윈도우 등의 복잡한 기술을 사용하지 않음
    • UDP의 각 사용자는 16bit의 포트 번호를 할당 받음
  • UDP 를 사용하는 VoIP(Voice Over IP)
    • 빠르게 데이터를 전송해야 하는 서비스
    • 내부적으로 2개의 프로토콜을 사용
      • RTP(Real Time Protocol) - 음성을 전송
      • RTCP(Real Time Control Protocol) - 에러처리
    • 스니핑 노출로 인한 사생활 침해 취약점
    • DDoS 보안 취약점

3. 인터넷 계층(Internet Layer)

  • 송신자의 IP 주소와 수신자의 IP 주소를 읽어 경로 결정, 전송하는 역할
  • 다중 네트워크 링크를 통해 패킷의 발신지 대 목적지 전달에 대한 책임을 가짐 (DataLink 층은 노드간 전달 책임) (Point to Point)
  • 인터넷 계층은 IP, ICMP 의 TCP/IP 프로토콜 군이 존재하고 멀티캐스팅을 위한 IGMP(Internet Group Management Protocol), 라우팅을 위한 BGP, OSPF, RIP 등이 존재

  • 경로결정(Routing) 은 수신자의 IP 주소를 읽어서 어떻게 목적지까지 가는 것이 최적의 경로인지를 판단하는 것이며, 이러한 작업을 하는 것은 라우터(Router)라는 네트워크 장비이다.

  • 기능
    • 경로설정(Routing) : 경로를 결정
    • Point to Point packet 전달
    • 논리 주소 지정 (Logical Addressing) : IP 주소로 변환해서 사용
    • 주소 변환 (Adress Transformation)
    • 데이터그램(Datagram) : 기존 패킷(Packet)에 IP Header 를 붙이는 것을 의미

1. 라우팅

1. 개념

  • 정적 경로 (Static Routing)
    • 관리자가 최적의 경로로 설정
    • 라우터의 직접적인 처리 부하 감소
    • 환경변화가 적은 형태의 네트워크에 적합
    • Floating static routing
  • 동적 경로 (Dynamic Routing)
    • 네트워크 환경변화에 능동적인 대처가 가능
    • 라우터 간에 자동으로 정보를 교환, 경로 설정
    • 수시로 환경이 변화되는 형태의 네트워크에 적합
    • Distance Vector routing, Linked state routing
  • 라우팅 범위에 따른 라우팅 프로토콜 종류
    • IGP(Internal Gateway routing protocol) : 동일 그룹(기업 또는 ISP) 내에서 라우팅 정보를 교환
    • EGP(Exterior Gateway routing protocol) : 다른 그룹과의 라우팅 정보를 교환

  • 라우팅 프로토콜 분류

    구분 Distance Vector Link State
    알고리즘 최단경로(Shorter Path)를 구하는 벨만 포드(Bellman-Ford) 알고리즘 기반 최소 신장 트리(Shortest Path Tree)를 구하는 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘 기반
    동작 원리 네트워크 변화 발생 시 해당 정보를 인접한 라우터에 정기적으로 전달 하고, 인접 라우터에서는 라우팅 테이블에 정보 갱신 ⦁ 라우터와 라우터를 연결하는 Link 상태에 따라 최적의 경로 설정
    ⦁ 라우터가 Network 변화 감지 시 링크 상태변경 정보를 인접한 라우터에게 즉각 전달하고 이를 저장함
    라우팅 정보 모든 라우터까지의 거리 정보 보관 인접 라우터까지의 Link Cost 계산
    정보전송 시점 일정주기(30초, 이웃 라우터와 공유) 변화 발생 시에만
    대표 프로토콜 RIP, IGRP, EIGRP(내부 라우팅), BGP OSPF(가장 많이 사용됨), IS-IS(소규모 N/W에서 사용)
    단점 ⦁ 변화되는 라우팅 정보를 모든 라우터에 주기적으로 갱신하므로 망 자체의 트래픽을 유발
    ⦁ 라우팅 정보를 변경하는 문제 발생 시 Routing Loop가 발생할 가능성이 있음    		 ⦁ 네트워크 전체 정보 유지를 위한 많은 메모리 소요
    ⦁ 라우터의 CPU 사용량이 많아짐
    ⦁ 라우터간 회선의 대역차이로 동기화 실패할 가능성이 있음
    • Distance Vector
      • 통과해야 하는 라우터의 수가 적은 쪽으로 경로를 결정
      • 홉 카운터(Hop count) / TTL (Time to Live)
      • RIP, IGRP
    • Link State
      • 네트워크 대역폭, 지연 정보 등을 종합적으로 고려해 Cost 산정
      • 주기적으로 지연과 같은 정보를 라우터 간에 공유해야 하고 라우터 브로드캐스트를 통해서 공유함
      • OSPF, EIGRP(애매함)
    • Path Vector
      • Distance Vector 와 Link State 의 Hybrid 형태
      • Hop count 및 Bandwidth, Delay 등의 다양한 정보로 경로를 설정
      • 정책기반으로 라우팅 정보 업데이트
      • BGP
  • 스패닝 트리(Spanning Tree)
    • 스위치나 브리지에서 발생하는 루핑을 막는 프로토콜
    • 출발지부터 목적지까지의 경로가 두 개 이상 있는 경우 한 개의 경로만 남겨두고 나머지 경로는 끊어서 루핑을 방지

2. RIP (Routing Information Protocol)

구분 내용
개념 RFC 1058에 정의되어 있고 대표적인 거리 벡터 라우팅 프로토콜
동작 원리 ⦁ 라우터 간 거리 계산을 위한 척도로 홉수(Hop count) 사용
⦁ 16Hop 이상이면 패킷을 폐기
⦁ 180초 이내에 새로운 라우팅 정보가 수신되지 않으면 해당 경로를 이상 상태로 간주
⦁ 수신된 목적지의 거리 값과 현재 거리 값을 비교하여 작을 것을 기준으로 라우팅 테이블을 변경
라우팅 정보 라우팅 정보 변경 시 모든 망에 적용하므로 큰 규모의 망에는 적합하지 않음

3. OSPF (Open Shortest Path First)

구분 내용
개념 및 특징 ⦁ RFC 1247에 정의되어 있는 IP 라우팅 프로토콜
⦁ 대규모 IP 망에서 사용되며 Link State Routing Protocol
⦁ 링크에서의 전송 시간을 링크 비용으로 사용하여 각 목적지별 최단경로를 구함
⦁ 네트워크에 변화가 발생했을 때 상대적으로 짧고 간단한 링크 상태 정보를 교환
동작 원리 ⦁ Link의 delay, throughput, reliability 를 이용하여 기본적은 throughput 만 이용하고, Hop 수에 대한 제약이 없음
⦁ 네트워크를 Area로 구분하여 많은 라우팅 정보의 교환으로 인한 라우터의 성능저하를 예방. 대역폭을 절약함
⦁ Link 변화 감지 시 해당 Link에 대한 정보만을 즉시 모든 라우터에 전달하여 Convergence가 매우 빠름
⦁ Supernetting 된 형태로 Routing Information 을 전달할 수 있어 라우터 메모리 절약, 상능 향상 및 대역폭 절약 가능

  • OSPF의 동작 원리 구성도의 예 OSPF

    이미지 출처

    • ABR (Area Border Router, 영역 경계 라우터) : Area에 백본망을 연결해주는 라우터
    • ASBR (Autonomous System Boundary Router, 자율 시스템 경계 라우터) : 다른 AS(Autonomous System)에 속한 라우터와 경로정보 교환
    • IR (Internal Router, 내부 라우터) : Area에 접속한 라우터
    • BR (Backbone Router, 백본 라우터) : 백본망에 접속한 모든 라우터

4. BGP (Border Gateway Protocol)

구분 내용
개념 AS(Autonomous System) 상호 간의 routing 에 적용되는 routing protocol 로 ISP(Internet Service Provider) 사업자들 상호 간에 주로 사용되는 routing protocol
특징 ⦁ EGP라고 하는 Inter-domain routing protocol
⦁ 인터넷을 AS 상호 간 연결 Path로 이뤄진 방향성 그래프의 집단으로 인식 : 경로 벡터 라우팅(path vector routing) 방법을 적용하며, 경로 벡터 라우팅 테이블을 유지
⦁ Looping free routing
⦁ TCP 기반 routing : BGP 라우팅 정보는 router 간에 179번 포트를 통하여 TCP에 의해 신뢰성 있게 전달
⦁ Routing 정보의 점진적 갱신 : BGP 는 주기적으로 라우팅 정보를 갱신하지 않고, 변화가 있을 때 neighbor router에게 갱신 정보를 advertising 함
⦁ 다양한 routing metric 사용 : 최상위 경로 선택을 위해 우선순위가 있는 각 metric을 참조
⦁ Class 없는 주소체계 지원 : CIDR(Classless Inter-Domain Routing) 지원
⦁ IBGP(Internal BGP) : 동일한 AS에 속한 BGP 라우터 간의 동작
⦁ EBGP(External BGP) : 서로 다른 AS에서 동작하는 BGP 프로토콜

2. IP(Internet Protocol)

1.개념

  • TCP/IP 의 네트워크 계층(IP계층) 은 주소화, 데이터그램 포맷, 패킷 핸들링 등을 정의해놓은 인터넷 규약이다.
  • IPv4 : 32비트 주소체계를 사용하고 있고 이러한 주소체계는 네트워크 ID와 호스트 ID로 구분된다.
  • IPv6 : IP 주소의 부족 문제를 해결하기 위해서 주소 비트 수를 128비트로 늘린 것

  • 네트워크 계층 구조 IPv4 Packet

    이미지 출처

  • IP Header 구조
    • Version : IPv4 버전
    • Header Length : Header의 전체 길이
    • Type of Service : 서비스 유형
    • Total Length : IP Datagram의 byte 수
    • Identification : Host에서 보낸 Datagram 식별
    • Flags & Offset : IP Datagram 단편화 정보
      • MTU(Maximum Transmission Unit) : 네트워크 상 한 번에 통과할 수 있는 패킷의 최대 크기
      • 패킷의 크기가 너무 크면 (MTU 보다 크면) 분할되고, 패킷이 분할된 경우 패킷 수신자가 다시 조립을 해야 하는데 이와 관계된 정보
    • Time to Live(TTL) : Datagram이 통과할 수 있는 라우터 수
      • 0이 되면 자동 폐기
    • Protocol : ICMP, TCP, UDP
      • IP Header 위의 상위 프로토콜의 종류
    • Header Checksum : IP Header Checksum 계산
      • Header 의 무결성을 검사하기 위함
  • IPv4의 단편화(Fragmentation) 와 재결합(Reassembly)
    • ifconfig 로 MTU 확인 (1500 = 국제표준)
  • IP 주소의 구조
    • 클래스(Class)
      • 클래스의구조 / 네트워크ID / 호스트ID
      • 네트워크 ID : 네트워크에 부여될 수 있는 것
      • 호스트 ID : 하나의 네트워크에 부여될 수 있는 호스트 IP 주소 자릿수

    • 클래스(Class) 구조

      Class Message
      Class A ⦁ 첫 바이트 7Bit가 네트워크 식별자
      ⦁ 한 네트워크에 가장 많은 호스트를 가짐
      ⦁ 최상위 비트 0
      Class B ⦁ 14Bit의 네트워크 식별자
      ⦁ 한 네트워크에 약 2^16대의 호스트 수용
      ⦁ 최상위 비트 10
      Class C ⦁ 세 번째 바이트까지 네트워크 식별자
      ⦁ 한 네트워크에 254대까지 수용
      ⦁ 최상위 비트 110
      Class D 멀티캐스트 주소로 사용
      ⦁ 최상위 비트 1110
    • 서브넷팅(Subnetting)
      • 주어진 네트워크 주소를 작게 나누어 여러 개의 서브넷(논리적)으로 구성
      • 네트워크 식별자 부분을 구분하기 위한 mask를 서브넷 마스크(Subnet Mask)라고 함
      • 예) 1.0.0.1 / 24 : 서브넷마스크를 2진수 표현 시 1의 개수(CIDR 표기법)

      • 예) 255.255.255.192/26 : 4개의 네트워크, 네트워크당 IP 64개

        클래스 종류 네트워크 ID     호스트 ID
        일반적인 Class C 11111111 11111111 11111111 00000000
        subnet mask 255 255 255 0
        2비트를 사용하여 서브넷팅 11111111 11111111 11111111 11000000
        subnet mask 255 255 255 192
    • 수퍼넷팅(Supernetting) : ISP 사업자가 많은 네트워크 망을 관리하기 위해 묶은 것
    • VLSM(Variable Length Subnet Mask) :서로 다른 크기의 Subnet을 지원, 필요한 호스트의 수가 많은 Subnet을 먼저 계산
    • CIDR : IP 주소와 서브넷 마스크를 이진 표기법으로 표현하여 기존의 고정크기 네트워크를 다양하고 세부적으로 분할. 기존 클래스 A,B,C 네트워크 주소의 개념을 무시 (IPv4 주소 공간의 효율적 할당)

2. ICMP (Internet Control Message Protocol)

  • TCP/IP 에서 오류 제어 프로토콜
  • 호스트 및 라우터는 다른 호스트나 라우터가 현재 도달 가능한지 여부를 결정함
  • 라우터는 특정 목적지 네트워크로 후속 IP 데이터그램을 보냈는데, 사용할 수 있는 더 좋은 경로가 있을 때 근원지 호스트에게 통지함.
  • 호스트나 라우터는 그들이 처리하기에 너무 빠른 IP 데이터그램이 도착하면 다른 시스템에게 통보함.
  • ICMP 주요 기능
    • 오류 보고 메시지 : IP 패킷 처리 도중 발견된 문제를 보고
    • 질의 메시지 : 다른 호스트로부터 특정 정보를 획득하기 위해 사용
  • ICMP 메시지 구조
    • Type : ICMP 메시지 유형 표시
    • Code : Type과 같이 사용되며 세부적인 유형을 표현
    • Checksum : IP Datagram Checksum

  • ICMP 메시지

    Type Message 설명
    3 Destination unreachable Router가 목적지를 찾지 못할 경우 보내는 메시지
    4 Source quench 패킷을 너무 빨리 보내 Network에 무리를 주는 호스트를 제지할 떄 사용
    5 Redirection 패킷 Routing 경로를 수정, Smurf 공격에서 사용
    8 or 0 Echo request or reply Host의 존재를 확인
    11 Time exceeded 패킷을 보냈으나 시간이 경과하여 Packet이 삭제되었을 때 보내는 메시지
    12 Parameter problem IP Header field에 잘못된 정보가 있다는 것을 알림
    13 or 14 Timestamp request and reply Echo와 비슷하나 시간에 대한 정보 추가
  • ping 명령어 실행
    • 윈도우 기본 TTL : 128
    • 리눅스 기본 TTL : 64

3. 데이터 전송 방식과 멀티캐스트

  • 데이터 전송방식

    전송방식 내용
    Unicast 1:1 전송 방식
    Broadcast (IPv4) 1:N 전송방식 (동일한 서브넷 상의 모든 수신자에게 전송)
    Multicast M:N 전송방식 (하나 이상의 송신자들이 특정 그룹의 수신자에게 전송)
    Anycast (IPv6) 그룹에 등록된 노드 중에서 최단 경로 노드 한개에만 전송

4. 멀티캐스트와 IGMP (Internet Group Management Protocol)

  • 멀티캐스트는 그룹에 등록된 사용자에게만 데이터를 전송하는 것
  • IGMP 는 그룹에 등록된 사용자를 관리하는 프로토콜

  • IGMP 메시지 구조

    14bytes20bytes8bytes
    이더넷 헤더IP 헤더IGMP 메시지
    Version(=0)Type(=1-2)(unused)Checksum
    32bit 클래스 D 주소
    • 8Byte 구성
    • Version : IGMP 프로토콜의 버전 표시, 현재 IGMP Version 2
    • Type : 메시지 유형, 1 = 보고, 2 = 질의메시지
    • Group id
      • 보고 메시지 : 호스트에서 신규 가입하고자 하는 멀티캐스트 서비스 group id / 계속 받아보기를 원하는 멀티캐스트 서비스의 group id
      • 질의 메시지 : 0

5. ARP (Address Resolution Protocol)

  • IP 주소를 물리적 하드웨어 주소인 MAC 주소로 변경하는 프로토콜
  • ARP Request를 보내고 인접에 있는 컴퓨터가 ARP Reply 로 응답한 것을 통해서 ARP Cache Table을 유지한 후 인접 컴퓨터의 IP 주소와 MAC 주소를 가지고 있게 됨
  • ARP Cache Table : MAC 주소와 IP 주소 매핑 테이블
  • ARP Operation Code (1-9)
    • 1 : ARP Request
    • 2 : ARP Reply
    • 3 : RARP Request
    • 4 : RARP Reply
  • arp : 리눅스에서 ARP Cache Table 확인
  • arp -a : 윈도우에서 ARP Cache Table 확인

6. RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

  • 물리적인 주소 MAC을 기반으로 논리적인 주소 IP를 알아오는 프로토콜
  • 하나의 호스트를 RARP 서버로 지정
  • 디스크 없는 워크스테이션은 RARP Request 패킷을 전송 (브로드캐스트)
  • RARP 서버는 인터넷 주소를 RARP Response 패킷으로 응답 (유니캐스트)

3. 네트워크 접근(Network Access) 계층

1. 네트워크 접근(Network Access) 계층

  • 논리적 주소인 IP 주소를 물리적 MAC 주소로 변환
  • Physical Layer 가 이해할 수 있는 헤더를 붙여주는 Layer
  • Frame 단위, Mac Adress를 사용하는 계층
  • 통신기기 사이의 연결, 데이터 전송 기능
  • 에러제어, 흐름 제어
  • OSI 7 계층의 데이터 링크 및 물리 계층에 해당

2. 네트워크 접근 주요 기능

  • Point-to-Point 간 신뢰성 있는 전송으로 흐름 제어(Flow Control) 담당
  • 에러 제어(Error Control) : Error Detection(에러검출), Error Correction(에러정정)
  • MAC(Media Access Control) : Lan 카드의 물리적 주소
  • Frame 으로 변환

3. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)

  • 유선 LAN(Local Area Network) 에서 메시지를 송수신하기 위한 접근 방법
  • 충돌이 발생하지 않는 경우
    • 전송을 원하는 호스트는 네트워크에 캐리어를 감지해 전송이 가능한지 검사 (데이터 프레임 전송)
    • 발생한 프레임은 네트워크 내에서 Broadcast 됨
    • 다른 호스트는 목적지 IP 주소가 자기가 아니라는 것을 알면 프레임을 바로 폐기
    • 목적지 호스트는 전송 호스트에게 Unicast 로 응답 (Shared Device Hub 네트워크에서는 유니캐스트와 브로드캐스트의 차이가 없음)
  • 충돌이 발생한 경우
    • 각각의 호스트에서 발생한 프레임이 공유 매체에서 Collision을 발생시킴
    • Collision 이 발생되면 Jam Signal을 모든 호스트로 전송
    • JamSignal을 받은 호스트들은 일정 시간 후에 다시 전송을 시작 (Back off 알고리즘을 이용하여 재전송)
    • 리피터와 허브를 이용하면 Collision이 발생하지만, Switch 는 Collision을 막을 수 있음.
    • Switch는 브로드캐스트를 막을 수 없고, Router 가 브로드캐스트를 막을 수 있음.

4. CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

  • 무선 LAN(Local Area Network) 에서 메시지를 송수신하기 위한 접근 방법
  • 프레임 전송 이전에 제어 메시지를 이용하여 수신자로부터 간단한 전송을 유발
  • 제어 신호에 대한 응답이 도착하면 프레임을 전송

5. LAN Switch

LAN Swtich 방식 설명
Cut through 목적지의 MAC Address만 확인 후 해당 포트로 전송
Store and Forward 전채 Frame을 모두 저장하여 Error Check를 수행 후 전송
Fragment Free ⦁ Modify Cut Through
⦁ Frame의 64 Bit를 검사, Header의 Error를 검사 후 전송
⦁ 512Bit가 수신 될 때까지 대기 후 에러가 존재하지 않으면 전송하는 방식

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참고