[CS 전공지식 노트] 네트워크 기기

 

'면접을 위한 CS 전공지식 노트'를 읽고 개인적으로 정리한 글입니다.

 

 

2.3.1 네트워크 기기의 처리 범위

 

네트워크 기기는 계층별로 처리 범위를 나눌 수 있음

 

=> 상위 계층을 처리하는 기기는 하위 계층을 처리할 수 있지만 그 반대는 불가함

 

ex. L7 스위치는 애플리케이션 계층을 처리하는 기기로, 그 밑의 모든 계층 프로토콜을 처리할 수 있지만, AP는 물리 계층밖에 처리하지 못함

 

• 애플리케이션 계층 : L7 스위치
  
  
• 인터넷 계층 : 라우터, L3 스위치
  
  
• 데이터 링크 계층 : L2 스위치, 브리지
  
  
• 물리 계층 : NIC, 리피터, AP

 

2.3.2 애플리케이션 계층을 처리하는 기기

 

애플리케이션 계층을 처리하는 기기로는 L7 스위치가 있음

L7 스위치

 

스위치는 여러 장비를 연결하고 데이터 통신을 중재하며 목적지가 연결된 포트로만 전기 신호를 보내 데이터를 전송하는 통신 네트워크 장비임

 

L7 스위치

 

 

L7 스위치는 로드밸런서라고도 하며, 서버의 부하를 분산하는 기기임

 

=> 클라이언트로부터 오는 요청들을 뒤쪽의 서버로 나누는 역할을 하며 시스템이 처리할 수 있는 트래픽 증가를 목표로함

 

URL, 서버, 캐시, 쿠키들을 기반으로 트래픽을 분산하고 바이러스, 불필요한 외부 데이터 등을 걸러내는 필터링 기능 또한 가지고 있으며 응용 프로그램 수준의 트래픽 모니터링도 가능함

=> 만약 장애가 발생한 서버가 있다면 이를 트래픽 분산 대상에서 제외해야 하는데, 이는 health check를 이용하여 감시하면서 이루어짐

 

L4 스위치와 L7 스위치 차이

 

로드밸런서로는 L7 스위치 뿐만 아니라 L4 스위치도 있음

 

L4 스위치는 전송 계층을 처리하는 기기로 스트리밍 관련 서비스에서는 사용할 수 없으며 메시지를 기반으로 인식하지 못하고 IP와 포트를 기반으로 (특히 포트를 기반으로) 트래픽을 분산함

 

반면, L7 로드밸런서는 IP, 포트 이외에도 URL, HTTP 헤더, 쿠키 등을 기반으로 트래픽을 분산함

 

AWS와 같은 클라우드 서비스에서는 L7 스위치를 이용한 로드 밸런싱은 ALB(Application Load Balancer) 컴포넌트로 하며, L4 스위치를 이용한 로드밸런싱은 NLB(Network Load Balancer) 컴포넌트로 함

 

헬스 체크

 

L4 스위치 또는 L7 스위치 모두 health check를 통해 정상적인 서버 또는 비정상적인 서버를 판별하는데, health check는 전송 주기와 재전송 횟수 등을 설정한 이후 반복적으로 서버에 요청을 보내는 것을 말함

 

=> 이 때 서버에 부하가 되지 않을 만큼 요청 횟수가 적절해야함
(TCP, HTTP 등 다양한 방법으로 요청을 보냄)

 

 

로드밸런서를 이용한 서버 이중화

 

 

로드밸런서는 대표적인 기능으로 서버 이중화가 있음

 

(서비스를 안정적으로 운용하기 위해서는 2대 이상의 서버는 필수적임 => 에러가 발생하여 서버 1대가 종료되더라도 서비스는 안정적으로 운용되어야 하기 때문)

 

 

로드밸런서는 2대 이상의 서버를 기반으로 가상 IP(그림에서 0.0.0.12010)를 제공하고 이를 기반으로 안정적인 서비스를 제공함

 

 

L7 로드밸런서(ALB)가 L4 로드밸런서(NLB)와 다르게 고정 IP를 사용할 수 없는 이유

 

(AWS를 공부하며 다뤘던 내용인데 함께 정리함)

 

일단 헷갈리지 말아야할점은 ALB는 단일 인스턴스가 아니라 AWS 내부적으로 확장되는 구조임 
(AWS 내부적으로 여러 개의 노드로 이루어져있음)

 

ALB는 AWS 내부적으로 DNS를 사용하여 트래픽을 분산함
(IP가 아니라 도메인 이름 - DNS를 사용함 ex. my-alb-12345678.ap-northeast-2.elb.amazonaws.com)

=> 클라이언트가 이 도메인에 요청하면 AWS가 알아서 그 순간 최적의 ALB 노드 IP를 반환함

NLB는 단순하게 패킷을 특정 서버로 전달하는 역할만 하니까 (특정 IP로 트래픽 넘겨주니까) 고정 IP를 할당할 수 있음

 

하지만, ALB는 HTTP 요청을 해석해서 트래픽을 분산함

 

예를들어,

 

/login 요청은 서버 A로 /products 요청은 서버 B로 

 

이런식으로 요청 내용을 보고 다르게 처리해야하는데 ALB 내부에서 부하를 자동으로 관리하면서 여러 개의 ALB 인스턴스를 추가하거나 제거하기에 IP 주소 고정되면 확장 어렵고 관리가 복잡해짐

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그래서 결론적으로는

 

ALB가 고정 IP를 사용한다면 확장 및 축소 시 고정 IP를 유지하는 것이 어렵고, 이로 인해 서비스 가용성에 문제가 생길 수 있음

=> 내부적으로 확장성을 고려해 IP 주소가 동적으로 변할 수 밖에 없음

반면, NLB는 패킷을 직접 전달하는 L4 방식이므로 고정 IP를 사용할 수 있음

 

=> 만약 ALB 사용하면서도 고정 IP가 필요하다면 AWS Global Accelerator를 고려해볼 수 있음!

 

 

2.3.3. 인터넷 계층을 처리하는 기기

 

인터넷 계층을 처리하는 기기로는 라우터, L3 스위치가 있음

 

라우터

 

라우터

 

라우터(router)는 여러 개의 네트워크를 연결, 분할, 구분시켜주는 역할을 하며 "다른 네트워크에 존재하는 장치끼리 서로 데이터를 주고 받을 때 패킷 소모를 최소화하고 경로를 최적화하여 최소 경로로 패킷을 포워딩" 하는 라우팅을 하는 장비임

 

 

L3 스위치

 

L3 스위치란 L2 스위치의 기능과 라우팅 기능을 갖춘 장비임

 

=> 라우터라고 해도 무방함

 

라우터는 소프트웨어 기반의 라우팅과 하드웨어 기반의 라우팅을 하는 것으로 나눠짐

 

=> 하드웨어 기반의 라우팅을 담당하는 장치를 L3 스위치라고함

 

 

2.3.4 데이터 링크 계층을 처리하는 기기

 

데이터 링크 계층을 처리하는 기기로는 L2 스위치와 브리지가 있음

 

L2 스위치

 

L2 스위치

 

L2 스위치는 장치들의 MAC 주소를 MAC 주소 테이블을 통해 관리하며, 연결된 장치로부터 패킷이 왔을 때 패킷 전송을 담당함

 

 

IP 주소를 이해하지 못해 IP 주소를 기반으로 라우팅은 불가능하며 단순히 패킷의 MAC 주소를 읽어 스위칭하는 역할을함

 

=> 목적지가 MAC 주소 테이블에 없다면 전체 포트에 전달하고 MAC 주소 테이블의 주소는 일정 시간 이후 삭제하는 기능도 있음

 

L2스위치 vs L3스위치

 

브리지

 

브리지

 

브리지(bridge)는 두 개의 근거리 통신망(LAN)을 상호 접속할 수 있도록 하는 통신망 연결 장치로, 포트와 포트 사이의 다리 역할을 하며 장치에서 받아온 MAC 주소를 MAC 주소 테이블로 관리함

 

=> 통신망 범위를 확장하고 서로 다른 LAN 등으로 이루어진 '하나의' 통신망을 구축할 때 쓰임

 

 

2.3.5 물리 계층을 처리하는 기기

 

물리 계층을 처리하는 기기는 NIC, 리피터, AP가 있음

 

NIC

 

 

NIC

 

LAN 카드라고 하는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)는 2대 이상의 컴퓨터 네트워크를 구성하는 데 사용하며, 네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있도록 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드임

 

 

=> 각 LAN 카드에는 각각을 구분하기 위한 고유의 식별번호인 MAC 주소가 있음

 

리피터

 

리피터

 

리피터(repeater)는 들어오는 약해진 신호 정도를 증폭하여 다른 쪽으로 전달하는 장치임

 

=> 이를 통해 패킷이 더 멀리 갈 수 있고 이는 광케이블이 보급됨에 따라 현재는 잘 쓰이지 않는 장치임

 

 

AP

 

AP

 

AP(Access Point)는 패킷을 복사하는 기기임

 

=> AP에서 유선 LAN을 연결한 후 다른 장치에서 무선 LAN 기술(와이파이 등)을 사용하여 무선 네트워크 연결을 할 수 있음