네트워크는 여러 개의 네트워크 기기를 기반으로 구축됩니다.
계층별 네트워크 기기에는 아래와 같은 종류가 있습니다.

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

상위 계층의 네트워크 기기는 하위 계층을 처리할 수 있습니다.
예를 들어 L7 스위치는 모든 계층을 처리할 수 있지만, AP는 물리 계층만 처리할 수 있습니다.

네트워크 기기로 구성된 네트워크

네트워크_구성

위의 사진을 통해 네트워크가 어떻게 구성되어 있는지 살펴봅시다.

수 많은 라우터들끼리 연결
중심부에는 백본 또는 코어 라우터가 존재
라우터는 스위치와 연결
스위치는 데스크톱, 노트북 등으로 연결

반대로 생각해보면 우리가 사용하는 PC는 스위치에 연결되어 있고,
스위치는 라우터에, 라우터는 라우터끼리 연결되어 있다는 것을 알 수 있습니다.

그림에 나오는 장치들을 하나씩 살펴봅시다.

[참조] 백본 망(backbone network)이란?
백본이란 등뼈 혹은 척수를 가르키는 용어이다.
네트워크에서 백본 망이란 중추 망을 뜻하는 용어이다.
코어 라우터라고 하는 고성능 라우터들이 연결되어 네트워크에서 중추적인 역할을 수행 하고 있다.

라우터

https://www.hyundaihds.com/brandsite/product/networkRouter.jsp

라우터는 여러 개의 네트워크를 연결, 분할, 구분시켜주는 역할
다른 네트워크와 통신할 때 패킷 소모를 최소화, 경로를 최적화하는 역할

스위치

https://www.hyundaihds.com/brandsite/product/networkL3.jsp

라우터가 외부와 통신할 수 있는 장치라면, 스위치는 내부 네트워크간 통신
네트워크 회선과 컴퓨터를 연결하는 역할
허브는 10 Mbps의 속도를 나눠 쓴다면, 스위치는 각각 10 Mbps의 속도
스위치에 연결된 장비의 주소를 기억해두고, 트래픽이 들어왔을 때 연결된 목적지로만 전달해주기 때문에 빠름

L1 스위치

L1 스위치는 물리계층에서 작동하는 네트워크 기기
위에서 잠깐 언급한 허브를 L1 스위치라고 함
허브는 자신에게 꽂혀있는 모든 장비에게 데이터를 전부 전달

NIC

NIC는 물리계층에서 작동하는 네트워크 기기
Network Interface Card의 줄인말
랜카드로 흔히 불림
각 랜카드에는 고유한 식별번호인 MAC 주소가 존재

리피터

리피터는 물리계층에서 작동하는 네트워크 기기
들어오는 약해진 신호를 증폭하여 다른 쪽으로 전달하는 장치
광케이블이 보급됨에 따라 잘 쓰이지 않는 장치

AP

AP는 물리계층에서 작동하는 네트워크 기기
AP는 패킷을 복사하는 기기
유선 네트워크 → 무선 네트워크를 만들어주는 장치

L2 스위치

L2 스위치는 데이터 링크 계층에서 작동하는 네트워크 기기
스위칭 기능이 존재해 스위칭 허브라고 부르기도 함
자신에게 꽂혀있는 장비의 MAC 주소를 기억
트래픽이 들어왔을 때 목적지 MAC 주소를 찾아 전달
간단한 구조와 신뢰성이 높고 성능이 좋음
Broadcast 패킷에 의해 성능 저하가 발생
라우팅이 불가능하고 상위 레이어 프로토콜을 이용한 스위칭이 불가능

[참고] Broadcast 패킷이란?
모든 네트워크 장비들에게 보내는 패킷이다.
공지사항을 위한 방송이라고 생각하면 된다.
ex) L2 스위치는 IP 주소를 이해하지 못하기 때문에, Broadcast를 통해 IP → MAC 주소를 찾아야 한다.

브리지

브리지는 데이터 링크 계층에서 작동하는 네트워크 기기
두 개의 LAN을 상호 접속할 수 있도록 다리 역할을 하는 장치
통신망 범위를 확장하고 서로 다른 LAN으로 이루어진 ‘하나의’ 통신망을 구축할 때 사용

L3 스위치

L3 스위치는 네트워크 계층을 처리하는 네트워크 기기
L3 스위치는 MAC 주소뿐만 아니라 IP 주소까지 알고 있음
즉, L2 스위치에 라우팅 기능이 추가된 장비
따라서 라우터라고 부르기도 함
가정에서 많이 사용하는 공유기도 L3 기능과 WIFI 기능을 포함하고 있음

L4 스위치

L4 스위치는 전송 계층을 처리하는 네트워크 기기
외부에서 들어오는 모든 요청을 먼저 받아 들이는 계층
요청을 받아 내부의 서버들에게 적절히 분산하는 역할
스트리밍 서비스에서는 사용할 수 없음
여러 대의 서버를 한 대처럼 묶을 수 있는 부하 분산(로드 밸런싱) 기능 제공
IP 주소뿐만 아니라 Port 정보도 참고하고, 주로 포트를 기반으로 트래픽을 분산한
L4 스위치를 이용한 로드 밸런싱은 NLB(Network Load Balancer)라고 함

L7 스위치

L7 스위치는 애플리케이션 계층을 처리하는 네트워크 기기
L7 스위치가 L5, L6 기능까지 같이 처리
IP와 포트 이외에도 URL, HTTP, 헤더, 쿠키를 기반으로 트래픽을 분산
바이러스, 불필요한 외부 데이터를 걸러내는 필터링이 있어 응용 프로그램 수준의 트래픽 모니터링도 가능
정기적 헬스 체크를 이용해 장애가 발생한 서버를 트래픽 분산 대상에서 제외한
L7 스위치를 이용한 로드 밸런싱은 ALB(Application Load Balancer)라고 함

헬스 체크

L4, L7 스위치 모두 헬스 체크를 통해 비정상적인 서버를 검출
TCP, HTTP 등 다양한 방법으로 요청을 보내며 정상적인 응답을 받는다면 정상으로 판별

로드밸런서

https://www.cloudv.kr/etc/lb.html

서비스를 안정적으로 운용하기 위해서는 2대 이상의 서버는 필수
에러가 발생하여 1대의 서버가 종료되더라도 서비스는 안정적으로 운용되어야 하기 때문
로드밸런서는 평소에는 부하 분산을 위해 사용
헬스체크를 통해 서버에 장애가 발생했다고 파악이 되면, 로드밸런서는 해당 서버로 접근을 막아버림

참조

면접을 위한 CS 전공지식 노트 서적
https://siahn95.tistory.com/entry/Network장비-L1-L2-L3-L4-L5-L6-L7-스위치란
https://jaejin0me.github.io/post/posts131/
http://wiki.hash.kr/index.php/L2_스위치#cite_ref-.ED.8B.B0.EC.8A.A4.ED.86.A0.EB.A6.AC_3-2
https://startingpitcher.tistory.com/8
https://www.cloudv.kr/etc/lb.html

질문

미국의 구글에서 보낸 패킷이 어떤 과정으로 내 PC에 전달되는지 설명하시오.
어떤 상황에 ALB와 NLB를 사용하는지 각각 설명하시오.
동일한 MAC 주소는 존재할 수 있는가?
동일한 MAC이 존재한다면 어떤 혼란이 발생하고, 어떻게 해결할 수 있는가?
헬스 체크의 빈도로 적당한 시간은?

네트워크의 전반적인 내용을 살펴보자