CISCO 네트워킹 #1

★ 서적 : 후니의 쉽게 쓴 시스코 네트워킹 (https://www.yes24.com/Product/Goods/113485068)

1. 네트워킹 (Networking) : 장비들을 서로 대화가 가능하도록 묶어주는 것

2. 인터넷 (Internet) : 여러 개의 네트워크를 묶은 것
  - 인터(Inter) : 연결을 의미한다.
  - www는 World Wide Web의 약자이다.
  - 특징으로는 하나의 프로토콜을 사용하고, 주로 익스플로러나 크롬, 파이어폭스와 같은 웹 브라우저를 이용해서 인터넷을 탐험하고,
        인터넷에는 없는 정보가 없다. (프로토콜은 통신의 규칙이라고 생각하면 된다)
  - 서로 다른 프로토콜을 사용하게 되면 통신이 불가함.
  - 인터넷에서는 하나의 언어, 즉 하나의 프로토콜만을 사용하는데 인터넷에서 사용하는 이 하나의 프로토콜이  TCP/IP 이다. 
  - 네트워크를 여러 개 묶어놓은 네트워크 연합을 말하고, 이 연합은 TCP/IP라는 공통의 프로토콜을 사용한다.
 
3. 인트라넷 (IntraNet)
  - 내부의 네트워크 
  - 인트라넷도 TCP/IP라는 프로토콜 사용한다.
  - 회사 사람 말고 다른 사람은 인터넷을 통해서 접속이 불가능하다.
  - 인터넷과 생긴건 똑같아도, 특정 회사의 사람들에게만 사용이 허가된 사내 네트워크인 셈이다.
  - 회사에서 쓰는 여러가지 프로그램들을 마치 인터넷을 사용하는 것처럼 쓰도록 만들어 놓은 것 (그 회사의 직원 이 외에는 사용할 수가 없다)

4. 엑스트라넷(ExtarNet)
  - 인트라넷과 거의 유사하다.
  - 기업의 인트라넷을 그 기업의 종업원 이외에도 협력회사나 고객에게 사용할 수 있도록 한 것 
  - 인트라넷의 사용 범위를 직원 이외에도 협력회사나 고객까지로 확대한 개념이다.

5. LAN (Local Area Network)
  - 어느 한정된 공간에서 네트워크를 구성한다는 것
  - LAN의 반댓말로는 WAN이 있다. 
  - WAN과의 차이점은 한정된 지역이냐 서로 멀리 떨어진 곳이냐의 차이다.
 
6. WAN (Wide Area Network)
  - 멀리 떨어진 지역을 서로 연결하는 경우에 사용하는 것
  - 인터넷에 접속하는 것은 WAN이라고 봐야할 것이다.
  - 네트워킹을 한다고 하면 LAN과 WAN이 공존한다. 
  - LAN과의 차이점은 한정된 지역이냐 서로 멀리 떨어진 곳이냐의 차이다.

7. 이더넷(Ethernet)
  - 네트워크를 구축하는 방식 중 하나
  - 우리나라에서는 대부분 이더넷 방식 사용 중
  - CSMA/CD라는 프로토콜을 사용해서 통신한다는 것이 가장 큰 특징이다.
      → CSMA/CD는 통신하고자 하는 컴퓨터가 네트워크를 살펴봐서 아무도 통신을 하고 있지 않으면 무조건 자기 데이터를 실어서 보낸 후 잘 갔는지
            확인하는 방식
  - 2개 이상의 PC나 서버가 동시에 네트워크상에 데이터를 실어 보내는 경우가 발생할 수 있는데 이것을 Multiple Access(다중접근)이라고 한다.
  - 통신에서 이렇게 2개의 장비들이 데이터를 동시에 보내려다 부딪치는 경우를 충돌(콜리전, Collision)이 발생했다고 하며, 데이트를 네트워크에 
     실어서 보내고 나서도 혹시 다른 PC 때문에 충돌이 일어나지 않았는지를 잘 점검해야하는데 그것을 Collision Detection(충돌 감지)라고 한다.
   - 만약 충돌이 발생하게 되면 데이터를 전송했던 PC들은 랜덤(Random)한 시간 동안 기다린 후 다시 데이터를 전송하게 된다. 
      → 랜덤한 시간은 우리가 느끼지 못할 만큼 작은 시간이다.
  - 충돌이 발생하면 다시 보내

8. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)
  - 우리 네트워크 자원을 쓰고 있는 PC나 서버를 확인해보는 것 (즉, 캐리어(네트워크상에 나타나는 신호)가 있는지 감지하는 것 → Carrier Sense라고 한다.)
  - 누군가가 네트워크 상에서 통신을 하고 있으면 자기가 보낼 정보가 있어도 못 보내고 기다리고, 네트워크에서 통신이 없어지면 본인의 데이터를 네트워크 상에 실어 보낸다.

9. 토큰링(TokenRing)
  - 토큰링 방식의 네트워크에서 토큰을 가진 PC만이 네트워크에 데이터를 실어보낼 수 있는 것 
  - 데이터를 다 보내고 나면 바로 옆 PC 토큰에 건네주게 되는데 전송할 데이터가 없다면 토큰을 다시 옆 PC에 전달한다.
   - 옆으로 전달하는 방식으로 통신이 이루어지는 것이다.
   - 단점으로는 내가 지금 바로 보내야할 데이터가 있고, 다른 PC들은 보낼 데이터가 하나도 없다고 하더라도 차례가 올 때까지 계속 기다려야 한다.
        → 다른 PC들은 보낼 데이터가 없더라도 토큰은 계속 옆으로만 전달되기 때문이다. 

10. 참고 자료 
    1) 데이터 네트워크의 2가지 형태가 있는데 하나는 이더넷, 하나는 토큰링이 있으나 우리는 이더넷을 많이 쓰고 있고,
         이더넷의 일반적인 속도는 100 / 1,000Mbps이다. (토큰링은 4Mbps / 16Mbps)

[그림 1] 데이터 네트워크의 2가지 형태

11. UTP 케이블 (Unshielded TP)
   - 통신 케이블은 장비와 장비의 연결에는 어디에나 들어간다.
   - 네트워크 장비와 네트워크 장비를 연결하기 위해서는 어떤 종류의 케이블이든 반드시 케이블이 들어가게 된다. 
      → 광케이블, UTP 케이블, 동축 케이블 등 종류도 많다.
    - UTP 케이블은 거의 모든 사무실과 게임방이 사용하고 있다.
    - TP 케이블은 Twisted - pair로 서로 꼬여 있다는 것을 말한다. (TP 케이블 종류에는 UTP와 STP가 있음)
    - UTP는 Unshielded(언쉴드, 감싸지 않았다) TP를 말하며 주로 우리가 사용한다. 
     - STP는 Shielded로 케이블의 주위를 어떤 절연체로 감싸서 만든 것을 말한다. 
        → STP가 좀 더 비싸고 성능이 좋고, EMI를 줄였다. 
   

[그림 2] UTP 케이블을 카테고리로 알아보기

★ TIP ★
    - 현재 케이블에서 10Gbps를 사용하고자 한다면 최소 Cat6 케이블 이상이 필요함.
       10Gbps로 100미터 이상을 지원하기 위해서는 최소 Cat6a 이상의 케이블이 필요함

[그림 3] UTP 케이블과 STP 케이블의 모양

12. 케이블 (Cable)
 - 10 Base T에서 10은 속도를 나타낸다.  (10 Base T는 10Mbps의 속도를 지원하는 케이블을 의미한다)
                                  Base는 이 케이블이 Baseband용 케이블이라는 것을 나타낸다.
                                  T는 케이블의 종류 또는 이 케이블이 전송할 수 있는 최대 거리 (T는 TP(Twisted Pair) 케이블이라는 것을 나타낸다)
        → 10 Base 5이면 10Mbps의 속도를 지원하는 Baseband용 케이블로 500미터까지 통신이 가능하다는 것을 의미한다. 

- 케이블 종류에는 베이스밴드(Baseband), 브로드밴드(Broadband)가 있다. 
   쉽게 생각해서 베이스밴드는 디지털 방식, 브로드밴드는 아날로그 방식이라고 생각하면 된다.

▶ 우리가 많이 쓰는 케이블 
    - 10 Base T : 10Mbps로 통신하고, 최대 전송 거리 100미터인 UTP 케이블로, 카테고리 3, 4, 5를 사용할 수 있다.
                             이 케이블에는 RJ45 잭을 사용해서 연결한다.
   - 10 Base FL : 10Mbps로 통신하는 케이블이자 광케이블이고, FL(Fiber-optic)이 광케이블이라는 것을 알려주고 있다.
                               이 케이블은 ST 커넥터라는 것을 사용해서 연결하고 광 케이블은 싱글 모드 또는 멀티 모드 케이블을 사용한다.
   - 10 Base 2 : 10Mbps로 통신이 가능하고, 최대 200미터(정확히는 185미터)까지 전송이 가능한 케이블 
                             몇년 전까지만 해도 사무실에서 가장 많이 사용하는 케이블 ( UTP 케이블이 등장하고 나서 미사용 )
                             그냥 Thin 케이블이라고 불렀고, BNC 커넥터를 사용했고, 전깃줄 두께의 까만색 케이블
    - 10 Base 5 : 10Mbps 통신을 지원하는 케이블이고 최대 거리는 500미터로 두껍게 생겼다고 해서 Thick 케이블이라고 부르거나
                             색이 노랗다고 해서 옐로우(Yellow) 케이블이라고 부르고, 주로 백본 케이블 즉 중앙망용으로 천장 위에 설치하고 트랜시버 케이블을
                             이용해서 천장에서 하나씩 뽑아 내린 다음에 PC의 랜카드와 연결했고, 랜 카드 중에 AUI 인터페이스(15핀으로 생긴 사다리꼴 인터페이스
                              ) 를 가진 것이 바로 이 케이블과 연결하기 위한 인터페이스
     - 100 Base TX : Category 5 UTP 케이블을 사용하는 케이블을 사용하는 케이블이고, 최대 거리는 100미터, 전송 속도는 100Mbps 짜리 케이블
     - 100 Base T2 : 원래 100Mbps 속도를 내려면 위에서처럼 Category 5 케이블을 사용하는데 100 Base T2 방식을 쓰면 Category 3, 4, 5를 전부
                                     사용해서 100M를 구현할 수 있고 자주 쓰이는 방식은 아니다.
     - 100 Base T4 : Category 3 케이블을 가지고 100Mbps용으로 사용할 때 만드는 케이블로 그 대신 다른 케이블은 2페어(4가닥)을 사용하지만, 이것은
                                    4페어(8가닥)를 전부 사용한다는 차이점이 있다.
      - 100 Base FX : 이 케이블은 100Mbps 광케이블을 이용해서 구현하는건데, 전송 거리가 보통 2Km에서 10Km까지 가능하고 SC라는 네모난 
                                     접속 커넥터를 이용해서 접속한다. 물론 ST(동그랗게 생겨서 돌려서 끼우는 방식)도 사용하지만 일반적이지 않다.
      - 1000 Base SX : 기가비트, 즉 1,000Mbps의 속도가 나는 케이블
                                       Short Wavelen-gth라는 광케이블을 사용하기도 하는데 최대 전송 거리는 약 270미터에서 550미터 정도이다.
       - 1000 Base T : 1,000Mbps로 UTP 케이블을 통해 전송하고, 최대 거리는 100미터인 케이블 스펙이고, Category 5 케이블을 사용하면 된다. 
                                      기가비트용 UTP 케이블이 Category 5로 결정되었다. 

★ 기가비트의 경우 위에 나온 1000 Base SX 외에도 1000 Base LX/LH 같은 스펙은 광케이블을 사용해서 최대 10킬로미터까지도 전송이 가능하도록
     구성되어있고, 케이블의 경우 속도가 빨라지면 빨라질수록 전송 거리는 점점 짧아진다.

[그림 4] UTP 잭에 연결된 케이블 그림

순번	1번	2번	3번	4번	5번	6번	7번	8번
색상	화이트 오렌지	오렌지	화이트 그린	블루	화이트 블루	그린	화이트 브라운	브라운

12-1. 케이블 종류 

[그림 5] 케이블 사진

- 얇게 생긴 광섬유을 타고 전송이 이루어지고, 광 케이블의 한 가닥을 '코어'라고 한다. 
- 통신을 위해서는 최소 2코어의 광케이블이 필요하다. (수신, 송신에 각각 하나씩 필요)
- 광케이블을 이야기 할 때 '이게 몇 코어짜리 광케이블이다'라고 말하곤 한다.
- UTP 케이블을 우리가 가장 많이 사용한다. 
- UTP 케이블은  8가닥으로 2가닥이 하나로 꼬여있다라고 생각하면 된다. (UTP의 T가 바로 Twist, 즉 꼬였다는 뜻)
  - AUI 케이블은 10 Base - 5 케이블에 연결해서 사용하는 케이블이라고 생각하면 쉽다.
     → 두꺼운 10 Base - 5 케이블을 두고 이 케이블의 중간중간에 '트랜시버'라는 것을 넣은 후 AUI 케이블의 한쪽 끝은 트랜시버에, 또 다른 끝은 PC나
           네트워크 장비에 연결하는 것이다.

13. 맥 어드레스 (MAC(Media Access Control) Address)
- 통신을 위해서는 서로를 구분할 일종의 주소가 필요하기 때문에 그것을 MAC 주소라고 한다.
- 인터넷은 TCP/IP로 통신을 하고 따라서 통신을 위해서 IP 주소를 사용한다.
- IP 주소만 있으면 모든 통신이 일어날 것 같지만, 사실은 IP 주소를 다시 MAC으로 바꾸는 절차(이 과정을 ARP(Address Resolution Protocol)이라고
  한다.)를 밟고 있는 것이다.
- 네트워크(이더넷 (Ethernet))에 붙는 각 장비들은 48bit(6octet*)의 주소를 갖게 되는데, 이 주소는 랜카드 또는 네트워크 장비에 이미 고정되어 있는
   주소이고 유일한 주소이다. (이 주소를 '맥 어드레스' 또는 '하드웨어 주소'라고 한다.)
→ 모든 랜(LAN)의 디바이스(device)들은 반드시 유일한 맥 어드레스를 가져야 한다.
      따라서 랜카드 하나하나마다 서로 다른 맥 어드레스가 있고 또 라우터나 스위치에도 맥 어드레스가 들어있다.
- 맥 어드레스는 8자리마다 하이픈(-)이나 콜론(;), 점(.)으로 구분되기도 한다.

[ 예시 ] 00-60-97-8F-4F-86 00:60:97:8F:4F:86 0060.978F.4F86

위의 3개는 모두 같은 호스트를 나타낸다. (즉 같은 맥 어드레스) 
- 맥 어드레스는 이진수로 표시되어야 한다.
- 48비트라는 의미가 이진수 48개를 의미하기 때문이다.
- 맥 어드레스가 0과 1만으로 이루어진 이진수 48자리로 만들어진다.
- 이진수 4자리를 묶어서 16진수 한 자리를 만든다라고 생각하면 된다.
- 앞쪽 6개의 16진수 (예시에서는 00-60-97)가 벤더, 즉 생산자를 나타내는 코드이다. 
- 생산자를 나타내는 코드를 OUI(Organizational Unique Identifier)라고 한다.
- 이 코드는 메이커에 따라 다르기 때문에 우리가 MAC 주소의 앞부분을 보면 어느 회사에서 만든 제품인지를 알 수 있다.
- 뒤에 오는 6자리의 수가 메이커에서 각 장비에 분배하는 Host Identifier이다. (한마디로 시리얼 넘버인 셈이다)
- 맥 주소 중에서 앞쪽의 절반은 미리 약속된 규정에 따라 각 네트워크 장비를 만드는 회사에 분배해주고, 그 회사에서는 나머지 절반을 일련번호로 만들어 
   각 장비에 부여한다.
- 예시에서는 00-60-97을 회사가 부여 받은 것이고, 그 회사에서 네트워크 장비에 00-60-97-00-00-00부터 00-60-97-ff-ff-ff 까지를 부여하는 것이다.
      → 여기서 ff는 십진수에서 9처럼 16진수에서 가장 큰 값으로 십진수로 환산하면 15가 된다.
- 이렇게 만들어진 맥 어드레스는 통신하는데 가장 중요한 요소로 사용된다.

[그림 6] 랜카드에 들어있는 맥 어드레스(MAC Address)

 

 * 옥텟(octet) : 8개의 비트를 묶은 것을 말한다.


14. 유니캐스트(Unicast) 
- 유니캐스트와 멀티캐스트, 브로드캐스트 등 이 캐스트 3형제는 한마디로 네트워크에서 통신을 하는 방식에 따른 구분
    → 즉 1대 1로 하는 통신 방식이냐 어떤 그룹을 대상으로 하는 통신 방식이냐, 아니면 전부를 대상으로 하는 통신 방식이냐 하는 것
- 유니캐스트(Unicast)는 네트워크에서 가장 많이 사용되는 트래픽이다.
- 유니캐스트는 우리가 랜에서 통신을 한다고 할 때 데이터를 보내고자 하는 PC의 맥 어드레스가 (00-60-80-AA-BB-CC)라고 가정하고,
    목적지는 00-60-80-DD-EE-FF라고 써넣는 것인데 이런 방식이 바로 유니캐스트 통신 방식이다.
- 정확하게 받는 PC의 주소를 프레임 안에 써넣는데, 이때 PC가 하나이어야 한다는 것이다.
- 어떤 PC가 유니캐스트프레임을 뿌리게 되면, 어차피 로컬 이더넷의 기본 성격이 붙어 있는 모든 PC들에게 정보를 뿌리는 Shared 방식이기 때문에 
   그 로컬 네트워크 상에 있는 모든 PC들은 일단 이 프레임을 받아들여서 랜카드에서 자신의 맥 어드레스와 비교하게 된다.
    → 여기서 자신의 맥 어드레스는 랜카드의 맥 어드레스가 된다.
- 자신의 랜카드 맥 어드레스와 목적지 맥 어드레스가 서로 다른 경우는 바로 그 프레임을 버리게 된다.
- 그 PC의 CPU까지는 영향을 주지 않기 때문에 PC의 성능이 저하되는 일은 발생하지 않는다. 
    →브로드캐스트의 경우는 PC의 성능을 저하시키기 때문에 이 부분이 중요하다.
- 현재 네트워크상에서 가장 많이 사용되는 통신 방식이 유니캐스트(Unicast)이다.
- 유니캐스트 통신 방식은 그 목적지 주소가 아닌 다른 PC들의 CPU 성능을 저하시키지는 않는다.
    → 자신의 맥 어드레스가 아니라고 판단되면 랜카드가 이 프레임을 버리기 때문이다. 

15. 브로드캐스트(Broadcast)
- 로컬 랜에 붙어 있는 모든 네트워크 장비들에게 보내는 통신
- 로컬 랜이란 라우터에 의해서 구분된 공간, 즉 브로드캐스트 도메인이라고 하는 공간을 뜻한다.
- 통신의 대상이 특정한 어떤 한 네트워크 장비가 아니고 내가 살고 있는 네트워크 안의 모든 네트워크 장비들에 통신할 때 쓰기 위한 방식
- 받는 사람이 이 브로드캐스트 도메인 안에 사는 모든 네트워크 장비들이다.
- 자기가 받기 싫다고 해서 받지 않는 것이 아니라 무조건 받는 것이다.
- 브로드캐스트의 주소는 미리 정해져 있는데, 바로 FFFF.FFFF.FFFF(맥 어드레스로 했을 때) 이다.
- 이 주소가 오면 랜카드는 비록 자신의 맥 어드레스와 같지는 않지만 이 브로드캐스트 패킷을 CPU에 보내게 된다.
- 그 다음은 CPU가 이 패킷을 알아서 처리하게 된다.
- 브로드캐스트는 네트워크에 문제를 일으키기도 하지만 없어서는 절대로 안 될 중요한 기능을 제공한다.
- 자신의 맥 어드레스와 다르면 바로 버리고 CPU를 괴롭히지 않았던 유니캐스트에 비해서 CPU가 할 일이 늘어나고, 브로드캐스트는 네트워크상의 
   전체 노드로 전송되기 때문에 전체적인 트래픽도 증가하지만, 이 패킷을 받은 모든 랜카드가 이 패킷을 CPU로 전송하기 때문에 CPU는 하던 일을 
   멈추고 또 다른 일을 해야하고, 이에 따라 전체 PC의 성능도 떨어지게 되는 것이다. 
- 과도한 브로드캐스트는 전체 네트워크의 성능뿐만 아니라 PC 자체의 성능 역시 떨어뜨리는 결과를 가져오는 것이다.
    → CPU는 랜카드가 요청한 일을 하느라고 다른 일을 못하게 되기 때문이다.
- 라우터끼리 정보를 교환한다거나 다른 라우터를 찾을 때, 또 서버들이 자신이 어떤 서비를 제공한다는 것을 모든 클라이언트들에게 알릴 때 등 
   여러 경우에 사용된다.
- 이런 브로드캐스트들은 한 번 발생하고 끝나는 것이 아니라 대부분 30초나 1분에 한 번씩 주기적으로 발생하게 된다.
    → 브로드캐스트가 꼭 필요하긴 하지만 많아지면 문제가 된다.

[그림 7] 유니캐스트와 브로드캐스트에 대한 비교 실험

- 이 네트워크상에는 랜카드 맥어드레스가 A인 PC 혼자만 살고 있다.
- 이 때 트래픽 발생기가목적지 주소를 B로 해서 맥어드레스가 A인 랜카드가 설치되고 있는 PC에 트래픽을 계속 보내기 시작했는데, 
   PC에 설치된 랜카드는 들어오는 프레임의 목적지 주소를 보게 되는데, 비교해보니 목적지 주소가 자기 맥 어드레스와 다르다는 것이고,
  이 프레임을 무시하고 CPU에게는 올려보내지 않는 것인데 그럼 CPU는 자기가 하던 일을 계속 수행할 수 있다.
- 이번에는 트래픽 발생기에서 브로드캐스트(Broadcast)를 발생시켰는데 그러자 PC가 자신의 맥 어드레스 'A'와 다른 'FFFF' 인데도 불구하고 
   이 프레임을 버리지 않고 CPU에 전달하면서 인터럽트를 걸게 된다. 
    → 즉, 너 지금 하던 일을 멈추고 이것부터 해결해줘! 라고 랜카드가 CPU쪽으로 프레임을 던져주는 것이다. 
- CPU가 다른 일을 해야하기 때문에 PC는 당연히 느려질 수 밖에 없다.

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[그림 8] 단독 네트워크, 즉 라우터를 거치지 않는 하나의 네트워크 안에서의 통신

▶ [그림 8]에 대한 설명
PC Y가 PC Z랑 통신을 하려고 한다. 
이때 PC Y는 PC Z의 IP 주소를 알고 있다. 그럼 PC Y는 자기가 속한 네트워크에 있는 모든 PC에게 "우리 네트워크에 혹시 Z라는 녀석이 있으면 내가 통신하고 싶으니까 맥 어드레스 좀 알려주라"라고 메시지를 보낸다. (이것을 '브로드캐스트'라고 한다.) 

이 때 Z는 Y와 같은 네트워크에 있기 때문에 Y가 보낸 브로드캐스트를 받았을 것이다. (원래 같은 네트워크 안에 사는 PC만이 브로드캐스트를 받을 수 있다) 그럼 Z는 Y에게 자신의 맥 어드레스를 알려주게 되고 Y는 Z의 맥 어드레스를 안 다음에 비로소 통신을 시작하게 된다.

[그림 9] 호스트 Z가 다른 네트워크에 있는 경우

- 라우터를 넘어서 다른 네트워크에서 살고 있는 것이고, 호스트 Y가 브로드캐스트를 보내도 호스트 Z는 그 메시지를 받아볼 수 없다.
    → 중간에 있는 라우터가 브로드캐스트를 통과시키지 않기 때문이다.
- IP 주소가 있어도 통신에서 맥 어드레스가 사용되는거구나라고만 알면 된다.

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