Network Devices (네트워크 기기)

📝 계층별 처리 범위

상위 계층 기기는 하위 계층 처리 가능, 역은 불가

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

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🔝 애플리케이션 계층

L7 스위치 (로드 밸런서)

서버 부하를 분산하는 기기

기능:

• URL, 서버, 캐시, 쿠키 기반 트래픽 분산
• 바이러스, 불필요한 외부 데이터 필터링
• 응용 프로그램 수준 트래픽 모니터링
• 헬스 체크로 장애 서버 제외

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L4 vs L7 스위치

| 특징 | L4 스위치 | L7 스위치 | |------|-----------|-----------| | 계층 | 전송 계층 | 애플리케이션 계층 | | 분산 기준 | IP, 포트 | IP, 포트, URL, HTTP 헤더, 쿠키 | | 스트리밍 | 불가 | 가능 | | 메시지 인식 | X | O | | 클라우드 | NLB | ALB |

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헬스 체크 (Health Check)

정상/비정상 서버 판별

방법:

1. TCP: 3-way handshake 확인
2. HTTP: GET 요청 → 웹페이지 응답 확인

설정:

• 전송 주기
• 재전송 횟수

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로드 밸런싱 알고리즘

1. 라운드 로빈 (Round Robin)

순서대로 배정

적합:

• 세션이 오래 지속되지 않는 경우

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2. 가중 라운드 로빈 (Weighted Round Robin)

가중치 기반 우선 배분

적합:

• 서버 트래픽 처리 능력이 다른 경우

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3. IP 해시 (IP Hash)

클라이언트 IP를 특정 서버로 매핑

장점:

• 사용자가 항상 동일한 서버로 연결

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4. 최소 연결 (Least Connection)

가장 적은 연결 상태 서버에 배분

적합:

• 세션이 길어지는 경우
• 트래픽이 일정하지 않은 경우

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5. 최소 응답 시간 (Least Response Time)

연결 상태 + 응답 시간 고려

우선:

• 가장 적은 연결 + 가장 짧은 응답 시간

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서버 이중화

가상 IP 제공 → 안정적 서비스

가상 IP: 0.0.0.12010
  ↓
실제 서버1: 0.0.0.12011
실제 서버2: 0.0.0.12012

장점:

• 서버1 장애 발생해도 서버2로 서비스 유지

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🌐 인터넷 계층

라우터 (Router)

여러 네트워크 연결/분할/구분

기능:

• 패킷 소모 최소화
• 경로 최적화
• 최소 경로로 패킷 포워딩

라우팅 경로 결정 순서:

Longest Match Rule → AD → Metric

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L3 스위치

L2 스위치 + 라우팅 기능

특징:

• 하드웨어 기반 라우팅
• 라우터라고 해도 무방

| 구분 | L2 스위치 | L3 스위치 | |------|-----------|-----------| | 참조 테이블 | MAC 주소 테이블 | 라우팅 테이블 | | 참조 PDU | 이더넷 프레임 | IP 패킷 | | 참조 주소 | MAC 주소 | IP 주소 |

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🔗 데이터 링크 계층

L2 스위치

MAC 주소 기반 패킷 전송

동작:

1. 출발지 주소가 MAC 주소 테이블에 없으면 저장
2. 목적지 주소가 없으면 전체 포트로 전달 (Broadcasting)
3. 목적지 주소가 있으면 해당 포트로 전달
4. 같은 네트워크 영역이면 다른 네트워크로 전달 안 함

특징:

• IP 주소 이해 불가
• MAC 주소 테이블은 일정 시간 후 삭제 (기본 300초)

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ARP (Address Resolution Protocol)

IP 주소 → MAC 주소 변환

동작:

1. 컴퓨터 A가 컴퓨터 B에 IP 통신 시도
2. 목적지 MAC 주소 필요
3. ARP가 IP에 해당하는 MAC 주소 알려줌

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브리지 (Bridge)

두 LAN 상호 접속 장치

기능:

• 포트와 포트 사이 다리 역할
• MAC 주소 테이블 관리
• 통신망 범위 확장

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⚡ 물리 계층

NIC (Network Interface Card)

LAN 카드

기능:

• 2대 이상 컴퓨터 네트워크 구성
• 빠른 속도로 데이터 송수신
• 고유 MAC 주소 보유

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리피터 (Repeater)

약해진 신호 증폭

특징:

• 패킷이 더 멀리 갈 수 있음
• 광케이블 보급으로 현재 잘 안 씀

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AP (Access Point)

패킷 복사 기기

기능:

• 유선 LAN 연결
• 무선 LAN(WiFi) 네트워크 연결

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❓ 면접 질문 예시

Q1. 로드 밸런싱의 의미와 알고리즘은?

답변: 로드 밸런싱은 서버의 부하를 분산하는 작업입니다. 알고리즘으로는 1) 라운드 로빈: 순서대로 배정, 2) 가중 라운드 로빈: 가중치 기반 배정, 3) IP 해시: 클라이언트 IP를 특정 서버로 매핑, 4) 최소 연결: 가장 적은 연결 상태 서버에 배정, 5) 최소 응답 시간: 연결 상태와 응답 시간 모두 고려하여 배정하는 방법이 있습니다.

Q2. L4 스위치와 L7 스위치의 차이는?

답변: L4 스위치는 전송 계층에서 동작하며 IP와 포트를 기반으로 트래픽을 분산합니다. L7 스위치는 애플리케이션 계층에서 동작하며 IP, 포트 외에도 URL, HTTP 헤더, 쿠키 등을 기반으로 트래픽을 분산합니다. L7이 더 섬세한 라우팅이 가능하지만 비용이 높습니다.

Q3. 라우터와 L3 스위치의 차이는?

답변: 라우터는 소프트웨어 기반 라우팅을 수행하고, L3 스위치는 하드웨어 기반 라우팅을 수행합니다. L3 스위치는 L2 스위치의 기능과 라우팅 기능을 갖춘 장비로 라우터라고 해도 무방합니다.

Q4. ARP란 무엇인가요?

답변: ARP(Address Resolution Protocol)는 IP 주소를 통해 MAC 주소를 알려주는 프로토콜입니다. 컴퓨터 A가 컴퓨터 B에게 IP 통신을 시도할 때 목적지 MAC 주소를 알아야 하는데, ARP가 목적지 IP에 해당하는 MAC 주소를 알려주는 역할을 합니다.

Q5. 헬스 체크란 무엇인가요?

답변: 헬스 체크는 L4/L7 스위치가 정상적인 서버와 비정상적인 서버를 판별하는 기능입니다. 전송 주기와 재전송 횟수를 설정한 후 반복적으로 서버에 요청을 보내어 확인합니다. TCP 요청으로 3-way handshake가 정상적으로 일어나는지, HTTP 요청으로 웹페이지가 정상 응답하는지 확인합니다.

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📚 원본 참고 자료

출처: 2023-CS-Study

• 링크: network_devices.md
• 내용: Network Devices, L2/L3/L4/L7 스위치, 라우터, 로드 밸런싱

추가 학습 자료

• 로드밸런서(Load Balancer)의 개념과 특징