7. 네트워크 종류와 구성 1

27. 클라이언트-서버형과 P2P형: 장치 연결 방식의 차이

클라이언트-서버 아키텍처

등장 배경: 미니컴퓨터와 워크스테이션의 발전과 함께 확산된 네트워크 구성 방식

클라이언트-서버 모델:

                    [서버]
                서비스 제공자
                     |
         +-----------+-----------+
         |           |           |
         ↓           ↓           ↓
   [클라이언트 1]  [클라이언트 2]  [클라이언트 3]
    서비스 요청    서비스 요청    서비스 요청

핵심 특징:
✓ 중앙 집중형: 서비스 관리가 서버에 집중
✓ 역할 분리: 제공자(서버) vs 소비자(클라이언트)
✓ 확장성: 다수의 클라이언트 동시 지원

역할의 유연성

통신 흐름:

[PC 1] ----→ [웹 서버] ----→ [DB 서버]
        ①           ②
        HTTP 요청    DB 쿼리

        ④ HTML 응답 ③ 데이터 응답
[PC 1] ←---- [웹 서버] ←---- [DB 서버]

역할 분석:
• PC 1: 항상 클라이언트
• 웹 서버: PC에게는 서버, DB에게는 클라이언트
• DB 서버: 항상 서버

→ 역할은 고정되지 않고 관계에 따라 변함

클라이언트-서버 모델의 특징:


P2P (Peer-to-Peer) 아키텍처

개념: 단말기끼리 직접 통신하는 맞춤형 통신 방식

P2P 네트워크 구조:

      [피어 1]  ←→  [피어 2]
    클라+서버 ↖  ↙ ↘  ↗ 클라+서버
                ×   ×
    [피어 4]  ↗  ↖ ↙  ↘  [피어 3]
    클라+서버  ←→  ×  ←→  클라+서버

핵심 특징:
✓ 탈중앙화: 중앙 서버가 불필요
✓ 직접 연결: Peer to Peer 방식
✓ 자율성: 각 피어가 서버이자 클라이언트

P2P 연결 방식:

연결 조건:

사용 시나리오:

효율적인 경우:

클라이언트-서버 vs P2P 비교

구분 클라이언트-서버 P2P
구조 중앙 집중형 분산형
서버 필요성 필수 불필요
확장성 서버 성능에 의존 참가자 증가 시 자동 확장
관리 중앙 관리 용이 관리 어려움
장애 영향 서버 장애 시 전체 중단 일부 노드 장애 시 지속 가능
보안 중앙 제어 가능 개별 노드 관리 필요

28. LAN (Local Area Network)

LAN의 정의와 범위

개념: 건물 내부나 같은 층처럼 비교적 좁은 범위의 로컬 네트워크 영역

LAN의 물리적 범위와 특징:

물리적 범위:
• 단일 건물
• 같은 층
• 사무실
• 가정 내부

LAN의 특징:
✓ 지리적으로 제한된 범위
✓ 고속 통신: 1Gbps ~ 10Gbps
✓ 낮은 지연시간: 밀리초 이하
✓ 단일 조직 소유

이더넷: LAN의 주류 기술

현재 LAN 구성의 핵심: 트위스트 페어 케이블(LAN 케이블)로 장치를 연결하는 이더넷 방식

이더넷 LAN 구성:

    [PC 1]              [PC 2]
    MAC: AA:BB:         MAC: AA:BB:
    CC:DD:EE:01         CC:DD:EE:02
        |                   |
        +--------+   +------+
                 |   |
            [스위칭 허브]
                 |   |
        +--------+   +------+
        |                   |
    [프린터]            [서버]
    MAC: AA:BB:         MAC: AA:BB:
    CC:DD:EE:03         CC:DD:EE:04

연결 방식:
• LAN 케이블 (트위스트 페어)
• 식별자: MAC 주소

MAC 주소와 IP 주소의 역할

이중 주소 체계의 필요성:

MAC 주소 vs IP 주소:

MAC 주소만으로 부족한 이유:

다른 네트워크 서버 접속 흐름:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[PC]              [L2 스위치]     [L3 스위치]        [서버]
10.0.1.10        (MAC 기반)      (IP 기반)      192.168.1.50
   |                  |               |                |
   |--① 이더넷 프레임->|               |                |
   |  (목적지 MAC:     |               |                |
   |   L3 스위치)      |               |                |
   |                  |               |                |
   |              MAC 주소는           |                |
   |              계층 구조 없음       |                |
   |              → 대규모 라우팅 불가 |                |
   |                  |               |                |
   |                  |--② 프레임 전달->|                |
   |                  |               |                |
   |                  |          IP 주소로              |
   |                  |          네트워크 판단          |
   |                  |          192.168.1.0/24         |
   |                  |          경로 검색              |
   |                  |               |                |
   |                  |               |--③ 최적 경로-->|
   |                  |               |   패킷 전달    |

→ IP 주소의 계층 구조로 효율적 라우팅 가능

핵심 이해:

MAC 주소 = "우편번호 없는 상세 주소"
→ 같은 동네(세그먼트)에서는 찾을 수 있음
→ 다른 도시(네트워크)는 찾기 어려움

IP 주소 = "우편번호 + 상세 주소"
→ 네트워크 부분으로 대략적 위치 파악
→ 라우터가 효율적으로 경로 결정
→ L3 스위치가 IP 기반으로 세그먼트 간 통신 처리

L3 스위치의 역할:

L3 스위치 동작 흐름:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

            [패킷 도착]
                 |
                 ↓
        [이더넷 프레임 분석]
                 |
         +-------+-------+
         |               |
         ↓               ↓
   [MAC 주소 확인]  [IP 주소 확인]
     (L2 기능)        (L3 기능)
         |               |
         ↓               ↓
   [같은 세그먼트]   [다른 세그먼트]
   MAC 기반 전달     IP 라우팅

L3 스위치의 가치:
✓ L2 스위치 기능 통합
✓ 네트워크 간 라우팅
✓ VLAN 지원

29. 이더넷: LAN의 표준 기술

이더넷의 탄생과 설계 철학

개발 목표: 다수의 장치가 독자적인 타이밍에 통신을 시작할 수 있는 네트워크

이더넷 설계 원칙과 진화:

[이더넷 설계 원칙]
  ├─ 랜덤 액세스 (Random Access)
  ├─ 패킷 교환 (Packet Switching)
  └─ 충돌 감지 및 회피

[초기 버스형 토폴로지]
  ├─ 태핑 연결: 동축 케이블
  └─ 모든 장치가 같은 선 공유

[현재 스타형 토폴로지]
  ├─ 스위칭 허브: 중앙 집중
  └─ 각 장치 독립 연결

랜덤 액세스 방식: CSMA/CD와 CSMA/CA

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection):

CSMA/CD 동작 과정:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[PC 1]          [전송 매체 - 공유 회선]          [PC 2]
   |                     |                         |
   |--① 회선 사용 중?--->|                         |
   |   (Carrier Sense)   |                         |
   |                     |                         |
   |              사용 중 아님                      |
   |                     |                         |
   |--② 데이터 전송 ---->|                         |
   |     시작            |                         |
   |                     |<----③ 동시 전송 시도----|
   |                     |                         |
   |              ⚡ 충돌 발생 (Collision)          |
   |                     |                         |
   |<--④ 충돌 감지------|------④ 충돌 감지------->|
   |  (Collision         |    (Collision           |
   |   Detection)        |     Detection)          |
   |                     |                         |
   ⑤ 난수 기반           |            ⑤ 다른 난수로 |
   대기 시간 계산        |            대기 시간 계산 |
   |                     |                         |
   |--⑥ 재전송 시도---->|                         |
   |                     |                         |
   |              전송 성공                         |

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance):

CSMA/CA 프로세스:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

        [회선 감지 Carrier Sense]
                  |
                  ↓
            [사용 중?]
              /     \
         YES /       \ NO
            /         \
           ↓           ↓
        [대기]    [짧은 대기 DIFS]
                       |
                       ↓
              [백오프 타이머 - 난수 기반]
                       |
                       ↓
                  [전송 시작]
                       |
                       ↓
                  [ACK 대기]
                       |
                       ↓
                 [ACK 수신?]
                  /       \
             YES /         \ NO
                /           \
               ↓             ↓
          [전송 성공]   [재전송 횟수
                        증가하여 재시도]

충돌 회피 전략:
✓ 사전 대기: 충돌 확률 감소
✓ ACK 확인: 전송 보장

CSMA/CD vs CSMA/CA 비교

구분 CSMA/CD CSMA/CA
사용 환경 유선 이더넷 무선 LAN (Wi-Fi)
충돌 처리 감지 후 재전송 사전 회피
효율성 충돌 빠른 감지 대기 시간 증가
현재 사용 스위칭으로 거의 불필요 Wi-Fi에서 필수

난수를 이용한 백오프 알고리즘:

재전송 대기 시간 계산:
- 1회 충돌: 0~1 슬롯 중 선택
- 2회 충돌: 0~3 슬롯 중 선택
- 3회 충돌: 0~7 슬롯 중 선택
- n회 충돌: 0~(2^n - 1) 슬롯 중 선택

예시:
PC1: 3번 충돌 → 0~7 중 "5" 선택 → 5 슬롯 대기
PC2: 3번 충돌 → 0~7 중 "2" 선택 → 2 슬롯 대기
→ PC2가 먼저 전송, 충돌 회피

네트워크 토폴로지의 진화

버스형 네트워크 (초기):

[PC 1]---[태핑]---[동축 케이블]---[태핑]---[PC 2]
                       |
                   [태핑]
                       |
                    [PC 3]

버스형 문제점:
✗ 케이블 단선 시 전체 중단
✗ 충돌 빈번
✗ 확장 어려움

스타형 네트워크 (현재):

        [PC 1]      [PC 2]
           |           |
           +-----+-----+
                 |
          [스위칭 허브]
           중앙 집선
                 |
      +----+-----+-----+----+
      |          |          |
   [PC 3]     [PC 4]     [서버]

스타형 장점:
✓ 개별 연결: 독립성 확보
✓ 충돌 최소화: 스위칭 방식
✓ 장애 국소화
✓ 유지보수 용이

이더넷 프레임 구조

이더넷 프레임 = 이더넷으로 주고받는 데이터 덩어리

이더넷 프레임 구조:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

┌──────────┬─────┬───────────┬───────────┬─────────┬─────────────┬─────┐
│프리앰블  │ SFD │ 목적지MAC │ 출발지MAC │타입/길이│  페이로드   │ FCS │
│ 7바이트  │1바이트│ 6바이트  │ 6바이트   │2바이트  │ 46~1500바이트│4바이트│
└──────────┴─────┴───────────┴───────────┴─────────┴─────────────┴─────┘

각 필드 역할:
├─ 동기화: 프리앰블/SFD
├─ 주소 정보: MAC 주소
├─ 프로토콜 식별: 타입
├─ 데이터: 페이로드
└─ 오류 검출: FCS

프레임 필드 상세:

1. 프리앰블 (Preamble): 7바이트
   - 10101010 패턴 반복
   - 수신 장치의 클럭 동기화

2. SFD (Start Frame Delimiter): 1바이트
   - 10101011 패턴
   - 프레임 시작 신호

3. 목적지 MAC 주소: 6바이트
   - 수신 장치 식별

4. 출발지 MAC 주소: 6바이트
   - 송신 장치 식별

5. 타입/길이: 2바이트
   - 페이로드의 프로토콜 타입 (IPv4, IPv6 등)

6. 페이로드: 46~1500바이트
   - 실제 데이터
   - 최소 46바이트 (패딩 필요 시)

7. FCS (Frame Check Sequence): 4바이트
   - CRC 오류 검출
   - 프레임 손상 확인

30. 무선 LAN

무선 LAN의 기본 개념

정의: 전파를 사용하여 무선으로 통신하는 LAN

무선 LAN 구성:

[노트북]     [스마트폰]     [태블릿]
    \            |           /
     \           |          /
      \          |         /
       \         |        /
        \        |       /
         [액세스 포인트 (AP)]
                 |
                 |
          [유선 네트워크]

액세스 포인트 (AP):


무선 LAN의 보안 위험

물리적 통제 불가:

무선 신호는 벽을 넘어 전파되므로 물리적 경계가 없습니다. 건물 밖에서도 신호를 수신할 수 있어 보안이 매우 중요합니다.

주요 보안 위협:


MAC 주소 필터링과 SSID 스텔스

MAC 주소 필터링:

MAC 주소 필터링:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[액세스 포인트 허용 목록]
  ├─ AA:BB:CC:DD:EE:01 (노트북)
  ├─ AA:BB:CC:DD:EE:02 (스마트폰)
  └─ AA:BB:CC:DD:EE:03 (태블릿)

[미등록 장치]
  └─ AA:BB:CC:DD:EE:99 → 접속 거부

SSID (Service Set Identifier):

SSID (Service Set Identifier):
- 무선 네트워크의 이름
- 일반적으로 비콘 프레임에 포함되어 브로드캐스트

스텔스 모드:
- SSID를 브로드캐스트하지 않음
- 사용자가 수동으로 SSID 입력해야 접속 가능

예시:
일반 모드: "CompanyWiFi" → 모두에게 보임
스텔스 모드: "" → SSID를 알아야 접속 가능

한계점:

MAC 인증 + SSID 스텔스 = 완벽하지 않음

이유:
❌ MAC 주소는 위조 가능 (MAC Spoofing)
❌ SSID는 프로브 요청으로 탐지 가능
❌ 데이터 자체는 여전히 평문 전송
❌ 관리 복잡성 증가

결론:
→ 추가 보안 계층 필요
→ 암호화 기술 필수

WPA/WPA2/WPA3: 암호화 기술

암호화 표준의 진화:

무선 LAN 암호화 표준 진화:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[무선 LAN 암호화 표준]
    ├─ WEP (초기 표준)
    │   └─ 취약: 수분 내 해독 가능
    │
    ├─ WPA (중간 단계)
    │   └─ TKIP: 개선
    │
    ├─ WPA2 (현재 표준) ← 현재 권장
    │   └─ AES: 강력한 암호화
    │
    └─ WPA3 (최신 표준) ← 현재 권장
        └─ SAE: 최고 수준 보안

WPA2 동작 방식:

WPA2-Personal (가정용):
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[클라이언트]           [액세스 포인트]
      |                      |
      |----① 연결 요청------->|
      |                      |
      |<----② 챌린지 전송----|
      |                      |
      |----③ PSK 기반 응답--->|
      | (Pre-Shared Key)     |
      |                      |
      |   [4방향 핸드셰이크]  |
      |                      |
      |<---④ 인증 성공--------|
      |   세션 키 생성       |
      |                      |
      |  모든 트래픽 AES로    |
      |      암호화           |

WPA2-Enterprise (기업용):
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[클라이언트]    [액세스 포인트]    [인증 서버]
      |                |               |
      |---① 연결 요청-->|               |
      |                |               |
      |                |---② 인증 요청->|
      |                |   (RADIUS)    |
      |                |               |
      |                |<--③ 인증 확인-|
      |                |               |
      |<---④ 접속 허용-|               |

WPA 표준 비교

구분 WEP WPA WPA2 WPA3
암호화 RC4 (취약) TKIP AES-CCMP AES-GCM
키 길이 64/128비트 128비트 128/256비트 128/256비트
보안성 매우 취약 중간 강력 매우 강력
인증 공유 키 PSK/802.1X PSK/802.1X SAE/802.1X
출시 1999 2003 2004 2018
현재 사용 ❌ 금지 △ 레거시만 ✅ 주류 ✅ 권장

무선 LAN 보안 베스트 프랙티스

다층 보안 전략:

무선 LAN 보안 베스트 프랙티스:
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[무선 LAN 보안 - 기본]
  ├─ 강력한 암호화: WPA2/WPA3
  ├─ 강력한 암호: 복잡한 PSK
  ├─ SSID 관리: 의미 없는 이름
  ├─ 네트워크 분리: 게스트 WiFi
  └─ 펌웨어 업데이트: 취약점 패치

[엔터프라이즈 추가 보안]
  ├─ RADIUS 서버: 중앙 인증
  ├─ 802.1X: 개별 사용자 인증
  └─ VPN: 트래픽 암호화

실무 설정 예시:

가정용 네트워크:
─────────────────────────────
✅ WPA2-Personal (최소) 또는 WPA3
✅ PSK: 16자 이상 복잡한 암호
✅ SSID: "MyHome123" (일반적 이름 피함)
✅ 게스트 네트워크 분리
✅ 정기적 암호 변경

기업 네트워크:
─────────────────────────────
✅ WPA2-Enterprise (802.1X)
✅ RADIUS 서버 인증
✅ 사용자별 계정/암호
✅ 증명서 기반 인증
✅ IPS/IDS 모니터링
✅ 네트워크 세그먼테이션 (VLAN)

핵심 이해:

무선 LAN 보안의 핵심:
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문제: 전파는 물리적으로 통제 불가
해결: 암호화로 논리적 보안 구현

MAC 인증 + SSID 스텔스 = 약한 보안
WPA2/WPA3 암호화 = 필수

다층 방어:
1. 암호화 (데이터 보호)
2. 인증 (접근 통제)
3. 네트워크 분리 (피해 최소화)
4. 모니터링 (위협 탐지)

31. IEEE 802.x 규격

IEEE 802 표준 개요

IEEE 802 프로젝트: LAN과 MAN(Metropolitan Area Network)의 표준을 정의하는 국제 규격

IEEE 802 표준 체계:
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[IEEE 802 프로젝트]
  ├─ 802.1: 상위 계층 관리
  ├─ 802.3: 이더넷
  ├─ 802.11: 무선 LAN
  ├─ 802.15: WPAN
  └─ 802.16: WiMAX

[계층 대응]
  ├─ 데이터 링크 계층 (LLC)
  └─ 물리 계층 (MAC)

IEEE 802.3: 이더넷 규격

802.3 표준 패밀리:

IEEE 802.3 이더넷 표준:
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[IEEE 802.3 표준 패밀리]
  ├─ 10BASE-T: 10Mbps
  ├─ 100BASE-TX: 100Mbps
  ├─ 1000BASE-T: 1Gbps
  └─ 10GBASE-T: 10Gbps

[케이블 선택]
  ├─ 트위스트 페어: 1Gbps 이하
  └─ 광섬유: 1Gbps 이상

[LAN 케이블 - 8가닥 구성]
  ├─ Cat 5e: 1Gbps
  ├─ Cat 6: 10Gbps
  └─ Cat 6a/7: 10Gbps+

트위스트 페어 케이블 구조:

LAN 케이블 (UTP Cable):
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8가닥 (4쌍):
┌─────────────┐
│ 주황/흰주황 │ → 쌍 1
│ 초록/흰초록 │ → 쌍 2
│ 파랑/흰파랑 │ → 쌍 3
│ 갈색/흰갈색 │ → 쌍 4
└─────────────┘

트위스트 (꼬임) 이유:
→ 전자기 간섭(EMI) 감소
→ 신호 품질 향상
→ 크로스토크 방지

속도별 케이블 요구사항

속도 표준 케이블 최대 거리 용도
10Mbps 10BASE-T Cat 3 100m 레거시
100Mbps 100BASE-TX Cat 5 100m 기본 LAN
1Gbps 1000BASE-T Cat 5e 100m 일반 LAN
10Gbps 10GBASE-T Cat 6a 100m 고속 LAN
10Gbps+ - 광섬유 수 km 백본/데이터센터

IEEE 802.11: 무선 LAN 규격

802.11 표준의 진화:

IEEE 802.11 무선 LAN 표준 진화:
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[IEEE 802.11 표준]
  ├─ 802.11a (1999)
  │   └─ 5GHz, 54Mbps
  │
  ├─ 802.11b (1999)
  │   └─ 2.4GHz, 11Mbps
  │
  ├─ 802.11g (2003)
  │   └─ 2.4GHz, 54Mbps
  │
  ├─ 802.11n (2009)
  │   └─ 2.4/5GHz, 600Mbps
  │
  ├─ 802.11ac (2014) [WiFi 5]
  │   └─ 5GHz, 6.9Gbps
  │
  └─ 802.11ax (2019) [WiFi 6]
      └─ 2.4/5/6GHz, 9.6Gbps

세대별 주요 특징:

802.11b/g/n (WiFi 4 이전):
─────────────────────────────
- 2.4GHz 대역 주로 사용
- 간섭 많음 (전자레인지, 블루투스)
- 최대 속도: ~600Mbps (이론값)

802.11ac (WiFi 5):
─────────────────────────────
- 5GHz 전용
- MU-MIMO (다중 사용자)
- 빔포밍 (신호 집중)
- 최대 속도: 6.9Gbps (이론값)
- 실사용: 1~2Gbps

802.11ax (WiFi 6/6E):
─────────────────────────────
- 2.4GHz + 5GHz + 6GHz (6E)
- OFDMA (효율적 대역 사용)
- 고밀도 환경 최적화
- 최대 속도: 9.6Gbps (이론값)
- 실사용: 2~4Gbps
- 저전력 (배터리 효율)

주파수 대역 비교:

[2.4GHz]
  장점:
    • 넓은 범위
    • 벽 투과 양호
  단점:
    • 간섭 많음
    • 속도 낮음

[5GHz]
  장점:
    • 빠른 속도
    • 간섭 적음
  단점:
    • 짧은 범위
    • 벽 투과 약함

[6GHz - WiFi 6E]
  장점:
    • 가장 빠름
    • 간섭 거의 없음
  단점:
    • 짧은 범위
    • 장치 지원 필요

Wi-Fi 세대 명명법

Wi-Fi Alliance 간소화 명칭:

복잡한 802.11 표준 → 간단한 Wi-Fi 번호

802.11b/g → (Wi-Fi 3 이하, 비공식)
802.11n  → WiFi 4
802.11ac → WiFi 5
802.11ax → WiFi 6 / WiFi 6E (6GHz 지원)
802.11be → WiFi 7 (개발 중)

소비자 친화적 명칭으로 마케팅 및 식별 용이

IEEE 802 기타 주요 규격

802.15: WPAN (Wireless Personal Area Network)

802.15.1 → Bluetooth
802.15.4 → Zigbee, Thread (IoT)

특징:
- 저전력
- 짧은 거리 (10m 이내)
- 센서 네트워크
- 웨어러블 기기

802.1: 네트워크 관리

802.1Q → VLAN 태깅
802.1X → 네트워크 접근 제어 (NAC)
802.1D → 스패닝 트리 프로토콜

LAN 스위치의 상위 기능 정의

핵심 이해:

IEEE 802 규격의 구조:
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802.3 (이더넷)
→ 유선 LAN의 표준
→ 트위스트 페어/광섬유
→ 10Mbps ~ 100Gbps+

802.11 (무선 LAN)
→ WiFi의 기술 표준
→ 2.4/5/6GHz
→ WiFi 4/5/6/7

결론:
→ 802.3 = 유선의 뼈대
→ 802.11 = 무선의 뼈대
→ 상호 호환되어 현대 LAN 구성