[Network] Broadcast와 Unicast, Frame과 Packet

- Broadcast

 방송 주소(broadcast address)는 TCP/IP 네트워크에서 사용되는 주소(MAC, IP 모두 존재)입니다. 이 주소는 네트워크 상의 모든 호스트에게 메시지를 전송하는데 사용됩니다. 방송 주소는 특수한 주소로, 일반적으로 네트워크의 IP 주소에서 호스트 부분을 모두 1로 설정하여 표시됩니다.

 예를 들어, 만약 IP 주소가 192.168.0.0/24 서브넷으로 설정되어 있다면, 이 서브넷의 방송 주소는 192.168.0.255가 됩니다. 이 주소로 전송된 패킷은 해당 서브넷 내의 모든 호스트에게 전송됩니다.

ex) 1100000.10101000.00000000.00001010 -> 파란색 부분은 Network ID(택배를 모으는 물류센터구조. 일단 우리집으로 올 수 있는 근처의 물류센터), 빨간색 부분은 Host ID(우리 집 정확한 주소)

 broadcast는 다양한 네트워크 프로토콜에서 사용될 수 있으며, 주로 네트워크 관리, 디버깅, DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)와 같은 서비스에서 활용됩니다. 하지만 일반적으로 broadcast를 통해 보안상의 이슈가 발생할 수 있으므로, 많은 네트워크에서 방송 주소에 대한 패킷 전송을 제한하거나 필터링합니다. 또한 하나가 broadcast를 해버리는 순간 나머지들은 그 broadcast 통신이 끝날 때까지 통신을 못하기 때문에 broadcast를 최소화 시켜야 합니다.

 

- Unicast

• 한 개의 송신자와 한 개의 수신자 간에 1:1로 통신하는 방식. 즉, 메시지는 특정한 호스트(IP 주소)로 직접 전송
• 특정 수신자에게 직접적으로 패킷을 전송하기 때문에 개인적인 통신이 가능하며, 메시지의 목적지를 정확하게 지정할 수 있음 -> 개인 정보의 안전성과 보안을 유지하기 위해 중요한 역할
• broadcast나 멀티캐스트 주소와는 달리 Unicast는 특정한 호스트에게만 전송되기 때문에 네트워크 자원을 덜 사용  
• Unicast는 가장 일반적인 통신 방식 (대부분의 네트워크 트래픽은 Unicast로 이루어짐) 
• 웹 브라우징, 이메일 전송, 파일 다운로드 등의 통신에 사용

 

- Frame

• 네트워크에서 데이터를 전송하는 단위
• 데이터 링크 계층에서 사용되며, 일반적으로 이더넷(Ethernet)이나 Wi-Fi와 같은 네트워크 기술에서 프레임 형태로 데이터를 전송
• 헤더(Header), 트레일러(Trailer), 데이터로 구성
  • 헤더에는 출발지와 목적지의 물리적인 MAC(Media Access Control) 주소, 에러 체크 등의 제어 정보가 포함(송장 역할) 
  • 트레일러는 에러 체크 코드(CRC)와 같은 오류 감지를 위한 정보 포함
  • 데이터는 헤더와 트레일러 사이에 위치하며, 실제 전송되는 정보를 포함
• 데이터 링크 계층에서  Frame을 전송하고, 수신 측에서는 Frame을 받아서 헤더 정보를 확인하고, 오류 검사 등을 수행하여 데이터의 정확성을 보장
• 각 네트워크 기술은 Frame의 크기와 형식에 대한 특정 규격을 정의
  • 이더넷에서는 일반적으로 Ethernet II 프레임 형식이 사용되며, 최대 전송 단위(MTU, Maximum Transmission Unit)는 1500바이트
  • Wi-Fi에서는 IEEE 802.11 프레임 형식을 사용하며, MTU는 일반적으로 2304바이트

 

- Packet

• 컴퓨터 네트워크에서 데이터를 전송하는 단위
• 네트워크 계층에서 사용(인터넷과 같은 TCP/IP 기반의 네트워크에서 데이터 전송에 사용)
• 네트워크 프로토콜의 데이터 전송 과정에서 생성되며, 송신자에서 수신자로 전송될 때 여러 개의 패킷으로 분할될 수 있음 (수신자에서 다시 원래의 데이터로 재조립) -> 데이터의 신뢰성을 보장, 라우팅과 트래픽 제어 수행
• 각 패킷은 일련의 헤더(header)와 페이로드(payload)로 구성
  • header에는 송신자 및 수신자의 주소, 패킷 순서, 오류 검출을 위한 체크섬 등의 제어 정보가 포함됩니다.
  • payload는 실제로 전송되는 데이터 부분으로, 원본 데이터의 조각이 됩니다.
• IP 패킷은 송신자와 수신자의 IP 주소를 포함하고, 패킷 전송을 위해 라우팅되는 경로를 결정하는 데 사용
• 네트워크 상에서 독립적으로 전송되며, 개별적으로 경로를 따라 전송될 수 있습니다.
• 최대 크기 MTU는 특별한 이유가 없다면 1500bytes(약 1.4kB) (Header의 시작점부터 Payload의 끝점까지)

- Frame과 Packet의 차이

Packet은 네트워크 계층에서 사용되며 라우팅을 통해 전송되는 논리적인 IP 데이터 조각이고, Frame은 데이터 링크 계층에서 사용되며 네트워크에서 직접 전송되는 데이터의 단위입니다.

Packet은 논리적인 정보를 포함하고, Frame은 물리적인 제어 정보와 함께 데이터를 전송합니다.

 

- H/W와 S/W의 기본 개념

 H/W는 Physcial하고 S/W는 Logical합니다. 따라서 L2까지는 물리적으로 설명하고 L3(IPv4 주소) 등은 논리적으로 설명합니다.

논리적이란 것은 실체가 없다는 것이다.

 Logical은 Virtual과 비슷한 의미로 쓰이기도 합니다. 실체가 없는 논리적인 애를 가상이라고 합니다.

H/W를 S/W로 구현할 수 있습니다. 예를 들어서 Virtual Machine이 있습니다.(CPU를 Machine이라고 함) 이러한 기술을 가상화 기술이라고 합니다.