TOPCIT 벼락치기 | 시스템아키텍처 기반 기술: 운영체제, 컴퓨터구조, 네트워크

 

시스템 아키텍처 개요

시스템의 개념

'특정한 목적을 달성하기 위한 여러 가지 관련된 구성요소들이 상호작용하는 유기적 집합체'
정보시스템이라는 협의적 관점에서 볼 때, 시스템은 크게
'조직시스템'이라고 하는 사회적 시스템,
'전산시스템'이라는 기술적 시스템 두 가지로 압축된다.

아키텍처의 개념

아키텍처 : 비즈니스 요구사항을 만족하는 시스템을 구축하기 위해 전체 시스템에 대한 구조를 정의한 문서
시스템을 구성하는 컴포넌트, 그 컴포넌트간의 관계, 컴포넌트가 다루는 정보(데이터)를 정의

시스템 아키텍처의 범위

시스템 아키텍처 중 TOPCIT에서는 운영체제, 컴퓨터 아키텍처, 데이터 처리, 네트워크, 임베디드 시스템

총 다섯 영역을 다룬다.

 

 

1. 운영체제

사용자가 원하는 어플리케이션을 실행할 수 있도록 하드웨어 자원 활용,

사용자와 컴퓨터 간의 인터페이스 제공하는 소프트웨어.

목표 : 성능, 신뢰성, 가용성, 보안 등

구성요소	설명
프로세스 관리자	- CPU 스케줄링 : 선점 스케줄링, 비선점 스케줄링 - 프로세스의 상태 모니터링
메모리 관리자	- 주기억장치 공간에 대한 체크, 할당, 회수 - 프로그램 할당 방식 : 고정분할방식, 가변분할방식 - 기억장치(Virtual Memory) 운용
장치 관리자	- 인터럽트 처리, 모든 장치, 채널, 제어장치(control unit) 모니터링 - 스케줄링 기반으로 비디오 디스플레이, 키보드, 프린터, 디스크 드라이브, 네트워크 드라이브 등 할당, 작동, 반환
파일 관리자	- 파일 접근 제한, 자원 할당, 파일에 대한 자원 회수 - 시스템 콜에서 create, delete, read, write 서비스 제공 - 파일, 디렉토리의 생성, 삭제, 백업
보호 시스템	- 권한 부여 받은 프로세스만 수행하여 파일, 메모리 등 자원 보호
명령 해석기	- 커맨드 라인(Shell, Terminal, PowerShell), GUI(Windows, Mac OS)

 

 

 

프로세스 관리

프로세스 : 컴퓨터에서 실행 중인 프로그램! 레지스터(Register), 스택(Stack), 프로그램, 데이터 등의 집합체

 

 

 

메모리 관리

메모리 : 실행 프로그램과 데이터의 임시적 또는 영구적 저장 기능을 수행하는 장

• 레지스터(Registers): CPU 안에서 연산에 대한 내용을 빠르게 담고 처리하기 위한 저장장치
• 캐시(Cache): CPU와 메모리 사이에서 빠르게 데이터를 access 하기 위해 명령어나 데이터를 저장하는 공간
• 메모리(Memory): 프로세스가 실행하기 위한 프로그램을 담고 있는 공간
• 디스크(Disk): 현재는 실행되지 않지만 필요한 프로그램이나 데이터 담고 있는 공간
• 테이프(Tape): 백업, 아카이빙 등의 목적 (현재는 자주 사용되지 않음)

빨간 화살표 내려갈수록, 공간은 커지고 성능은 내려간다.

CPU에서 가장 가까운 레지스터, 캐시 - 공간은 작지만 빠른 응답

CPU와 거리 있는 디스크, 테이프 - 공간 큼, 빠르진 않지만 필요한. 

 

 

 

메모리 관리 기법

기법	설명	세부 기법
할당 정책 (HOW)	- 실행 시간 동안 사용할 프로그램의 메모리를 어떻게(How) 할당할 것인지 결정하는 전략	- 연속, 불연속 - 고정, 가변
호출 정책 (When)	- 언제(When) 메모리로 적재할 것인지 결정하는 전략 - 메인 메모리에 적재할 다음 프로세스의 반입 시기를 결정	- 요구반입기법 - 예상반입기법
배치 정책	- 어디(Where)로 위치시킬 것인지 결정하는 전략 - 디스크에서 반입한 프로세스를 메인 메모리의 어느 위치에 저장할 것인지 결정	- 최초 적합 - 최적 적합 - 최악 적합
교체 정책	- 메모리의 어느 영역(What)을 교체하여 사용할 것인지를 결정하는 전략 - 재배치 기법으로 메인 메모리에 있는 어떤 프로세스를 제거할 것인가를 결정	- 프로세스 Swap In/Out

 

 

할당 정책

1. 연속 할당 (Contiguous Allocation):
   - 연속 할당은 주기억장치 내에서 프로세스에 연속적인 메모리 공간을 할당하는 방식이다.
   - 프로세스는 연속된 주소 범위에 적재되며, 주로 단일 작업과 다중 프로그래밍 환경에서 사용된다.
   - 프로세스가 필요한 메모리 공간을 찾는데 시간이 소요되고, 메모리의 단편화 문제가 발생할 수 있다.

2. 불연속 할당 (Non-contiguous Allocation):
   - 불연속 할당은 주기억장치 내에서 프로세스에 연속적이지 않은 메모리 공간을 할당하는 방식이다.
   - 메모리 공간이 여러 조각으로 나누어질 수 있으며, 동적으로 메모리를 할당하고 반환할 수 있다.
   - 페이징과 세그먼테이션과 같은 불연속 할당 방식은 메모리 단편화를 완화하고 더 효율적인 메모리 사용을 지원한다.

3. 고정 분할 할당 (Fixed Partition Allocation):
   - 고정 분할 할당은 주기억장치를 고정된 크기의 파티션(분할)으로 나누고, 각 파티션에 하나의 프로세스를 할당하는 방식이다.
   - 각 파티션은 크기가 고정되어 있으며, 파티션 내에 프로세스를 로드할 때 공간이 낭비될 수 있다.
   - 다중 프로그래밍을 지원하며, 메모리 내의 파티션을 관리하기 쉽지만, 메모리 사용의 유연성이 제한된다.

4. 가변 분할 할당 (Variable Partition Allocation):
   - 가변 분할 할당은 주기억장치를 가변 크기의 파티션으로 나누고, 각 파티션에 프로세스를 동적으로 할당하는 방식이다.
   - 프로세스의 크기에 따라 메모리 파티션 크기가 동적으로 조절된다.
   - 메모리 사용의 유연성을 높이지만, 파티션 관리와 메모리 단편화 문제를 해결해야 한다.

고정 분할과 가변 분할은 불연속 할당의 하위 범주로, 불연속 할당은 연속 할당의 대안으로 나타난다. 선택한 할당 정책은 시스템의 요구 사항 및 성능 목표에 따라 달라질 수 있다.

 

 

호출 정책

1. 요구 반입 기법(요구 페이지 교체):
   - 요구 반입 기법은 페이지가 실제로 필요한 순간에 메모리로 가져오는 방식이다.
   - 이 정책에서는 프로세스가 실행 중일 때 해당 페이지가 필요한 경우에만 디스크에서 해당 페이지를 가져온다.
   - 이로써 메모리 사용량을 최소화하며, 페이지 부재가 발생할 때 페이지 폴트가 발생한다.
   - 요구 반입은 메모리 효율을 향상시키고 디스크와 메모리 사이의 데이터 이동을 최소화한다.

2. 예상 반입 기법(예측 페이지 교체):
   - 예상 반입 기법은 미리 어떤 페이지가 필요할 것으로 예측하여 해당 페이지를 미리 메모리로 가져오는 방식이다.
   - 시스템은 프로세스의 동작 패턴을 분석하고, 어떤 페이지가 미래에 필요할 것으로 예상할 수 있다.
   - 이로써 페이지 폴트를 미리 방지하고, 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
   - 예상 반입은 불필요한 페이지 폴트를 줄이고 응답 시간을 개선하는 데 도움이 된다.

요구 반입과 예상 반입은 페이지 교체와 관련하여 페이지 폴트를 다루는 방식에서 차이가 있다. 요구 반입은 페이지가 실제 필요할 때만 가져오므로 페이지 폴트가 자주 발생할 수 있지만, 메모리 사용량을 최소화한다. 반면, 예상 반입은 미리 페이지를 가져와서 페이지 폴트를 예방하며 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.

 

 

배치 정책

1. 최초 적합 (First Fit):
   - 최초 적합은 주기억장치 내에서 프로세스를 배치할 때, 가장 처음으로 사용 가능한 메모리 공간에 배치하는 방식이다.
   - 이 방식은 메모리 공간을 앞에서부터 순서대로 검사하며, 처음으로 발견한 충분한 공간에 프로세스를 할당한다.
   - 최초 적합은 빠르게 메모리를 할당할 수 있지만, 메모리의 중간이나 뒷부분에 작은 조각이 남게되어 메모리 단편화 문제를 유발할 수 있다.

2. 최적 적합 (Best Fit):
   - 최적 적합은 주기억장치 내에서 프로세스를 배치할 때, 프로세스 크기와 최대한 근접한 크기의 메모리 공간에 배치하는 방식이다.
   - 메모리 공간을 모두 검사하여, 프로세스와 가장 작은 차이가 나는 메모리 공간을 선택하여 할당한다.
   - 최적 적합은 메모리 단편화를 최소화하는 경향이 있지만, 메모리 할당 과정이 상대적으로 더 복잡하고 느릴 수 있다.

3. 최악 적합 (Worst Fit):
   - 최악 적합은 주기억장치 내에서 프로세스를 배치할 때, 프로세스 크기와 가장 큰 메모리 공간에 배치하는 방식이다.
   - 메모리 공간을 모두 검사하여, 프로세스와 가장 큰 차이가 나는 메모리 공간을 선택하여 할당한다.
   - 최악 적합은 메모리 단편화를 유발할 가능성이 높으며, 메모리 공간을 비효율적으로 사용할 수 있지만, 메모리 할당 과정은 간단하다.

교체 정책

교체 정책은 주기억장치(메모리)가 부족할 때 어떤 프로세스를 메모리로 적재하고 어떤 프로세스를 메모리에서 내보낼지 결정하는 방식을 정의한다. 이와 관련된 프로세스의 Swap In(메모리로 가져오기)과 Swap Out(메모리에서 내보내기) 작업을 수행한다.

- Swap In (메모리로 가져오기): 프로세스가 실행되어야 할 때, 해당 프로세스가 메모리에 없을 경우 디스크로부터 해당 프로세스를 메모리로 로드하는 작업을 의미한다. 이 작업은 교체 정책의 선택에 따라 어떤 프로세스가 메모리로 로드될지를 결정한다.

- Swap Out (메모리에서 내보내기): 메모리 내의 프로세스가 더 이상 실행되지 않는 경우, 교체 정책에 따라 해당 프로세스를 메모리에서 내보내는 작업을 말한다. 이로써 메모리 내의 공간을 확보하여 다른 프로세스를 로드할 수 있다.

FIFO(First-In-First-Out), LRU(Least Recently Used), LFU(Least Frequently Used) 은 메모리 내의 페이지나 프레임을 어떤 순서로 교체할지를 결정한다.

 

 

 

2. 컴퓨터 아키텍쳐

컴퓨터 공학에서 컴퓨터 시스템의 기능(functionality), 조직(organization), 구현(implementation)에 대한 법칙과 방법

출처 : 한빛미디어

분류	역할
중앙처리장치(CPU)	프로그램 실행과 데이터 처리, 컴퓨터의 중추적 기능 수행
주기억장치(RAM)	액세스 속도가 높지만 프로그램 실행 중에만 사용될 수 있는 일시적 기억 장치 기능
보조기억장치	속도는 느리지만 데이터의 영구적 저장 수행
입력장치	컴퓨터 외부로부터 데이터를 입력 받아 기억장치에 제공
출력장치	중앙처리장치에 의해 처리된 데이터를 컴퓨터 외부로 제공

 

 

CPU(central processing unit)

컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램의 연산을 실행하고 처리하는 가장 핵심적인 컴퓨터의 제어 장치, 혹은 그 기능을 내장한 칩

구분	구성요소	설명
CPU	ALU(Arithmetic Logic Unit):	산술 논리 연산 기능 주요 장치
	CU(Control Unit)	명령어 해독(Decode), 메모리 제어
	Register	CPU 동작 관련 데이터 임시 저장
BUS	주소 버스	외부 발생 주소 정보 전송 신호선
	데이터 버스	기억 장치-I/O장치 전송
	제어 버스	시스템 내 장치에 동작 신호선
메모리	주기억장치	CPU 근접 기억장치, 고속, 휘발성
	보조기억장치	별도 제어, 영구 저장장치, 느린 속도

 

 

GPU(Graphic Processing Unit)

	CPU	GPU
개념	컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램의 연산을 실행하고 처리하는 가장 핵심적인 컴퓨터의 제어 장치	메모리를 빠르게 처리하고 바꾸어 화면으로 출력할 프레임 버퍼 안의 영상 생성을 가속하도록 설계된, 전문화된 전자 회로
목적	- 범용 계산 처리 - 다양한 명령 순차 처리	- 그래픽 처리 - 특정 연산 동시 처리
연산처리	- 직렬처리 방식 - 빠른 속도로 여러 번 명령처리	- 병렬처리 방식 - 동시에 연산하여 병렬처리
대표 제품	- 인텔, AMD	- NVidia

 

 

 

GPGPU (General Purpose computing onn Graphics Processing Units)

CPU가 맡았던 연산을 GPU에도 사용해 연산 속도를 향상시키는 기술이다.

GPGPU는 "일반 목적 그래픽 처리 장치"라는 용어의 약어로, 그래픽 처리 장치(GPU)를 일반적인 범용 컴퓨팅 작업에 활용하는 기술이다. 이것은 원래 3D 그래픽 처리를 위해 설계된 GPU를 활용하여 과학, 엔지니어링 응용 프로그램 및 다른 일반적인 계산 작업을 수행하기 위한 기술이다.

1. GPU의 진화: GPU는 원래 그래픽 작업을 수행하기 위해 개발되었지만, 이러한 그래픽 처리 능력을 활용하여 범용 계산에 활용할 수 있는 가능성이 확인되었다. GPU는 대규모 병렬 처리에 능하며, 수많은 작은 코어로 구성되어 있어 동시에 여러 작업을 처리할 수 있다.

2. 병렬 처리 능력: GPGPU는 수천 개의 작은 코어를 가지고 있어, 동시에 많은 계산 작업을 처리할 수 있다. 이는 과학 연구, 엔지니어링 시뮬레이션, 딥러닝 훈련, 암호화 해독, 그리고 시뮬레이션과 같은 작업에서 특히 유용하다.

3. 프로그래밍 모델: GPGPU를 사용하기 위해서는 특별한 프로그래밍 모델을 사용해야 한다. NVIDIA의 CUDA나 Khronos Group의 OpenCL과 같은 프레임워크를 통해 개발자는 GPU에서 병렬 작업을 실행할 수 있는 코드를 작성할 수 있다.

4. 다양한 용도: GPGPU는 다양한 분야에서 활용된다. 과학 연구와 엔지니어링 연구에서 복잡한 시뮬레이션과 데이터 분석 작업을 가속화하는 데 사용된다. 딥러닝 및 인공 신경망 훈련에서 GPU는 높은 성능을 제공하며, 게임 개발과 레이 트레이싱과 같은 그래픽 작업에서도 활용된다.

5. 성능 향상: CPU와 GPGPU를 협력하여 작업을 병렬로 처리하면 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

주요 GPU 제조사로는 NVIDIA와 AMD가 있으며, 그들은 GPGPU를 중요한 기술로 인식하고 GPU를 설계 및 개발하고 있다. GPGPU는 범용 계산을 가속화하고 다양한 분야에서 고성능 컴퓨팅을 가능하게 하는 중요한 기술 중 하나이다.

 

 

 

시스템 버스

컴퓨터의 CPU와 구성요소를 서로 연결하고 데이터 전달을 위한 경로

데이터버스 (data bus)	시스템 요소들 사이에 데이터를 전송하는데 사용되는 선들의 집합
주소버스 (address bus)	CPU가 기억장치로/로부터 데이터 쓰기/읽기 동작을 할 때, 해당 기억 장소를 지정하는 주소를 전송하기 위한 선들의 집합
제어버스 (control bus)	CPU와 기억장치 및 I/O 장치 사이에 제어 신호들을 전송하는 선들의 집합

 

 

 

 

3. 데이터 처리

병렬처리 : 다수 프로세서들이 다수 프로그램 또는 단일 프로그램의 분할된 부분들을 분담하여 동시에 처리

플린의 분류에 따라 4가지로 분류된다.

I - Instruction(명령)

D - Data

S - Single

M - Multiple

 

 

MIMD

복합적인 데이터 병렬처리를 수행하는 MIMD를 많이 사용한다.

MIMD는 시스템 구성 방식에 따라 SMP, MPP 방식으로 구분되고,

메모리 구성 방식에 따라 UMA, NUMA 방식으로 구분된다.

1. SMP (Symmetric Multiprocessing):
   - SMP는 강결합 방식의 다중 프로세서 시스템입니다. 모든 프로세서가 동일한 메모리에 접근하며 공유합니다. SMP 시스템은 대부분 작업을 스케일 업 방식으로 처리하며, 프로세서를 추가하여 성능을 향상시킵니다.

2. MPP (Massively Parallel Processing):
   - MPP는 약결합 방식의 다중 프로세서 시스템입니다. 각 모듈은 독립적인 메모리를 가지며, 이러한 모듈들이 네트워크로 연결되어 작동합니다. MPP 시스템은 일반적으로 스케일 아웃 방식을 통해 성능을 향상시킵니다. 각 모듈을 추가하여 전체 용량을 확장합니다.

3. UMA (Uniform Memory Access):
   - UMA 아키텍처에서 모든 프로세서는 전체 메모리를 공유합니다. 모든 메모리 접근이 동일하게 빠르므로 구조는 단순합니다. 그러나 NUMA보다 성능이 낮을 수 있습니다.

4. NUMA (Non-Uniform Memory Access):
   - NUMA 아키텍처에서 시스템은 여러 개의 노드 또는 소켓으로 구성되며, 각 노드는 로컬 메모리를 가지고 있습니다. 프로세서는 주로 로컬 메모리에 액세스하며, 이로써 지역성을 활용하여 성능을 개선합니다. NUMA 시스템은 대규모 다중 프로세서 시스템에서 주로 사용됩니다.

 

 

네트워크 스토리지

네트워크를 통해서 클라이언트들이 접근하여 데이터를 저장, 복사 등 디스크 작업을 할 수 있는 저장장치

NAS : 가운데 랜 ! 이더넷 통해서 스토리지 액세스 ! → 범용성은 높지만 성능 낮음

SAN : 전용 SAN 스위치 ! → 범용성은 낮지만 고성능

 

SDS (Software Defined Storage)

하드웨어의 한계를 소프트웨어를 통해 극복하기 위해 서버 및 네트워크 가상화처럼 스토리지의 관리 및 프로비저닝을 물리적 하드웨어와 분리하는 스토리지.

스토리지 가상화 기술 → 물리적으로 떨어져있는 자원들을 단일pool로 구성하고, 정책 기반으로 관리하여 서비스에 스토리지 제공함.

 

 

 

스토리지 서비스 유형

1. 블록 스토리지 (Block Storage):
   • 블록 스토리지는 데이터를 일정한 크기의 블록 단위로 저장하는 형태입니다. 각 블록은 고유한 주소를 가지며, 파일 시스템과 마찬가지로 블록 레벨에서 데이터에 액세스합니다. 이는 데이터의 균등한 크기로 분할됨으로써 데이터 일관성과 효율성을 높입니다. 주로 가상 머신 스토리지 및 데이터베이스 스토리지에서 사용됩니다.
2. 파일 스토리지 (File Storage):
   • 파일 스토리지는 파일과 디렉터리 구조를 사용하여 데이터를 저장하는 형태입니다. 사용자 및 응용 프로그램은 파일 시스템을 통해 파일을 관리하고 액세스할 수 있으며, 이는 가장 익숙하고 일반적으로 사용되는 스토리지 형태입니다. 네트워크 공유 파일 시스템, 클라우드 파일 스토리지 및 일반적인 파일 서버에서 사용됩니다.
3. 오브젝트 스토리지 (Object Storage):
   • 오브젝트 스토리지는 계층 구조가 아니며, 데이터를 평면적으로 저장합니다. 데이터는 메타데이터와 함께 오브젝트 단위로 저장되며, 각 오브젝트는 고유한 식별자를 가지고 있습니다. 이는 대규모 데이터 저장 및 백업을 위한 확장성이 높은 스토리지 형태로 주로 대용량 및 분산 스토리지 시스템에서 사용됩니다. 클라우드 오브젝트 스토리지는 이러한 유형의 저장소의 대표적인 예입니다.

 

 

 

4. 네트워크

OSI 7 LAYER

 

 

 

네트워크의 기능

구분	기능	설명
보안	방화벽, WAF, IPS, IDS	- 미리 정의된 보안 규칙에 기반한, 들어오고 나가는 네트워크 트래픽을 모니터링하고 제어하는 네트워크 보안 시스템 - SQL Injection, Cross-Site Scripting (XSS) 등과 같은 웹 공격을 탐지하고 차단
	VPN (Virtual Private Network)	- 인터넷 네트워크와 암호화 기술을 이용하여 통신 시스템을 구축 - IPSec, SSL
성능	로드밸런서 (Load Balancer)	- L4 스위치, L7 스위치 - Elastic Load Balancer
	CDN (Contents Delivery Network)	- Static Caching, Dynamic Caching - GSLB
관리	NAT (Network Address Translation)	- IP Masquerading, Port Forwarding, Load Balancing
	DNS (Domain Name Service)	- 호스트의 도메인 네임을 호스트의 네트워크 주소로 변환

 

 

방화벽, WAF, IPS, IDS

1. 방화벽 (Firewall)

네트워크를 보호하고 외부에서 내부로의 불법 액세스와 공격을 방지하기 위한 네트워크 보안 시스템이다. 주로 들어오는 및 나가는 네트워크 트래픽을 검사하고 제어하며, 이러한 트래픽 중에서 미리 정의된 보안 규칙을 위반하는 것을 차단하고 신뢰되지 않는 출처로부터의 액세스를 차단할 수 있다.

2. WAF(Web Application Firewall)

웹 응용 프로그램 수준에서 보안을 제공하는 보안 장치이다. 주로 웹 애플리케이션을 보호하고 웹 공격으로부터 방어한다. SQL Injection, Cross-Site Scripting (XSS), Cross-Site Request Forgery (CSRF) 등과 같은 웹 공격을 탐지하고 차단한다. WAF는 웹 애플리케이션에 들어오는 HTTP 요청을 검사하고 악성 행위를 감지하여 차단하며, 정상적인 트래픽은 허용한다.

3. IPS (Intrusion Prevention System)

네트워크 및 시스템 레벨에서 악의적인 활동 및 침입을 탐지하고 방지하는 보안 기술이다. IPS는 트래픽을 모니터링하고 악성 활동을 탐지한 경우 이를 차단하거나 제한하는 역할을 한다. 이는 서명 기반과 행동 기반 IPS가 있으며, 이전에 알려진 공격 패턴을 감지하는 것 외에도 트래픽의 비정상적인 패턴을 탐지하는 기능도 수행한다.

4. IDS (Intrusion Detection System):
침입 감지 시스템으로, 네트워크 및 시스템 환경에서 악의적인 활동을 탐지하고 경보를 생성한다. IDS는 공격을 식별하고 기록하며, 시스템 관리자나 보안 팀에 경고를 제공하여 대응 조치를 취하도록 돕는다. IDS는 주로 침입 탐지를 위한 로깅 및 분석에 사용된다.

 

 

VPN (Virtual Private Network)

주요 VPN 프로토콜

- IPSec (Internet Protocol Security): IPSec는 네트워크 레벨에서 작동하며, IP 패킷을 보호하고 보안 연결을 설정하는 데 사용된다.

- SSL (Secure Sockets Layer) / TLS (Transport Layer Security): SSL 또는 TLS는 주로 웹 브라우징 및 애플리케이션 수준의 보안을 위해 사용된다.

 

로드밸런서 (Load Balancer)

로드 밸런서 (Load Balancer)는 네트워크나 응용 프로그램에서 들어오는 트래픽을 여러 대상 서버로 분배하고 이를 효과적으로 관리하여 부하를 분산시키는 역할을 하는 장치나 서비스이다. 이를 통해 웹 서버, 애플리케이션 서버, 데이터베이스 서버 등 다양한 서버 리소스를 효과적으로 활용하고 가용성과 성능을 향상시킬 수 있다.

로드 밸런서는 주로 두 가지 유형으로 분류된다:

1. L4 로드 밸런서 (Layer 4 Load Balancer):
   - L4 로드 밸런서는 주로 전송 계층 (Layer 4)에서 작동하며, IP 주소 및 포트 정보를 기반으로 트래픽을 분배한다. 이 유형의 로드 밸런서는 TCP 및 UDP 트래픽을 관리하며, 연결 상태 및 부하 분산을 고려한다.

2. L7 로드 밸런서 (Layer 7 Load Balancer):
   - L7 로드 밸런서는 응용 계층 (Layer 7)에서 작동하며, 실제 HTTP 요청 및 응답 데이터를 분석한다. 이로써 요청의 내용, 쿠키, 세션 정보 등을 고려하여 트래픽을 분배하고, 애플리케이션 수준에서 부하 분산 및 라우팅을 수행한다.

Amazon Web Services (AWS)의 Elastic Load Balancer (ELB)는 AWS에서 제공하는 로드 밸런서 서비스이다. ELB는 클라우드 환경에서 서버 리소스를 관리하고 네트워크 부하 분산을 지원하는 도구로, AWS의 다양한 서비스와 통합되어 사용할 수 있다. ELB는 사용자의 요구에 따라 자동으로 스케일되며, 여러 가용 영역과 리전을 걸쳐 서버 인스턴스의 가용성을 확보한다.

ELB는 네트워크 및 응용 프로그램 수준에서 작동하는 여러 유형의 로드 밸런서를 제공하며, 사용자가 트래픽 분배 전략을 선택할 수 있다. 이를 통해 웹 애플리케이션 및 마이크로서비스 아키텍처에서 가용성을 확보하고 성능을 최적화할 수 있다. ELB는 AWS 클라우드 환경에서 애플리케이션을 운영하고 관리하는 데 중요한 역할을 한다.

 

 

CDN (Contents Delivery Network)

CDN (Contents Delivery Network)는 콘텐츠 전달 네트워크로, 웹 콘텐츠와 데이터를 최적의 방식으로 제공하기 위한 분산 네트워크 시스템이다. CDN은 웹 사이트, 애플리케이션, 미디어 스트리밍 등의 콘텐츠를 빠르고 안정적으로 사용자에게 전달하는데 사용된다. CDN은 다음과 같은 주요 특징과 구성 요소를 가지고 있다:

1. Static Caching (정적 캐싱):
   - CDN은 정적 콘텐츠를 저장하고 관리하는데 사용된다. 정적 콘텐츠란 미리 생성되고 자주 변경되지 않는 콘텐츠를 의미한다. 이러한 콘텐츠는 CDN 서버에 캐싱되며, 사용자 요청 시에 원본 서버로부터 가져오는 것보다 빠르게 제공된다.

2. Dynamic Caching (동적 캐싱):
   - 동적 콘텐츠는 매번 사용자 요청에 따라 생성되는 콘텐츠로 CDN에 직접 캐싱되지 않는다. 그러나 CDN은 동적 콘텐츠의 일부를 캐싱하고 원본 서버의 부하를 줄이는 역할을 수행한다. 이를 통해 동적 콘텐츠의 전달 속도를 향상시킨다.

3. GSLB (Global Server Load Balancer):
   - GSLB는 CDN의 일부로, 전 세계에 분산된 서버와 데이터 센터를 관리하며 사용자의 위치 및 요청에 따라 최적의 서버를 선택하여 트래픽을 라우팅하는 역할을 한다. 이는 사용자에게 최상의 성능을 제공하고 고가용성을 확보하는데 중요한 역할을 한다.

CDN은 웹 사이트 및 애플리케이션의 성능을 향상시키고, 대용량 미디어 파일의 스트리밍을 효과적으로 처리하는 데 사용된다. CDN은 원본 서버의 부하를 감소시키고 웹 사이트의 응답 속도를 개선하는데 큰 기여를 한다.

 

 

NAT(Network Address Translation)

NAT (Network Address Translation)은 네트워크에서 사용되는 주소 변환 기술로, 사설 네트워크 내의 여러 디바이스가 공인 IP 주소를 사용하여 인터넷에 접속하는데 사용된다. NAT는 다음과 같은 기능과 방식으로 작동한다:

1. IP Masquerading (IP 가면 붙이기):
   - NAT의 가장 일반적인 형태 중 하나인 IP Masquerading은 사설 네트워크 내의 디바이스들이 하나의 공인 IP 주소를 사용하여 외부와 통신할 수 있도록 하는 기술이다. 사설 네트워크에서 나가는 트래픽은 NAT 장치에 의해 변환되어 공인 IP 주소로 나가며, 응답 패킷은 NAT 장치에 의해 사설 IP 주소로 다시 변환되어 내부 디바이스에 전달된다.

2. Port Forwarding (포트 포워딩):
   - NAT를 사용하면 여러 디바이스가 동일한 공인 IP 주소를 공유하게 된다. 이때 포트 포워딩은 공인 IP 주소로 들어오는 트래픽 중 특정 포트로 들어오는 요청을 내부의 특정 디바이스로 전달하는 역할을 한다. 이를 통해 외부에서 내부 네트워크의 특정 서비스 또는 서버로 접속할 수 있다.

3. Load Balancing (로드 밸런싱):
   - NAT를 이용한 로드 밸런싱은 여러 서버로 들어오는 연결을 분산시키는 역할을 한다. NAT 장치는 들어오는 연결을 다수의 서버로 분배하며, 이를 통해 서버 부하를 분산시키고 가용성을 향상시킨다. 이러한 NAT 기반 로드 밸런서는 들어오는 트래픽의 포트 및 IP 주소를 기준으로 서버 선택을 수행한다.

NAT는 주로 가정용 및 기업용 라우터에서 사용되며, 한정된 수의 공인 IP 주소를 더 많은 사설 디바이스와 서버와 공유하도록 허용한다. NAT를 통해 네트워크 보안도 향상시킬 수 있으며, 공인 IP 주소의 부족 문제를 해결하는 데 도움을 준다. 

 

 

DNS(Domain Name Service)

DNS (Domain Name Service)은 호스트의 도메인 네임을 호스트의 네트워크 주소로 변환하는 서비스이다. DNS는 인터넷에서 사용되는 주소 해석 체계로, 사용자가 읽기 쉬운 도메인 네임(예: http://www.example.com)을 해당 호스트의 IP 주소로 변환하여 통신을 가능하게 한다.

DNS의 주요 역할은 다음과 같다:

1. 도메인 이름 해석: DNS는 사용자가 입력한 도메인 네임을 해당 호스트의 IP 주소로 해석한다. 이것은 사용자가 웹 브라우저를 통해 웹 사이트를 방문하거나 이메일을 보낼 때 필요하다.

2. IP 주소 역방향 검색: DNS는 IP 주소를 해당 도메인 네임으로 변환하기도 한다. 이것은 IP 주소에서 호스트 이름을 찾을 때 사용된다.

3. 도메인 계층 구조 관리: DNS는 계층 구조를 가지고 있어서, 모든 도메인 네임이 고유한 위치와 계층을 가지게 한다. 이것은 도메인 이름의 중복을 방지하고 전 세계적인 도메인 이름 시스템을 운영하기 위한 중요한 요소이다.

DNS는 전 세계적으로 분산된 서버 네트워크로 구성되어 있으며, 사용자의 요청을 처리하기 위해 캐싱과 쿼리 기능을 갖춘 DNS 서버가 사용된다. 

 

 

 

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