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[내용정리] 이수

Network/네트워크_기기.md

@@ -0,0 +1,161 @@
+# 📡 네트워크 기기
+
+통신 프로토콜 중에서 OSI(Open System Interconnection) 7계층의 각 계층 별
+네트워크 기기에 대해 알아본다.
+
+상위 계층을 처리하는 기기는 하위 계층을 처리할 수 있지만 그 반대는 불가하다.
+
+## [Layer 1] 물리 계층
+물리 계층의 기기는 간단한 네트워크 장비라고 볼 수 있다.       
+패킷을 관리하지 않으며 , 단순히 수신한 패킷을 복사해서 다른 포트로 전송하는 역할을 한다.         
+패킷이 반복적으로 복제되어 패킷 충돌이 증가할 수 있고, 이는 네트워크 스위칭의 성능을 제한하는 원인이 될 수 있다.
+
+### 📍 NIC (Network Interface Card)
+`LAN 카드` 라고도 하며, 2대 이상의 컴퓨터 네트워크를 구성하는 데 사용된다.
+
+<img src="images/lan_card.jpg" width="350" height="300">
+
+네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있도록 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드이다.
+
+각 LAN에는 고유 식별번호인 MAC주소가 있다.
+
+### 📍 리피터 (Repeater)
+약해진 신호 정보를 증폭하여 다른 쪽으로 전달하는 장치로, 패킷을 더 멀리 보낼 수 있도록 하는 장비이다.       
+광케이블이 보급됨에 따라 현재는 잘 쓰이지 않는다.
+
+> HDMI 리피터
+
+<img src="images/repeater.png" width="400" height="300">
+
+
+### 📍 AP (Access Point)
+주로 건물의 각 층과 사무실 별로 설치하여, AP에 유선 LAN을 연결하면    
+무선 네트워크에 연결된 기기들이 인터넷에 접속할 수 있도록 무선 신호를 발생시키는 역할을 한다.    
+
+<img src="images/ap.jpg" width="400" height="300">
+
+DHCP 서버에서 IP를 할당해줘야 하며 공유기와 라우터 등에서 IP를 가져와야 한다.      
+NAT 기능이 없기 때문에 라우터가 필요하다는 특징이 있다.
+
+#### 💡 NAT(Network Address Translation)  
+사설 IP 주소를 공인 IP 주소로 변환하여 외부 네트워크와 통신 가능하게 하는 기술
+
+#### 💡 공유기(wi-fi)와의 차이점 
+  하나의 공인 IP 주소를 여러 대의 컴퓨터가 공유한다.       
+  NAT, 허브, 스위칭 기능이 추가된 라우터라고 보면 된다. -> `Layer 3 네트워크 계층의 기기`         
+  NAT 기능이 있어서 사설 IP 를 각 연결된 디바이스들에게 할당할 수 있다.
+
+### 📍 허브 (Hub)
+
+<img src="images/hub.jpg" width="300" height="300">
+
+저렴한 비용으로 여러 대의 컴퓨터를 연결하는 장치이다.      
+IP 프로토콜을 사용하지 않고 오직 비트 단위의 전기 신호를 증폭하는 기능한다.    
+이러한 방식은 데이터를 전송할 때 연결되어있는 모든 포트에 데이터가 전송된다는 단점이 있다.
+
+
+## [Layer 2] 데이터 링크 계층
+Layer 1에서는 패킷을 단순히 복제하여 전달했기 때문에 데이터 충돌이 발생할 수 있다는 단점이 있었다.    
+이러한 문제를 보완하기 위해 `스위치`가 탄생했다.
+
+스위치는 여러 장비를 연결하고 데이터 통신을 중재하며, 목적지가 연결된 포트로만 전기 신호를 보내 데이터를 전송하는 통신 네트워크 장비를 말한다.
+
+### 📍 L2 스위치
+연결된 장치로부터 패킷이 왔을 때, 패킷을 전송하는 역할을 한다.            
+IP 주소를 이해하지 못하므로 IP 주소 기반 라우팅은 불가능하고, 
+단순히 패킷의 MAC 주소를 읽어 스위칭하는 역할을 한다.        
+목적지가 MAC 주소 테이블에 없다면 전체 포트에 전달하는 기능이나,
+MAC 주소 테이블의 주소를 일정 시간 이후 삭제하는 기능도 있다.
+
+### 📍 브리지 (Bridge)
+소규모에서 두 개의 근거리 통신망(LAN)을 상호 접속할 수 있도록 연결하는 통신망 연결 장치이다.
+
+<img src="images/bridge.png" width="400" height="300">
+
+장치에서 받아온 MAC 주소를 저장하고 MAC 주소 테이블로 관리하며, 
+이 MAC 정보를 이용해서 포트를 스위칭 한다.    
+
+브리지는 통신망 범위를 확장하고 서로 다른 LAN 등으로 이루어진 하나의 통신망을 구축할 때 사용된다.
+
+
+## [Layer 3] 네트워크 계층
+### 📍 라우터 (Router) 🟰 L3 스위치
+L3 스위치는 L2 스위치의 기능에 더해서 라우터의 기능을 갖춘 장비이다.   
+(L3 스위치를 라우터라고 해도 무방하다)
+
+<img src="images/router.jpg" width="500" height="300">
+
+라우터는 각각의 독립적인 네트워크들을 연결∙분할∙구분 시켜준다.     
+또한, 각각의 네트워크에 존재하는 장치끼리 데이터를 송수신할 때, 최적의 경로를 찾고 패킷 소모를 최소화하는 특징이 있다.        
+그리고 네트워크 총단에서 패킷을 받기 원하는 디바이스에게 패킷을 복사할 수 있기 때문에 트래픽효율성 높일 수 있다.
+
+#### 💡 라우팅
+IP 프로토콜에 헤더를 붙여, 패킷의 경로를 결정하고 데이터를 전달하는 것.   
+서로 다른 네트워크 간에 통신하려면 라우터가 필요하다.
+
+
+## [Layer 4] 전송 계층
+### 📍 L4 스위치
+
+<img src="images/L4_switch.png" width="400" height="200">
+
+L4 스위치는 우선 `로드 밸런서` 역할을 한다.     
+- NLB(Network Load Balancer) 컴포넌트로, 전송 계층을 처리하는 기기이다.
+
+외부에서 들어오는 모든 요청을 서버가 아닌 L4 스위치를 거치게 해서
+서버에 적절히 나누어주는 역할을 한다.
+
+IP와 포트를 기반으로 트래픽을 분산하며,
+네트워크 주소 변환을 위한 기능, TCP 세션 기반의 부하 분산 기능을 한다.
+
+L4 스위치는 기업에서 가장 널리 사용하는 네트워크 장비이다.
+
+
+#### 💡 로드 밸런서 (Load Balancer)
+서버 부하 분산을 의미한다.     
+2대 이상의 서버를 기반으로 가상 IP를 제공하고, 한 서버에 문제가 발생해도
+다른 서버를 기반으로 서비스를 운용하기 때문에 안정적인 서비스르 제공할 수 있다.    
+
+
+## [Layer 7] 애플리케이션 계층
+### 📍 L7 스위치
+
+<img src="images/L7_switch.jpg" width="450" height="300">
+
+L4 스위치와 마찬가지로 클라이언트로부터 오는 요청을 여러 서버로 분산시키는 `로드 밸런서`다.       
+- ALB(Application Load Balancer) 컴포넌트로, 애플리케이션 계층을 처리한다.
+
+하지만 L7 스위치는 URL, HTTP 헤더, 서버, 캐시, 쿠키 등을 기반으로 트래픽을 분산한다.
+
+외부 데이터를 걸러내는 필터링 기능과 응용 프로그램 수준의 트래픽 모니터링도 가능한 것이 특징이다.
+
+
+#### 💡 L4 스위치 vs L7 스위치
+먼저, L4 스위치의 경우 3~4계층에 속하는 IP 주소 및 TCP/UDP Port 정보를 보고 스위칭하지만,
+L7 스위치의 경우 3~7계층에 속하는 IP 주소 및 TCP/UDP Port 정보, 패킷 내용까지 모두 보고 스위칭해준다.
+
+또한, L4 스위치의 경우 TCP/UDP Port를 이용하여 로드 밸런싱(트래픽 분산처리)을 하지만,
+L7 스위치의 경우 7계층 HTTP의 URL, FTP 쿠키 정보 및 바이러스 패턴을 분석하여
+보안에 더 유리하고 정교한 로드 밸런싱이 가능하다(ex. Traffic filter, Security, VPN 등).
+
+L7 스위치는 데이터 분석을 통해 DDoS 공격을 방어하기도 하고 감염 패킷 패터링 등의 기능도 제공하기 때문에
+`보안 스위치`라고 부르기도 한다.
+
+
+#### 💡 헬스 체크 (Health Check)
+전송 주기와 재전송 횟수 등을 설정한 이후 반복적으로 서버에 요청을 보내는 것.        
+L4, L7모두 헬스 체크를 통해 정상/비정상 서버를 판별한다.
+ - 서버에 부하가 되지 않을 만큼 요청 횟수가 적절해야 함
+ - TCP, HTTP 등 다양한 방법으로 요청을 보냄
+ - 요청이 정상적으로 이루어졌다면  정상적인 서버로 판별
+   - ex) TCP 요청을 보냈는데 3-way Handshake 가 일어나지 않았다면 비정상 서버
+
+
+
+-------------------------------------------------
+
+
+### References
+- https://www.joinc.co.kr/w/man/12/switch
+- https://handreamnet.tistory.com/501
+- https://siahn95.tistory.com/161

OS/메모리의_계층구조.md

@@ -3,108 +3,44 @@
 
 ## 메모리 계층
 메모리 계층 구조란 메모리를 필요에 따라 단계적으로 나누어 둔 것을 의미한다.     
-메모리의 종류는 [레지스터](#1-레지스터), [캐시](#2-캐시), [메모리(RAM)](#3-메모리주-기억장치), [저장장치](#4-저장장치보조-기억장치)가 있으며,
+메모리의 종류는 [레지스터](#1-레지스터), [캐시](#2-캐시-메모리), [메모리(RAM)](#3-주-기억장치), [저장장치](#4-보조-기억장치)가 있으며,
 메모리들은 아래 그림과 같이 피라미드처럼 계층적인 구조를 가진다.
 
 <img src="images/memory_hierarchy.png" width="500" height="300">
 
 이러한 계층적인 구조를 가지는 이유는 결론적으로 CPU와 메모리의 성능 차이를 보완하기 위함이다.   
-CPU가 빠르게 연산을 수행해도, 데이터에 접근하는 과정의 속도가 느리면 전체적인 처리 속도가 느려진다.  
+CPU가 빠르게 연산을 수행해도, 데이터에 접근하는 과정의 속도가 느리면 전체적인 처리 속도가 느려진다.
 이를 개선하기 위해 메모리들에 계층을 두는 것이며, 이를 통해 프로그램을 효율적으로 실행할 수 있다.
 
 ### 1. 레지스터
 - CPU 내의 메모리
 - 휘발성
 - 속도 가장 빠름 / 기억 용량 가장 적음
 
-### 2. 캐시
-- L1, L2 캐시를 지칭한다. (L3 캐시도 있다.)
+### 2. 캐시 메모리
 - 데이터를 미리 복사해놓는 임시 저장소
+- 캐시는 SRAM으로 이루어진다.
+  - `SRAM(Static RAM)`: 가장 빠르고 비싼 메모리. 전기가 들어오는 동안에는 기록한 비트값이 안정적으로 유지됨
+- L1, L2, L3 캐시로 나누어 사용하며, 레벨이 커질수록 속도는 느려지고 용량은 커진다.
+  - 데이터를 찾지 못할 경우 순차적으로(L1 -> L2 -> L3 -> DRAM) 탐색하여 데이터를 가져온다.
 - 빠른 장치(CPU)와 느린 장치(메모리)에서 속도 차이에 따른 병목 현상을 줄이기 위한 메모리
-> `캐싱 계층` 
-> 
-> 계층과 계층 사이에서 속도를 해결하는 계층을 의미한다.
-> 
->  ex ) 캐시 메모리와 보조 기억장치 간의 속도차를 해결하기 위한 캐싱 계층은 '주 기억장치'가 된다.
 
-#### 캐시 히트와 캐시 미스
-- `캐시 히트` 
-  - 캐시에서 원하는 데이터를 찾은 경우, 제어장치를 통해 가져오는 것
-  - CPU 내부 버스를 이용하므로 동작 속도가 빠르다.
-
-- `캐시 미스`
-  - 해당 데이터가 캐시에 없어서 주메모리에서 데이터를 찾아오는 것
-  - 시스템 버스를 이용하므로 동작 속도가 느리다.
+> 💡 캐시에 대해 더 자세히 알고 싶다면?  ➡️ [캐시와 캐시메모리](%EC%BA%90%EC%8B%9C%EC%99%80_%EC%BA%90%EC%8B%9C%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC.md)
 
-<br>
-
-#### 캐시 매핑
-캐시 계층에서 캐시가 히트되기 위해 메모리와 매핑하는 방법
-- 직접 매핑
-  - 메모리 100개 당 캐시 10을 매핑하는 등, 순서를 일치시키는 방식
-  - 처리 속도는 빠르지만 충돌이 자주 발생한다.
-- 연관 매핑
-  - 순서를 일치시키지 않고 관련있는 캐시와 메모리를 매핑하는 방법
-  - 충돌이 적지만 모든 블록을 탐색해야 하므로 속도가 느리다.
-- 집합 연관 매핑
-  - 직접 매핑 + 연관 매핑
-  - 순서를 일치시킴과 동시에 블록화하여 저장하는 방법
-  - ex) 메모리 1 ~ 100, 캐시 1 ~ 10이 있다면 캐시 1 ~ 5에는 1 ~ 50의 데이터를 블록화하여 무작위로 저장한다.
-
-<br>
-
-#### 캐시의 '지역성'
-캐시가 효율적으로 동작하려면 캐시의 적중율(Hit-rate)를 극대화 시켜야하므로,   
-캐시에 저장할 데이터가 지역성(Locality)을 가져야 한다.
-여기서 지역성이란, 기억장치 내의 정보를 균일하게 Access하는 것이 아닌 어느 한 순간에 특정 부분을 집중적으로 참조하는 특성이다.
-
-- 시간 지역성: 최근 사용한 데이터에 다시 접근하려는 특성
-- 공간 지역성: 최근 접근한 데이터의 주소나 인접한 주소에 접근하려는 특성
-
-🔗 [캐시의 활용](#캐시의-활용)
-
-### 3. 메모리(주 기억장치)
-- RAM을 가리킴
+### 3. 주 기억장치
 - 하드디스크로부터 데이터를 복사해서 임시저장하고, 이를 필요시마다 CPU에 빠르게 전달한다.
+- 주로 DRAM을 가리킴
+  - `DRAM(Dynamic RAM)`: 보통 컴퓨터 램을 말함. SRAM보다 저렴하고, 방전되면 데이터가 사라지기 때문에 충전을 해 주어야 함
 
-
-### 4. 저장장치(보조 기억장치)
-- HDD, SSD를 일컫는다.
+### 4. 보조 기억장치
+- `HDD(Hard Disk Drive)`, `SSD(Solid State Disk)`를 일컫는다.
 - 비휘발성
-- 속도가 가장 낮음 / 기억 용량 가장 많음
-
-
-## 캐시의 활용
-### 웹 브라우저의 캐시
-사용자의 커스텀 정보나 인증 모듈 등의 사항을 웹 브라우저에 저장하여, 
-추후 서버에 요청할 때 중복 요청을 방지하기 위해 쓰인다.
-
-#### 쿠키
-- 만료기한이 있는 Key-Value 저장소
-- 데이터를 4KB까지 저장할 수 있다.
-- same site 옵션을 strict로 설정하지 않았을 경우, 다른 도메인에서 요청했을 때 자동 전송된다.
-- `httponly` 옵션을 걸어, `document.cookie`로 쿠키를 볼 수 없게 하는 것이 중요하다.
-
-#### 로컬 스토리지
-- 만료기한이 없는 Key-Value 저장소
-- 데이터를 5MB까지 저장할 수 있다.
-- 도메인 단위로 저장/생성되며, 웹 브라우저를 닫아도 유지된다.
-- 클라이언트에서만 수정 가능하다.
-
-#### 세션 스토리지
-- 만료기한이 없는 Key-Value 저장소
-- 데이터를 대략 5MB까지 저장할 수 있으며, 이는 브라우저마다 다를 수 있다.
-- 탭 단위로 생성하며, 탭을 닫을 때 해당 데이터가 삭제된다.
-- 클라이언트에서만 수정 가능하다.
-
-### DB의 캐싱 계층
-메인 DB 위에 `레디스(redis)`캐시를 두어 이 계층을 캐싱 계층으로 사용하기도 한다.
-
-
+- 속도가 가장 낮지만 저장 용량이 가장 크다.
+  - DRAM은 최대 수십GB 이지만, Disk는 수천GB
 
 
 -------------------------------------------------
 
 ### References
 - https://joooing.tistory.com/entry/cs3
-- https://chelseashin.tistory.com/43
+- https://m.blog.naver.com/cih468/221734632375

OS/캐시와_캐시메모리.md

@@ -0,0 +1,92 @@
+# 🚄 캐시와 캐시 메모리, 캐싱
+자주 헷갈리는 캐시 메모리와 캐시, 캐싱이라는 용어에 대해 조금 더 자세히 알아보자.
+
+## 💥 캐시 메모리 (Cache Memory)
+먼저, 캐시 메모리는 흔히 [메모리의 계층구조](%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC%EC%9D%98_%EA%B3%84%EC%B8%B5%EA%B5%AC%EC%A1%B0.md)에서 말하는
+CPU와 주 기억장치 사이에 위치한 '특정한 종류의 캐시'를 가리키는 용어이다.
+
+캐시 메모리는 보통 SRAM을 말하고, L1, L2, L3의 세 단계로 나뉘어서 CPU가 데이터를 직접 가져오고 
+저장할 수 있도록 한다.
+
+## ⚡️ 캐시 (Cache)
+그렇다면 캐시는 무엇일까?    
+캐시는 느린 기억장치와 빠른 기억장치 간의 속도 차이를 극복하기 위해 '중간 단계로 사용되는 메모리'를 일반적으로 일컫는 용어이다. 
+
+예를 들어, 캐시 메모리와 보조 기억장치 간의 속도 차를 해결하기 위한 캐싱 계층은 '주 기억장치'가 되고,
+CPU '캐시'는 CPU와 메인 메모리(RAM) 사이에서 데이터를 더 빠르게 엑세스할 수 있도록 돕는다.    
+
+이때 사용되는 캐시는 각각의 계층 사이에서 데이터에 대한 접근 속도를 향상시키고, 전체 시스템의 성능을 향상시키는 데에 기여하게 된다.
+
+그리고 이러한 `캐시`에 반복적인 데이터를 효율적으로 처리하기 위해 사용되는 기술이 바로 `캐싱(caching)`이다.
+
+앞으로 설명할 내용은 모두 보편적인 캐시에 해당하는 내용임을 기억하자.
+
+
+### 📍 캐시의 성능
+- `캐시 히트`
+    - 캐시에서 원하는 데이터를 찾은 경우, 캐시에서 바로 데이터를 읽어오는 것
+
+- `캐시 미스`
+    - 해당 데이터가 캐시에 없어서 다음 계층에서 데이터를 찾아오는 것
+
+캐시 히트의 비율을 `캐시 적중률(Hit Ratio)`이라고 하며, 캐시의 성능은 주로 적중률에 비례하게 된다.
+
+### 📍 캐시의 지역성
+캐시가 효율적으로 동작하려면 캐시의 적중률을 극대화 시켜야하므로,   
+캐시에 저장할 데이터가 지역성(Locality)을 가져야 한다.
+여기서 지역성이란, 기억장치 내의 정보를 균일하게 Access하는 것이 아닌 어느 한 순간에 특정 부분을 집중적으로 참조하는 특성이다.
+
+- 시간 지역성: 최근 사용한 데이터에 다시 접근하려는 특성
+- 공간 지역성: 최근 접근한 데이터의 주소나 인접한 주소에 접근하려는 특성
+
+### 📍 캐시 매핑
+캐시가 히트되기 위해 메모리와 매핑하는 방법
+- 직접 매핑
+    - 메모리 100개 당 캐시 10을 매핑하는 등, 순서를 일치시키는 방식
+    - 처리 속도는 빠르지만 충돌이 자주 발생한다.
+- 연관 매핑
+    - 순서를 일치시키지 않고 관련있는 캐시와 메모리를 매핑하는 방법
+    - 충돌이 적지만 모든 블록을 탐색해야 하므로 속도가 느리다.
+- 집합 연관 매핑
+    - 직접 매핑 + 연관 매핑
+    - 순서를 일치시킴과 동시에 블록화하여 저장하는 방법
+    - ex) 메모리 1 ~ 100, 캐시 1 ~ 10이 있다면 캐시 1 ~ 5에는 1 ~ 50의 데이터를 블록화하여 무작위로 저장한다.
+
+
+### 📍 캐시의 활용
+캐시의 특성이 활용되는 것을 간략히 정리하면 다음과 같다.
+아래의 예시 이외에도 CPU 칩이나 분산 파일 시스템에서 캐시가 사용된다.
+
+#### 웹 브라우저의 캐시
+사용자의 커스텀 정보나 인증 모듈 등의 사항을 웹 브라우저에 저장하여,
+추후 서버에 요청할 때 중복 요청을 방지하기 위해 쓰인다.
+
+`쿠키`
+- 만료기한이 있는 Key-Value 저장소
+- 데이터를 4KB까지 저장할 수 있다.
+- same site 옵션을 strict로 설정하지 않았을 경우, 다른 도메인에서 요청했을 때 자동 전송된다.
+- `httponly` 옵션을 걸어, `document.cookie`로 쿠키를 볼 수 없게 하는 것이 중요하다.
+
+`로컬 스토리지`
+- 만료기한이 없는 Key-Value 저장소
+- 데이터를 5MB까지 저장할 수 있다.
+- 도메인 단위로 저장/생성되며, 웹 브라우저를 닫아도 유지된다.
+- 클라이언트에서만 수정 가능하다.
+
+`세션 스토리지`
+- 만료기한이 없는 Key-Value 저장소
+- 데이터를 대략 5MB까지 저장할 수 있으며, 이는 브라우저마다 다를 수 있다.
+- 탭 단위로 생성하며, 탭을 닫을 때 해당 데이터가 삭제된다.
+- 클라이언트에서만 수정 가능하다.
+
+#### DB의 캐싱 계층
+메인 DB 위에 `레디스(redis)`캐시를 두어 이 계층을 캐싱 계층으로 사용하기도 한다.
+
+
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+
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+### References
+- https://velog.io/@eddy_song/memory-hierarchy
+- https://chelseashin.tistory.com/43