데이터 통신과 네트워킹-TCP/IP프로토콜 기반: 1장 개요
1.1 데이터 통신
- 데이터: 데이터를 만들어 사용하는 사용자 간에 합의된 형태로 표현된 정보
- 데이터 통신: 전선과 같은 특정 형태의 전송 매체를 통해 두 장치 간에 데이터를 교환하는 것이다.
효과적인 데이터 통신 시스템의 특성
- 전달성 (Delivery): 정확하게 목적지에 데이터 전달
- 정확성 (Accuracy): 데이터를 정확하게 전달
- 적시성 (Timelines): 적시에 데이터를 전송
- 파형 난조 (Jitter): 패킷 도착 시간이 조금씩 다른 것
1.1.1 구성 요소
- 메시지(Message): 통신의 대상이 되는 정보(데이터)이다. ➡️텍스트, 그림..
- 송신자(Sender): 메시지를 보내는 장치이다. ➡️컴퓨터, 전화기..
- 수신자(Recriver): 메시지는 받는 장치이다. ➡️컴퓨터, 전화기, TV..
- 전송 매체(Transmission medium): 메시지가 송신자에서 수신자까지 이동하는 물리적인 경로. ➡️케이블, 라디오파..
- 프로토콜(Protocol): 데이터 통신을 통제하는 규칙의 집합이다.
1.1.3 데이터 전송 방향
서로 떨어져 있는 두 장치 사이의 통신은 단방향, 반이중, 전이중이 될 수 있다.
| 단방향 | 한쪽 방향으로만 일어난다. (자판, 모니터..) |
| 반이중 | 각 지국은 송신과 수신이 가능하지만, 동시에는 할 수 없다. 한 장치가 송신하면 다른 장치는 수신만 할 수 있다. (워키토키, 무전기) |
| 전이중 | 양쪽 지국이 동시에 송신과 수신을 할 수 있다. (전화망) |
1.2 네트워크
네트워크: 통신이 가능한 서로 연결된 장치의 모임이다.
장치
- 호스트 (Host): 데스크톱, 휴대폰, 보안 시스템 등
- 연결 장치 (Connecting Device): 라우터, 교환기, 모뎀 등
1.2.1 네트워크 평가기준
| 성능(Performance) | 전달시간이나 응답 시간을 측정하는 등 여러 가지 방법으로 측정할 수 있다. 성능은 흔히 처리율(Throughput)과 지연(Delay)라는 두 가지 척도로 평가된다. |
| 신뢰성(Reliability) | 고장의 빈도수와 고장이 나서 링크를 복구하는 데 소요되는 시간, 그리고 재난발생 시 네트워크 안정성 등에 의해 측정된다. |
| 보안(Security) | 불법적인 접근으로부터 데이터 보호, 손상으로부터 데이터 보호, 개발, 정책 구현, 침해나 데이터 손실로부터 복구 절차 등을 포함한다. |
1.2.2 물리적 구조
연결 유형
| 점-대-점 연결 (Point-To-Point connection) |
두 장치 간의 전용 링크를 제공한다. 채널의 전체 용량은 두 기기 간의 전송을 위해서만 사용된다.(적외선 리모컨으로 텔레비전 채널 변경) |
| 다중점 연결 (Multipoint Connection) |
멀티드롭(Multidrop)라고도 한다. 3개 이상의 특정 기기가 하나의 링크를 공유하는 방식이다. - 공간적 공유: 여러 기기가 동시에 링크를 사용 - 시간적 공유: 사용자가 순서에 따라 링크를 사용 |
물리적 접속형태(Physical Topology)
: 2개 이상의 장치가 하나의 링크에 연결되며, 2개 이상의 링크로 하나의 접속형태를 이룬다.
- 그물형 접속형태(Mesh Topology): 모든 장치는 다른 장치에 대해 전용의 점-대-점 링크를 갖는다. 그물형 네트워크에서는 n(n-1)/2개의 전이중 모드 링크가 필요하다.
- 성형 접속형태(Star Topology): 각 장치는 일반적으로 허브(Hub)라 불리는 중앙 제어장치(Central Controller)와 전용 점-대-점 링크를 갖는다. 각 장치는 서로 직접 연결되어 있지 않다. 각 장치 간에 직접적인 통신을 할 수 없으며, 제어장치가 교환 역활을 한다.
- 버스형 접속형태(Bus Topology): 다중점 형태로써, 하나의 긴 케이블이 네트워크상의 모든 장치를 연결하는 백본(Backbone) 역할을 한다.
- 링형 접속형태(Ring Topology): 각 장치는 단지 자신의 양쪽에 있는 장치와 전용으로 점-대-점 연결을 이룬다. 신호는 링을 따라 한 방향으로만 목적지에 도달할 때까지 전송된다. 장치는 중계기(Repeater)을 포함한다.
1.3 네트워크 유형
1.3.1 근거리 통신망(LAN, Local Area Network)
개인 소유이거나 단일 사무실, 건물 혹은 학교 등에 있는 호스트들을 연결한다.
1.3.2 광역 통신망(WAN, Wide Area Network)
넓은 지리적인 크기를 갖는 도시나 주, 국가, 또는 세계에 사용된다.
| LAN | WAN |
| 제한된 크기의 공간 | 넓은 지리적 크기 |
| 호스트 간의 상호 연결 | 교환기, 라우터, 모뎀 등의 연결 장치를 사용하여 장비를 연결 |
| 일반적으로 개인이 사적으로 활용 | 일반적으로 통신 회사가 만들로 이를 임대하기 위한 목적 |
1.3.3 인터넷(Internet)
인터넷은 서로 통신할 수 있는 둘 또는 그 이상의 네트워크 집합이다.
인터넷의 개념적인 모습이다. 여러 개의 백본, 제공자 네트워크, 소비자 네트워크들로 이루어진 인터넷의 모습이다.
- 대등점(Peering Point): 백본 네트워크는 대등점이라 불리는 복잡한 교환 시스템들에 의해 연결된다.
- 제공자 네트워크(Provider Network): 두 번째 레벨에는 제공자 네트워크 라는 보다 작은 네트워크들이 있는데, 이 네트워크들은 요금을 지불하여 백본의 서비스를 이용한다. 제공자 네트워크는 백본 or 또 다른 제공자 네트워크와도 연결된다.
- 소비자 네트워크(Customer Network): 소비자 네트워크는 인터넷의 말단에 위치하며, 실질적으로 인터넷에서 제공되는 서비스를 이용한다. 서비스 이용을 위해 제공자 네트워크에 요금을 지불한다.
- 백본과 제공자 네트워크: 인터넷 서비스 제공자(ISP, Internet Service Provider)라고 불린다.
- 백본은 국제 인터넷 서비스 제공자(International ISP)라 불린다.
- 제공자 네트워크는 지구 인터넷 서비스 제공자(National or Regional ISP)라 불린다.
1.4 프로토콜 계층화
통신이 간단할 때는 단지 하나의 프로토콜이 필요할 수 있다. 통신이 복잡할 때는 각 계층마다 프로토콜리 필요한 경우처럼, 또는 프로토콜 계층화(Protocol Layering)로 서로 다른 계층 간에 임무를 나눌 수 있다.
장점
- 구현으로부터 서비스들을 분리할 수 있게 해준다
- 통신은 두 종단 시스템에서만 일어나지 않는다
단점
- 전체 시스템이 복잡해질 수 있다
1.4.2 프로토콜 계층화의 원칙
첫 번째 원칙
- 만약 우리가 양방향 통신을 원한다면, 각 계층이 각 방향으로 한 가지씩, 상반되는 두 가지 작업을 수행할 수 있도록 만들어야 한다는 것이다. (한쪽은 듣기, 다른쪽은 말하기)
두 번째 원칙
- 양측의 각 계층에 있는 객체는 서로 동일해야 한다.
1.5 TCP / IP 프로토콜 그룹
계층적(Hierarchical): 각 상위 계층 프로토콜은 1개 이상의 하위 계층 프로토콜로부터 제공되는 서비스들의 지원을 받는다는 의미이다.
1.5.1 계층적 구조
컴퓨터 A에서 컴퓨터 B로 통신할 때, 통신에 참여하는 장치는 총 다섯 개로, 출발지 호스트(컴퓨터 A), 두 개의 링크 계층 스위치, 하나의 라우터, 도착지 호스트(컴퓨터 B)가 있다.
- 호스트(컴퓨터 A와 B): 모든 5개 계층을 사용합니다. 출발지 호스트는 애플리케이션 계층에서 메시지를 생성해 물리 계층까지 전달하여 전송하며, 도착지 호스트는 물리 계층에서 수신한 데이터를 애플리케이션 계층까지 전달합니다.
- 라우터: 라우팅에만 사용될 경우 네트워크 계층까지만 사용하며, 전송 계층과 애플리케이션 계층에는 관여하지 않습니다. 또한, 각 링크가 서로 다른 데이터 링크 계층 또는 물리 계층 프로토콜을 사용할 수 있으므로 라우터는 각 링크에 맞는 프로토콜을 조정해야 합니다.
- 링크 계층 스위치: 데이터 링크 계층과 물리 계층만을 사용하며, 동일한 링크 내에서만 작동하므로 한 쌍의 프로토콜만을 사용합니다.
1.5.2 계층들의 간단한 설명
계층별 역할과 연결 방식
- 애플리케이션, 전송, 네트워크 계층은 종단 간(end-to-end) 역할을 담당한다. 즉, 송신 호스트에서 시작하여 수신 호스트까지 데이터가 전달되는 동안 중간 장치들에 의해 데이터가 변경되지 않도록 한다.
- 데이터 링크 계층과 물리 계층은 홉 간(hop-to-hop) 역할을 수행한다. 여기서 홉이란 호스트 또는 라우터를 의미한다. 따라서, 데이터 링크 계층과 물리 계층의 역할은 인접 장치 간 연결을 통해 데이터 전송이 이뤄지도록 하는 것이다.
데이터 단위와 변경 여부
- 상위 3개 계층(애플리케이션, 전송, 네트워크)에서 생성된 데이터 단위는 중간의 라우터나 링크 계층 스위치에 의해 변경되지 않는다.
- 하위 2개 계층(데이터 링크, 물리)의 데이터 단위는 출발지에서 생성된 후 라우터에 의해 변경될 수 있으며, 링크 계층 스위치에 의해 변경되지 않는다.
1.5.3 각 계층에 대한 설명
물리층
- 프레임의 각 비트(bit)들을 링크를 따라 전달하는 책임이 있다.
- TCP / IP 프로토콜 그룹에서 가장 낮은 계층이다.
- 물리층 아래 숨겨진 계층인 전송 매체가 있기 때문에 물리층에서 두 장치 사이의 총신은 논리적 통신이다.
데이터 링크층
- 라우터에 의해 전송할 다음 링크가 결정되면 데이터 링크층은 데이터그램(Datagram)을 받아 해당 링크로 전송할 책임이 있다.
네트워크층
- 발신지 컴퓨터와 목적지 컴퓨터 사이의 연결을 생성하기 위한 책임을 가진다.
- 통신은 호스트-대-호스트(Host-To-Host)이다.
- 발신지로부터 목적지까지 여러 라우터들이 존재할 수 있기 때문에 경로상의 라우터들은 각 패킷(Packet)을 위한 최선의 경로를 선택할 책임을 가진다.
전송층
- 논리적 연결은 종단-대-종단(End-To-End)이다.
- 발신지 호스트의 전송층은 응용층으로부터 메시지를 받아 전송층 패킷으로 캡슐화한 후, 목적지 호스트의 전송층에 논리적 연결을 통해 전송한다.
- 전송층은 발신지 호스트에서 동작하는 응용으로부터 메시지를 받는 것과 그것을 목적지 호스트의 대응하는 응용에 전송하는 일을 하는, 즉 응용층에 서비스를 제공하기 위한 책임을 가진다.
응용층
- 두 응용층 사이의 논리적 연결을 종단-대-종단이다.
- 두 응용층은 메시지(Message)들을 교환한다. ➡️이 통신은 모든 계층을 통과해서 이루어진다.
- 응용층의 통신은 두 프로세스 사이에 있다.
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