[네트워크] 네트워크 - 02(프로토콜,하드웨어,소프트웨어)

Dev_Honey·2022년 7월 25일

4차산업 네트워크 프로토콜

네트워크

목록 보기

2/3

1. 프로토콜

1. 통신 프로토콜의 개요

(1) 통신 프로토콜의 개념

통신 프로토콜 :

통신을 원하는 두 객체 간에 무엇을, 어떻게, 언제 통신할 것인지 서로 약속 해 놓은 규정

정보통신에서 통신을 통제하는 규칙들을 규정

2. OSI 7계층 프로토콜

(1) OSI 7계층 프로토콜

X.200으로 알려진 국제 네트워크 표준 규약

국제표준화기구(ISO) 위원회에서 제정하여 6년간의 개발 끝에 1983년 완성

네트워크 구조를 표준화하는 개방형 시스템 사이의 상호 접속과 관련된 규정을 정의

출처 : https://ehpub.co.kr/%EB%8D%B0%EC%9D%B4%ED%84%B0-%ED%86%B5%EC%8B%A0-10-osi-7-%EA%B3%84%EC%B8%B5/

(2) OSI 7계층 상호 간의 데이터 전달 원리

최상위 계층(7계층 : 응용 계층)에서 발생한 데이터를 하위 계층으로 차례로 전달
처음의 데이터에 각 계층에서 전달받은 헤더정보를 추가하여 전달
최하위 계층(1계층 : 물리 계층)에 도달
각 계층의 헤더에 해당되는 부분을 벗긴 후 최상위 계층으로 전달
OSI 7계층 상호 간의 데이터 전달 원리
- 캡슐화와 캡슐해제 과정을 거쳐 송신 측의 최상위 계층에서 보낸 원래의 데이터(헤더가 없는 데이터)를 수신 측의 최상위 계층(7계층 : 응용 계층) 으로 정확하게 전달
  
  캡슐화 : 데이터에 헤더를 씌우는 과정
  캡슐해제 : 수신 측에서 각 계층의 헤더를 벗기는 과정

(3) OSI 7계층의 역할

(4) OSI 7계층의 응용 예

(5) 물리 계층

OSI 참조 모델 중 최하위 계층에 해당하는 1계층

상위 계층에서 내려온 비트열 데이터를 상대편에 전송할 수 있도록 통신기기
사이에 있는 물리적 매체를 이용해 연결을 확립하는 역할
데이터가 전송되는 동안 연결을 유지하거나 해제하는 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 특성을 정의

물리계층
// 물리적 연결에서 비트 단위의 데이터열을 전송하기 위해 신호와 부호화, 전송방식 등을 결정
//송신 측의 물리 계층은 상위 계층에서 0과 1로 구성된 비트열의 데이터를 받아 그것을 전기 신호로 변환한 후 전송 매체를 이용해 수신 측으로 전달
// 수신 측의 물리 계층은 이 전기 신호를 0과 1로 구성된 비트열로 복원하여 상위 계층에 전달
// 전송 방식으로 반이중 또는 전이중 방식을, 전송 모드로 동기 또는 비동기 모드를 선택 할 수 있음

3. 프로토콜의 기능과 구성요소

(1) 프로토콜의 기능

단편화와 재합성

단편화 : 송신 측에서는 긴 데이터 블록을 손쉽게 전송할 수 있도록 크기가 똑같은 작은 블록으로 나누어 전송

재합성 : 수신측에서 쪼개진 작은 데이터 블록을 재합성하여 원래의 메시지로 복원하는 기능

캡슐화 : 각 프로토콜에 적합한 데이터 블록을 만들려고 데이터에 정보를 추가하는 것, 플래그, 주소, 제어 정보, 오류 검출 부호 등을 부착하는 기능

(2) 구성요소

프로토콜의 기능

연결 제어 : 비연결 데이터 전송과 연결 위주 데이터 전송을 위한 통신로를 개설, 유지, 종결 하는 기능

흐름 제어 : 데이터양이나 통신속도 등이 수신 측의 처리 능력을 초과하지 않도록 조정하는 기능

오류 제어 : 데이터 전송 중 발생할 수 있는 오류나 착오 등을 검출하고 정정하는 기능

순서 결정 : 연결 위주의 데이터를 전송할 때 송신 측이 보내는 데이터 단위 순서대로 수신측에 전달하는 기능

주소 설정 : 발생지, 목적지 등의 주소를 명시하여 데이터를 정확하게 전달하는 기능

동기화 : 두 통신 객체의 상태(시작, 종류, 검사 등)을 일치시키는 기능

다중화 : 하나의 통신로를 여러 개로 나누거나 회선 여러 개를 하나의 통신로로 변환시켜 다수의 가입자가 동시에 사용할 수 있도록 하는 기능

전송 서비스 : 통신 객체를 사용하기 쉽도록 별도로 추가 서비스(패리티 검사, 보안도, 서비스 등급, 우선순위 등)를 제공하는 기능

4. 프로토콜 표준화와 표준화 기구

(1) 표준화와 절차

표준화 개요

표준

정보통신망과 정보통신 서비스를 제공하거나 이용하는 주체끼리 합의된 규약의 집합어

공통성, 호환성, 통일성과 같은 요건을 갖추어야 함

표준화

표준이 되는 규약의 집합을 정립하는 활동과 조직적인 행위 등을 말함

기본 표준

ISO 등 국제 표준화 기구가 제정한 표준

기능 표준

기본 표준에 명확하게 규정되어 있지 않은 변수 값이나 기능 선택사항 등을 구체적으로 명시한 표준

(2) 표준화 기구

2 통신(정보전송) 시스템

1. 하드웨어

단말장치

단말장치

디지털 데이터를 입,출력하는 데 사용하는 장치

키보드, 모니터, 프린터 등 컴퓨터와 연결되는 모든 주변 장치

단말기 또는 단말, 터미널

컴퓨터 네트워크에서는 컴퓨터 또는 스마트폰이나 태블릿 자체를 단말장치로 사용하기도 함

단말장치의 구성과 기능

1) 단말장치의 종류와 기능

단말장치

단말장치의 종류와 기능

데이터를 입출력하는 단순한 기능에서 벗어난 점차 지능화되고 있으며, 특수 용도에 맞게 발전

스마트폰이나 애플폰의 발전에 따라 정보 단말기도 소형화

휴대형 정보 단말기의 기술 특성인 고용량 전지, 대용량 메모리 IC, 저전력 RF부품 기술 등이 발전

신호 변환장치

신호 변환장치

송신자의 정보를 전기적 신호로 변환한 후 전송매체(통신회선)를 거쳐 전송

전기적 신호는 수신자의 신호 변환장치를 이용해 원래의 정보로 변환

DCE는 신호변환 외 전송 신호의 동기 제어 송수신 확인, 전송 조작 절차의 제어 등을 담당

신호

아날로그 신호

비슷하다(Analogous)에서 파생

연속적으로 변하는 신호

전압값이 여러 개

자연스러움

음성, 음악, 텔레비전 영상, 그림, 사진

디지털 신호

손가락이(Digit)에서 유래

이산적인 신호

정해진 전압 값(유한 개)

인공적

단말장치, 컴퓨터, 팩스, 텔렉스

** 통신회선이 중요 !( 통신회선에 따라 흘려주는 전기신호가 다르기 때문)

모뎀

Modulator와 DEModulator의 합성어

단말장치에서 발생한 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환(변조)하여 통신회선으로 전송시키는 역할

통신회선에서 수신한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환(복조)하는 역할

디지털 서비스 유닛

디지털망에 사용하는 회선 종단 장치(DCE)

디지털 회선을 이용해 디지털 데이터나 신호를 먼 곳까지 안전하게 전송할 수 있도록 단극성 신호를 양극성 신호로 변환

통신회선

데이터를 전송하는 통로( 데이터가 전달되는 통로 )

통신기기 사이를 연결하는 역할(단말장치와 단말장치, 단말장치와 텀퓨터, 컴퓨터와 컴퓨터)

데이터 전송선로 or 정보 전송매체라고 함

데이터 전송선로는 유선과 무선으로 구분

전송선로는 전송속도에 영향을 줌

종류로는 전화선, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 마이크로파, 위성통신 등이 있다.

1) 꼬임선(Twisted Pair Wire)

전기적 간섭을 줄이기 위해 서로 감겨있는 케이블

가격이 싸고 설치가 간단

신호 간섭과 잡음이 많다.

짧은 거리에서 많이 사용한다.

최근 100Mbps 등의 대용량을 고속으로 전송할 수 있는 케이블을 만들어 짧은 거리에서의 고속 전송에 유리하다.

2) 동축케이블(Coaxial Cable)

중심 도체를 절연체로 감싸고 다시 외부 도체를 이용하여 감싸는 케이블

꼬임선보다 신호 간섭과 잡음이 적다.

중계기 설치로 신호 감쇠를 막을 수 있다.

케이블 TV, 근거리 통신망, 장거리 전화 등에 사용

고주파, 광대역 통신에 적합

광섬유 케이블보다 가격이 싸다.

3) 광섬유 케이블(Optical Fiber Cable)

유리를 소재로 만든 광섬유를 여러 가닥으로 묶어 원통형 케이블

빛의 전반사 원리로 전송

코어(Core), 클래드(Clad), 재킷(Jacket)으로 구성

꼬임선, 동축케이블 등의 다른 유선 매체 중에서 가장 빠르고 가장 넓은 대역폭을 제공한다.

장거리 전송이 가능

다른 유선 매체보다 정보 보안에 유리하다.

유리 소재로 만들어 전자기적인 방해를 받지 않는다.

케이블 간의 연결에 고도의 기술을 요구하여 설치비용이 비싸다.

4) 라디오파

장거리 통신에 사용

동축 케이블에 비해 감쇠율이 낮아 중계기의 간격을 넓게 할 수 있다.

1970년 미 하와이 대학에서 실험적으로 사용하였다.

ALOHA(Additive Links On line Hawaii Area) 방식

5) 위성 마이크로파

통신 위성을 통해 마이크로파를 증복하여 지상으로 송신하는 방식

UHF(Ultra High Frequency): 200~3000MHz

SHF(Super High Frequency): 3~30GHz

다른 회선과의 간섭을 피하기 위해 도시 외곽에 위치

위성, 지구국, 채널로 구성

위성 마이크로파의 장점
고속, 대용량 통신
통신 비용이 싸다.
고품질을 보장
통신 범위가 넓다.

위성 마이크로파의 단점
보안에 취약하다.
전송 지연 시간이 길다.

신호 변환 장치를 이용한 정보전송 과정

변조와 복조 기능을 수행하는 장치

디지털 데이터는 아날로그 형태인 전기적 신호로 바꾼 후 전송

신호 변환장치를 이용한 정보전송 과정

변조 과정을 거친 후 송신된다.

그 후 복조 과정을 거쳐 수신부에 디지털 신호로 입력

Point) 변조 > 복조 = Modem(A -> D -> A)

변조 : 변조(Modulation)는 신호 정보를 전송 매체의 채널 특성에 맞게끔 신호의 세기나 변위, 주파수, 위상등을 적절한 파형 형태로 변환하는 것

복조 : 복조 (Demodulation)는 변조된 신호로부터 원래의 정보 신호를 추출해내는 과정

안타깝다 ! 전력선 통신 !

전력선통신
전력선 통신(Power Line Communication, PLC)은 전력을 공급하는 전력선을 매개로 음성과 데이터를 주파수 신호에 실어 통신하는 기술이다. 초당 200 Mbit의 데이터 전송 속도가 가능하다. - 위키백과

2. 소프트웨어

소프트웨어

컴퓨터 하드웨어의 전체 동작을 지시하고 제어하는 모든 프로그램

물리적인 장치인 하드웨어가 원활히 동작할 수 있도록 돕는 컴퓨터 프로그램의 조합

하드웨어를 지시하고 통제하여 결과를 얻도록 하는 명령의 집합

시스템 소프트웨어와 응용 소프트웨어로 분류

1) 시스템 소프트웨어

사용자가 컴퓨터를 쉽게 사용할 수 있도록 편리한 환경을 제공해 주는 프로그램 집단

컴퓨터 시스템을 효율적으로 운영하고, 정보를 처리하는 과정을 제어

운영체제, 컴파일러, 어셈블러, 인터프리터 등

운영체제

컴퓨터 하드웨어와 사용자 간의 교량 역할을 하는 프로그램

언어 번역 프로그램

인간이 작성한 프로그램을 컴퓨터가 인식할 수 있도록 기계어로 번역

컴파일러, 어셈블러, 인터프리터 등

2) 응용 소프트웨어

회계, 인사, 행정 등 사용자가 컴퓨터를 다양한 분야헤 활용하기 위해 개발한 프로그램

회사나 개인이 자체적으로 문제를 해결하려고 작성하는 프로그램

고급 프로그래밍 언어를 주로 사용

통계 패키지 프로그램, 워드프로세서, 자료 계산 프로그램, 그래픽 관련 프로그램, 게임 프로그램, 과학용 프로그램 등

3) 통신(정보전송) 소프트웨어

통신(정보전송) 소프트웨어

컴퓨터 상호 간에 접속하여 정보를 교환할 수 있게 하는 소프트웨어 프로그램의 총칭

사용자 요구에 따라 다양하게 구성할 수 있음

월드 와이드 웹 브라우저 소프트웨어, 단말 대행 소프트웨어 등

일부는 시스템 소프트웨어, 일부는 응용 소프트웨어

3. 정보전송 방식

1) 통신회선의 구성 방식

통신회선의 구성 방식

통신회선은 물리 매체(전송회선)와 전송 장치(모뎀)에 연결하는 통신회선의 개수에 따라 분류

(1) 2선식과 4선식

2선식(2W,2Wire)

신호선과 공통 접지선이 선 2개로 구성

양방향 통신에서 위아래로 전송할 때 동일한 전송로 사용

4선식(4W, 4Wire)

신호선과 공통 접지선이 선 4개로 구성

양방향 통신에서 위아래로 전송할 때 별도의 전송로 사용

(2) 점-대-점(PTP:point to point)

컴퓨터 시스템과 단말기를 전용회선으로 직접 연결

응답 속도가 빨라 주로 고속 처리에 이용

전화회선을 구성하는 데도 이용

2) 통신회선의 접속 방식

(1) 다지점 회선 방식

컴퓨터 시스템에 연결된 전송회선 1개에 단말기를 여러 대 연결

폴링

단말기에서 컴퓨터로 데이터를 전송할 때 사용

컴퓨터 감시 프로그램에서 신호를 보내 송신할 데이터가 있는지 주기적으로 검사

선택

컴퓨터에서 특정 단말기를 지정하여 데이터를 전송할 때 주로 이용

특정 단말기를 지정하는 제어 문자를 데이터 앞에 포함시켜 전송

경제적, 짧은 시간 동안 회선을 운영하므로 주로 조회 처리할 때 사용

경쟁

단말 장치가 서로 경쟁하면서 회선에 접근하는 방법

기장 간단하지만 효율적이진 않음

(2) 집선 회선 방식

일정한 지역 내에 있는 중심 부분에 집선 장치를 설치한 후 단말기를 여러 대 연결하는 방식

집선 장치는 단말기에서 저속으로 전송되는 데이터를 모아 컴퓨터에 고속으로 전송하는 역할을 함

통신회선을 효율적으로 사용 하며, 단말기의 회선 사용률이 낮을 때 적합

(3) 회선 다중 방식

일정한 지역에 있는 단말기 여러 대를 그 지역의 중심 부분에 설치된 다중화 장치에 연결하고, 다중화 장치와 컴퓨터 사이는 대용량 회선으로 연결

회선 사용률이 비교적 높은 단말기에서 데이터를 송수신할 때도 적용 가능

2) 통신회선의 교환 방식

교환회선과 비교환회선 방식으로 분류
(1) 교환회선 방식

단말 장치끼리 교환기 등을 이용하여 접속

회선 교환 방식과 축적 교환 방식으로 나뉨

회선 교환 방식

사용자가 직접 전화기 번호판을 눌러 Dial 전화망으로 상대방을 호출하고 연결

축적 교환 방식

교환기를 이용하며, 정보를 메시지나 패킷 단위로 저장하고 전송

(2) 비교환회선 방식

단말 장치끼리 직통회선을 연결하여 사용

3) 통신회선의 이용 방식

(1) 단일 방식

데이터를 한쪽 방향으로만 전송 가능

단말기에서 컴퓨터 방향으로만 데이터를 전송
(2) 반이중 방식

데이터를 양방향으로 모두 전송할 수 있으나 동시에 양방향으로는 전송 불가

거래지향성 시스템에서 주로 사용
(3) 전이중 방식

데이터를 동시에 양방향으로 전송할 수 있어 고속으로 처리 가능

4) 통신회선망의 구성 방식

(1) 통신회선망(네트워크)

단말기를 컴퓨터와 서로 밀접하게 결합한 형태
(2) 통신 네트워크의 분류

트리형

데이터 분산처리 시스템에 사용하면 효율적

버스형

통신회선 하나에 각 노드가 분기 접속된 형태

성형

하나의 중앙 노드를 중심으로 단말

노드가 일-대-일 인 형태, 중앙 노드에 오류 등 장애가 발생하면 전체 시스템에 영향을 미침

망형

주로 정보통신 네트워크에서 사용

통신 회선에서 오류가 발생하면 다른 경로를 이용하기 때문에 분산된 자원을 공유하기 쉬움

(3) 데이터 전송 방식

직렬 전송

데이터의 최소 요소인 문자 하나를 구성하는 각 비트를 전송선로 1개를 이용하여 차례로 전송하는 방식

전용회선 1개로도 송수신 측이 서로 통신할 수 있어 대부분의 데이터 통신 시스템에서 사용

비용이 적게 들고, 설치 방법이 간단해서 장거리 통신에 많이 사용

병렬 전송

문자를 구성하는 각 비트를 전송선로 7~8개를 이용해 동시에 전송하는 방식

전송속도가 빠르고 단말기와도 쉽게 연결할 수 있어 편리

컴퓨터와 하드 디스크르 연결하거나 컴퓨터와 측정 장치를 연결할 때 주로 사용

문자와 문자 사이의 간격을 구분할 수 없어 strobe와 busy 신호를 사용

strobe 신호는 문자와 문자사이의 단위를 식별

busy 신호는 수신측이 현재 데이터를 수신하고 있음을 알리기 위해 사용

직렬 통신 vs 병렬 통신

** 오버헤드 ??

오버헤드란 프로그램의 실행흐름에서 나타나는 현상중 하나로 예를 들어 , 프로그램의 실행흐름 도중에 동떨어진 위치의 코드를 실행시켜야 할 때 , 추가적으로 시간,메모리,자원이 사용되는 현상입니다.
한마디로 정의하자면, 오버 헤드는 특정 기능을 수행하는데 드는 간접적인 시간, 메모리 등 자원을 말한다.

비동기식 전송과 동기식 전송

비동기식 전송

블록 단위가 아닌 문자 단위로 동기 정보를 부여해서 보내는 방식

문자를 연속해서 보낼 때 각 문자 사이에 일정하지 않은 휴지 기간이 있을 수 있음

시작 비트 : 1비트로 구성되고, 논리는 0

데이터 비트 : 5~8비트

패리티 비트 : 짝수나 홀수를 사용하거나 둘 다 사용하지 않아도 됨

정지 비트 : 1비트, 1.5비트, 2비트 중 하나를 사용

동기식 전송

데이터를 문자가 아닌 블록 단위(프레임)으로 전송

한 묶음으로 구성한 문자 사이에는 휴지 간격이 없음

데이터 묶음의 앞쪽에는 반드시 동기 문자가 와야 하며, 송신 측과 수신 측이 서로 동기하는 데 사용

타이밍 신호는 변복조기, 단말기 등이 공급하며 전송속도가 보통 2,000bps를 넘을 때 사용

송신하려는 데이터가 많거나 고속 처리가 필요할 때는 동기식이 훨씬 효율적이다.

동기식 전송에는 문자 동기 방식, 비트 동기 방식, 프레임(블록) 동기 방식이 있다.

문자 동기 방식

전송되는 데이터의 블록 앞에 특정 동기 문자인 SYN(00010110)을 붙여 동기를 맞추고, 실제 데이터 블록의 앞에는 STX(0010000), 뒤에는 ETX(0011000)를 추가하여 전송 데이터의 시작과 끝을 나타냄

비트 동기 방식

전송 단위를 일련의 비트 묶음으로 보고, 비트 블록의 처음과 끝을 표시하는 특별한 비트인 플래그 비트를 추가해 전송

대표적인 비트 동기 방식은 HDLC라는 프레임 동기 방식

HDLC 방식

송식된 동기 타이밍 신호, 수신 데이터로부터 추출한 타이밍 신호를 이용하여 각 비트의 위치를 맞추는 동기 방식

플래그 비트(01111110)를 사용해 데이터의 처음과 끝을 나타냄

데이터 전송 시 투명성을 보장하기 위해 비트 스터핑 기법을 사용

캐스팅 모드의 전송 방식

유니캐스트 (1 vs 1)

송신 노드 하나가 수신 노드 하나에 데이터를 전송하는 일-대-일 방식

브로드캐스트(1 vs 전부)

송신 노드 하나가 네트워크에 연결된 수신 가능한 모든 노드에 데이터를 전송하는 방식

멀티캐스트(1 vs 다)

송신 노드가 하나 이상의 특정 수신 노드에 데이터를 전송하는 일-대-다 방식

애니캐스트(1 vs 1)
- 송신 노드가 네트워크에 연결된 수신 가능한 노드 중에서 한 노드에만 데이터를 전송하는 방식