1. 프로토콜(protocol)

1) 개념

• 노드 간에 정보를 올바르게 주고받기 위해 합의된 규칙이나 방법.
• 네트워크 통신이 원활하게 이뤄지려면, 서로가 사용하는 프로토콜을 양쪽이 모두 이해할 수 있어야 한다.
• 일상 속 언어와는 달리 통신 과정에서는 일반적으로 여러 프로토콜을 함께 사용한다.
• 어떤 프로토콜이 사용되느냐에 따라 패킷 헤더가 가지는 정보가 달라질 수 있다.

2) 모든 프로토콜에는 목적과 특징이 있다.

• IP는 패킷을 수신지까지 전달하기 위해 사용되는 프로토콜이다.
  -> IP의 목적: 패킷을 수신지까지 전달하기 위한 것.
• ARP는 192.168.1.1과 같은 형태의 IP 주소를 A1:B2:C3:D4:E5:F6과 같은 형태의 MAC 주소로 대응하기 위해 사용되는 프로토콜이다.
  -> ARP의 목적: IP 주소를 MAC 주소로 대응하기 위한 것.
• HTTPS는 HTTP에 비해 보안상 더 안전한 프로토콜이다.
• TCP는 UDP에 비해 일반적으로 느리지만 신뢰성이 높은 프로토콜이다.

이처럼, 모든 프로토콜은 저마다의 목적과 특징이 있다. 이것이 프로토콜 학습의 중점이 되어야 한다.

2. 네트워크 참조 모델

1) 개념

• 네트워크를 통해 통신하는 각 과정을 여러 단계로 나누어 정형화한 모델이다.
• 각 단계는 계층적으로 표현 가능하다.
• 메시지를 송신하기 위해 거치는 단계와 수신하기 위해 거치는 단계는 서로 반대이다.
  
  위 이미지는 네트워크 참조 모델의 한 예시이다.

2) 목적

(1) 네트워크 구성과 설계의 용이성

• 각 계층에서 수행되어야 하는 역할을 명확하게 정의할 수 있다.
• 프로토콜과 네트워크 장비를 각 계층별로 구성할 수 있다.

(2) 네트워크 문제 진단과 해결의 용이성

• 어떤 계층에서 문제가 발생했는지를 확인함으로써 문제의 원인을 보다 쉽게 파악할 수 있다.

3) 대표적인 네트워크 참조 모델

(1) OSI 7 계층

• 국제 표준화 기구인 ISO에서 만든 네트워크 참조 모델이다.
  
• 물리 계층(physical layer)
  OSI 모델의 최하단. 1과 0으로 표현되는 비트 신호를 주고받는 계층이다.
  전기 신호, 빛 등 각 통신 매체별 신호 정보가 비트 데이터로 정의된다.
• 데이터 링크 계층(data link layer)
  네트워크 내 주변 장치 간의 정보를 올바르게 주고받기 위한 계층이다.
  오류 검출이 이루어진다.
  네트워크 주변 장치의 식별을 위해 MAC 주소가 사용된다.
• 네트워크 계층(network layer)
  메시지를 다른 네트워크에 속해 있는 수신지까지 전달하는 계층이다.
  LAN과 LAN 간의 통신을 위한 기술인 IP 주소, 라우팅 등의 기술이 이용된다.
• 전송 계층(transport layer)
  패킷 전송의 신뢰성과 안정성을 위한 계층이다.
  패킷의 순서나 유실 및 손상 여부 등을 관리한다.
  사용자 프로세스를 식별하기 위해 포트가 이용된다.
• 세션 계층(session layer)
  세션(통신을 주고받는 호스트의 응용 프로그램 간 연결 상태)을 관리하는 계층이다.
• 표현 계층(presentation layer)
  문자를 컴퓨터가 이해할 수 있는 코드로 변환(인코딩)하거나, 압축 혹운 암호화하는 계층이다.
• 응용 계층(application layer)
  사용자 및 사용자가 이용하는 응용 프로그램의 다양한 네트워크 서비스를 제공하는 계층이다.

(2) TCP/IP 4 계층

• 인터넷 프로토콜 스위트(internet protocol suite), TCP/IP 프로토콜 스택(TCP/IP protocol stack)이라고도 한다.

• 프로토콜을 중심으로 하여 OSI 7 계층에 비해 실용성을 강조한 모델이다.
  

• 네트워크 엑세스 계층(network access layer)
  링크 계층, 네트워크 인터페이스 계층이라고도 한다.
  OSI 7 계층의 데이터 링크 계층과 유사하다.

• 인터넷 계층(internet layer)
  OSI 7 계층의 네트워크 계층과 유사하다.

• 전송 계층(transport layer)
  OSI 7 계층의 전송 계층과 유사하다.

• 응용 계층(application layer)
  OSI 7 계층의 세션+표현+응용 계층과 유사하다.

(3) OSI 7 계층, TCP/IP 4 계층은 사실 아무것도 해주지 않는다.

네트워크 참조 모델을 처음 학습하면 네트워크 지식 == 네트워크 참조 모델이라고 오해하기 쉽다.
하지만,

• 네트워크 참조 모델은 반드시 지켜져야 하는 규칙이 아니다.
• 네트워크 참조 모델이나 각 계층이 네트워크를 작동시키는 주체가 아니다.
  네트워크를 작동시키는 주체는 네트워크 참조 모델에 속해 있는 프로토콜과 네트워크 장비이다.
• 모든 프로토콜이나 네트워크 장비가 반드시 특정 계층에 완벽히 대응되지는 않는다.
  프로토콜과 네트워크 장비는 계속해서 새롭게 만들어지고 있다.

네트워크 참조 모델은 말 그대로 '참조'를 위한 밑그림일 뿐이다.
따라서 네트워크 학습의 중점은 프로토콜과 네트워크 장비가 되어야 하지, 네트워크 참조 모델이 되어서는 안 된다.

3. 캡슐화와 역캡슐화

1) 개념

(1) 캡슐화

• 메시지 송신 과정에서 이루어진다.
• 네트워크 참조 모델의 가장 높은 계층에서부터 가장 낮은 계층으로 이동하며 이루어진다.
• 각 계층별 프로토콜의 목적과 특징에 부합하는 헤더(+트레일러)를 추가하는 과정이다.
• 이전 계층에서의 패킷(헤더+페이로드)은 다음 계층에서의 페이로드가 된다.
  
• 위 사진처럼 각 계층을 지나면서 헤더가 추가되며, 데이터 링크 계층에서는 트레일러도 함께 추가된다.

(2) 역캡슐화

• 메시지 수신 과정에서 이루어진다.
• 네트워크 참조 모델의 가장 낮은 계층에서부터 가장 높은 계층으로 이동하며 이루어진다.
• 각 계층별 프로토콜의 목적과 특징에 부합하는 헤더를 제거하는 과정이다.
  

2) PDU(Protocol Data Unit)

• 각 계층에서 송수신되는 메시지의 단위를 의미한다.
• 현재 계층의 PDU == 상위 계층의 데이터 + 현재 계층의 프로토콜 헤더(및 트레일러)

4. 트래픽과 네트워크 성능 지표

1) 트래픽(traffic)

• 네트워크 내의 정보량을 의미한다.
• 주로 노드에서 측정이 이루어진다. (특정 시점에 노드를 경유하는 정보량)
• 과도한 트래픽은 과부하(성능 저하)를 발생시킨다.

2. 네트워크 성능 지표

(1) 처리율(throughput)

• 단위 시간당 네트워크를 통해 실제로 전송되는 정보량.
• 실시간성이 강조된 지표이다.
• 표현 단위
  - bps(bit/s): bits per second
  • Mbps(Mbit/s): megabits per second
  • Gbps(Gbit/s): gigabits per second
  • pps(p/s): packets per second

(2) 대역폭(bandwidth)

• 단위 시간동안 통신 매체를 통해 송수신할 수 있는 최대 정보량.
• 통신 매체의 최대 역량을 나타내는 지표로 사용된다.
  (어떤 통신 매체를 통해 정보를 주고받을 수 있는 폭이 얼마나 넓은가?)
• bps, Mbps, Gbps 단위 사용.

(3) 패킷 손실(packet loss)

• 손실된 패킷 수, 전체 패킷 / 유실된 패킷(백분위) 단위 사용.