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프로토콜이란? 컴퓨터 네트워크 송수신 장치 간의 통일된 통신 규약

계층 구조

• 모듈화 : 기능별로 여러 개의 작고 단순한 모듈로 독립화, 모듈 사이의 인터페이스 필요

OSI 7계층 모델 (각 계층마다 프로토콜을 규정한 규격)

• 각 계층은 서로 독립적(모듈화 특성 때문에)
  물리 – 데이터 링크 – 네트워크 – 전송 – 세션 – 표현 – 응용

Encapsulation : 상위 계층에서 하위 계층으로 데이터에 자신의 헤더정보를 추가하여 전송
Decapsulation : Encapsulation의 반대. 하위 계층에서 unpack하며 상위 계층으로 데이터 전송

데이터 단위

TPDU 전송 계층

• 세그먼트 TCP
• 데이터그램 UDP

NPDU 네트워크 계층

• 패킷

DPDU 데이터 링크 계층

• 프레임

데이터 전송

• 송신측에서 수신측으로 데이터를 전송하는 과정 중, 많은 노드를 거침
• 물리, 데이터 링크, 네트워크 계층만 사용

물리 계층(LAN 카드, 케이블, 허브, 라우터)

신호를 주고받기 위한 전기적, 과학적, 전파적 특성을 정의하는 제 1계층
전송 매체를 통해 bit를 데이터 링크 계층으로 전송
참고자료 : https://jhnyang.tistory.com/373

데이터 링크 계층(스위칭 허브, 스위치, 브리지)

• 직접 연결된 서로 다른 2개의 네트워크 장치 간의 데이터 전송을 담당하는 계층
• 프레임이라는 데이터를 전송
• 48 비트 길이의 주소를 가짐

MAC(Media Access Control) 주소
24bit(제조사코드)+24bit(시리얼넘버) =>
모든 MAC주소는 고유하다 = 하드웨어의 주소

• 역할 (데이터링크 계층은 오류 없는 통신을 위해 여러 역할을 수행)

• Framing 물리 계층에서 수신한 신호를 조합하여 프레임 단우의 데이터 유닛으로 만들어 처리

• Flow Control
  송수신 시, 너무 많거나 너무 적게 데이터를 송수신하지 않게 흐름을 제어

• Error Control
  프레임 전송 시에 발생한 오류를 복원하거나 재전송

• Access Control
  매체 상에 통신 주체가 여러개일 때, 데이터 전송여부 결정

• Synchronization
  프레임 구분자(특별한 비트패턴)

참고자료 : https://jhnyang.tistory.com/403

네트워크 계층(게이트웨이)

• 최종 목적지에 도달하기 위한 라우팅을 수행하는 계층
• 기존 물리주소와는 별도인 각 호스트를 식별할 수 있는 유일한 주소인 IP 주소(32bit)를 포함

전송 계층

• 프로토콜(TCP, UDP)과 관련된 계층
• 오류 복구와 흐름 제어, 신뢰성 있는 데이터 전송

세션 계층

표현 계층

응용 계층

네트워크 접속장치

• 통신망 구성에서 가장 기본이 되는 하드웨어

1계층 장비

• LAN카드 : 외부 네트워크와 빠른 속도로 데이터를 송수신할 수 있게 컴퓨터 내(메인보드)에 설치하는 확장카드 -> LAN카드에 할당 된 주소 = MAC 주소.
• 중계기 : 접속 시스템의 수를 증가시키거나, 전송 거리를 연장하려고 사용하는 장치
• 허브 : 여러 대의 컴퓨터를 연결하는 장치
• 더미허브 : 단순히 컴퓨터와 컴퓨터 간의 네트워크를 중계하는 역할
  -- 송신 시, 모든 노드 수신

*네트워크 트래픽 : 컴퓨터 수가 일정 수 이상이면, 전체 네트워크의 전송속도가 떨어짐

2계층 장비

• 스위칭허브 : 수신지 주소로 스위칭하는 기능. 노드들을 점대점으로 접속 -> 효율이 높음
• 스위치 : 컴퓨터에 할당되는 대역폭을 극대화 시켜주는 장치
• 브리지 : 두 개 이상의 근거리 통신망을 연결하여 하나의 네트워크로 만들어 주는 장치

  스위칭이 가능한 이유 : 주소를 저장하는 라우팅 테이블이 포함되어 있기 때문에

3계층 장비

• 게이트웨이 : 서로 다른 통신망 간의 통신을 가능하게 하는 장치
  예시) LAN이나 무선 LAN을 통해 다른 원거리 통신망에 연결하는 것
• 라우터 : 네트워크 간에 데이터 패킷을 전송하는 장치
  -- IP 주소를 바탕으로 라우팅 기능 수행
  -- 라우팅은 라우팅 테이블이 결정
  -- 라우팅 테이블은 인터넷상에서 수신지의 주소를 토대로 경로상의 다음 주소를 결정

네트워크 전송매체

• 송신 측과 수신 측 사이를 상호연결하는 물리적 선로

동축 케이블(Coaxial Cable)

꼬임선(Twisted Pair) : 이중 나선 케이블

• UTP(Unshielded Twisted Pair)
  전자기 간섭을 줄이기 위해 나선형으로 꼬아놓은 형태. 저렴한 가격으로 인해 LAN에서 가장 많이 사용
• FTP(Foiled Twisted Pair)
  전자기 간섭을 막기 위해 피복을 씌운 케이블
• STP(Shielded Twisted Pair)
  전자기 간섭을 막기 위해 피복 뿐만 아니라, 각각의 나선형 케이블 쌍에도 피복을 씌운 케이블

UTP 구성 방법 :

• 1. 점선은 실선보다 앞쪽으로
• 2. 주황색에서 갈색으로
• 3. 녹색사이에는 파란색

다른 종류의 장치 간에는 Straight-through cable 사용
같은 종류의 장치 간에는 Crossover cable 사용

광섬유 케이블 :

전기가 아닌 빛을 이용하여 신호의 감쇠정도가 아주 적고, 엄청난 대역폭을 제공하여 전자기 간섭으로부터 자유롭지만, 가격이 매우 비싸고 설치가 어려움

무선 전송매체

라디오파

• AM
  -- 장애물이 있어도 멀리까지 쉽게 전파
  -- 음질이 좋지 않음
• FM
  -- 장애물에 쉽게 전파를 방해 받음
  -- 음질이 좋음

마이크로파 :

주파수가 매우 높은 전파(극초단파, 센티미터파, 밀리미터파)

• 안테나를 설치하여 전파를 전송

통신방식

클라이언트/서버 방식 : 서버 = 데이터 전송 서비스를 제공, 클라이언트 = 데이터 서비스를 수신

유니캐스트 : 서버와 클라이언트 간의 일대일 통신 방식

• 통신하려면 프레임 안에 송수신지 MAC주소가 있어야 함

브로드캐스트 : 서버와 클라이언트 간의 일대모두로 통신하는 방식

• 브로드캐스트의 주소는 FF-FF-FF-FF-FF-FF로 미리 정해져 있음

멀티캐스트 : 전송하려는 특정 그룹에게만 한 번에 전송하는 통식 방식

단방향 통신

양방향 통신

• 전이중 통신
• 반이중 통신

교환시스템

회선 교환 : 연결형 서비스를 제공

• 전용 회선 방식
• 교환 회선 방식

패킷 교환

비연결형 서비스를 제공

회선 교환

• 데이터를 전송하기 전, 물리적인 하나의 경로가 설정, 설정된 경로는 통신을 종료할 때까지 독점
• 경로 설정시 지연이 발생하지만, 일단 설정하면 사용자에게 투명하게 전송 가능

장점

• 회선을 전용선처럼 사용하여 많은 양의 데이터 전송
• 경로가 설정되면 사용자에게는 고정적인 전송률로 정보 전송 가능
• 경로가 설정되면 처리지연이 거의 없음
• 실시간 전송이 요구되는 미디이 전송에 적합

단점

• 오류 없는 데이터 전송이 요구되는 서비스에는 부적절
• 오류제어 기능이 없음
• 데이터를 전송하지 않는 기간에도 회선을 독점하여 비효율적

패킷 교환

• 송수신지 정보를 포함하는 패킷들을 사용하여 전송

패킷의 구조

• 헤더
  패킷의 송수신지, 패킷 번호, 플래그 정보, 패킷길이 등을 포함.
• 데이터
  미리 최대의 데이터 크기를 정의, 데이터가 최대 길이보다 크면 조각들로 쪼개져 여러 개의 패킷으로 나누어 전송
• CRC(순환 잉여도 검사
  수신된 정보 내에 오류를 검사하기 위해 송신 측에서 별도로 데이터를 추가하여 보내는 과정

회선 교환 방식과 메시지 교환 방식의 장점 수용, 단점을 최소화한 방식
저장/전송 방식을 사용한다는 점에서 메시지 교환과 비슷
메시지 교환과의 차이 : 메시지 교환은 하나의 메시지 단위로 전송하지만, 패킷 교환은 적당한 크기로 메시지를 분할하여 전송

네트워크 접속형태

성형

허브가 중앙에 위치하여 다른 모든 노드를 연결

장점

• 유지보수나 확장이 용이
• 링크 하나가 장애가 있더라도 해당 링크만 영향을 받아 다른 링크는 안전

단점

• 중앙에 장애가 있으면 네트워크 전체가 동작할 수 없음
• 트리형, 링형, 버스형보다 많은 케이블 연결이 필요함
• 최초 설치 시, 소요되는 비용과 노력이 큼

트리형

성형의 변형으로 트리에 연결된 호스트는 허브에 연결되어 있지만 모든 장치가 중앙 전송제어 장치에 연결되어 있지 않은 형태

장점

• 제어가 간단하여 관리나 확장이 쉬움
• 우선순위를 부여할 수 있음

단점

• 중앙에 트래픽이 집중되어 병목현상이 생길 수 있음
• 중앙에 장애가 생기면 전체 네트워크에 장애가 발생

버스형

모든 네트워크 노드가 일자형의 케이블(버스)에 연결

장점

• 설치가 쉬움
• 비용이 저렴
• 각 호스트의 고장이 네트워크 내의 다른 부분에 영향을 주지 않음

단점

• 재구성이나 결합 분리의 어려움
• 기저대역(Baseband) 전송 방식을 사용할 경우 거리에 민감하여 거리가 멀어지면 중계기가 필요함
• 버스 케이블에 결함이 발생하면 전체 스테이션은 모든 전송을 할 수 없음
• 호스트의 수가 증가하면 처리 능력은 급격히 감소함
• 네트워크에 부하가 많으면 응답시간이 늦어짐

링형

닫​힌 루프 형태로 각 호스트가 자신의 양쪽 호스트와 전용으로 점 대 점으로 연결된 형태

장점

• 설치와 재구성이 쉬움
• 장애가 발생한 호스트를 쉽게 찾음
• 호스트의 수가 늘어나도 네트워크의 성능에는 별로 영향을 미치지 않음
• Star형보다 케이블링에 드는 비용이 적음

단점

• 링을 제어하기 위한 절차가 복잡하여 기본적인 지연이 존재함
• 단방향 전송이기 때문에 링에 결함이 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없기 때문에 이를 해결하기 위해 이중 링을 사용함
• 새로 호스트 추가하기 위해서는 물리적으로 링을 절단하고 호스트를 추가해야 함

그물형

모든 노드가 상호 간에 전용의 점대점 형태로 연결되는 형태
n(n-1)/2개의 물리적 채널 필요

장점

• 각 연결회선이 원하는 자료를 전송할수 있어 많은 장치를 공유하는 링크에서 발생하는 통신량 문제해결 가능
• 한 링크가 고장 나더라도 전체시스템에는 이상이 없음
• 일부 통신 회선에 장애가 있다면, 다른 통신회선을 이용할 수 있음
• 전용선으로 보내기 때문에 보안에 유리함

단점

• 설치와 재구성이 어려움