목표

• 성공적인 의사소통에 필요한 규칙 유형 설명
• 네트워크 통신에 프로토콜이 필요한 이유 설명
• 프로토콜 모음을 준수하는 목적 설명
• 네트워크 상호 운용성을 위한 프로토콜을 확립하는 데 있어 표준 조직의 역할 설명
• 통신 프로세스의 표준화를 촉진하기 위해 TCP/IP 모델과 OSI 모델이 어떻게 사용되는지 설명
• 데이터 캡슐화를 통해 네트워크를 통해 데이터를 전송할 수 있는 방법 설명
• 로컬 호스트가 네트워크의 로컬 리소스에 액세스하는 방법 설명

The Rules

1. 네트워크 프로토콜 요구사항

• 메시지 인코딩
• 메시지 형식화 및 캡슐화
• 메시지 크기
• 메시지 타이밍
• 메시지 전달 옵션

2. 메시지 인코딩

인코딩 : 정보를 다른 허용 가능한 형식으로 변환하는 프로세스

디코딩 : 정보를 해석하기 위해 이 프로세스 반대로 수행

3. 메시지 형식화 및 캡슐화

메시지를 보낼 때 특정 형식이나 구조를 사용해야 함

메시지 형식은 메시지 유형과 사용되는 채널에 따라 다름

4. 메시지 크기

호스트 간 인코딩은 매체에 적합한 형식이어야 함

• 네트워크를 통해 전송된 메시지는 비트로 변환
• 비트는 빛, 소리, 전기 자극의 패턴으로 인코딩
• 대상 호스트는 메시지를 해석하기 위해 신호를 디코딩해야 함

5. 메시지 타이밍

• 흐름 제어 : 데이터 전송 속도를 관리하고 전송할 수 있는 정보의 양과 전달 가능한 속도를 정의
• 응답 시간 초과 : 대상으로부터 응답을 듣지 못할 때 장치가 기다리는 시간 관리
• 액세스 방법 : 누군가 메시지를 보낼 수 있는 시기를 결정
  • “중돌”과 같은 문제를 다루는 다양한 규칙 있을 수 있음
  • 장치가 동시에 트래픽을 전송하면 메시지가 손상됨
• 일부 프로토콜은 사전 대응적이며 충돌을 방지하려고 시도
• 다른 프로토콜은 충돌이 발생한 수 대응하고 복구방법을 설정

6. 메시지 전달 옵션

• 유니캐스트 : one to one
• 멀티캐스트 : one to many
• 브로드캐스트 : one to all

→ 브로드캐스트 : IPv4 네트워크에서 사용되지만 IPv6에는 옵션이 아님

Protocol

1. 네트워크 프로토콜 개요

Protocol type	Description
Network Communication	두 개 이상의 장치가 하나 이상의 네트워크를 통해 통신 가능하도록 설정
Network Security	인증, 데이터 제공을 위한 네트워크 보안 / 데이터 무결성 및 암호화
Routing	경로 정보 교환 & 경로 정보 비교 & 최상의 경로 선택
Service Discovery	장치 또는 서비스 자동 감지

2. 네트워크 프로토콜 기능

Addressing	발신자와 수신자 식별
Reliability	보장된 전달 제공
Flow Control	효율적인 속도로 데이터 흐름 보장
Sequencing	전송된 각 데이터 세그먼트에 고유한 레이블 지정
Error Detection	전송 중 데이터가 손상되었는지 확인
Application Interface	네트워크 애플리케이션 간 프로세스 간 통신

3. 프로토콜 상호작용

| Hypertext Transfer Potocol(HTTP) | * 웹 서버와 클라이언트가 상호작용하는 방식 제어

• 내용과 형식 정의
  Transmission Control Protocol (TCP)	* 개별 대화 관리

• 보장된 배송 제공
• 흐름 제어 관리 |
  | Internet Protocol (IP) | 발신자로부터 수신자에게 전역적으로 메시지 전달 |
  | Ethernet | 동일한 이더넷 로컬에 있는 한 NIC에서 다른 NIC로 메시지 전달 |

Protocol Suites

1. 네트워크 프로토콜 제품군

프로토콜은 다른 프로토콜과 함께 작동할 수 있어야 함

프로토콜 제품군

• 통신 기능을 수행하는 데 필요한 상호 관련된 프로토콜 그룹
• 문제 해결에 도움이 되는 일련의 규칙

프로토콜은 레이어 측면에 표시

• 상위 레이어
• 하위 레이어
  • 데이터 이동과 관련되며 상위 계층에 서비스 제공

2. 프로토콜 제품군의 진화

인터넷 프로토콜 제품군 또는 TCP

• 가장 일반적인 프로토콜 제품군 및 유지관리
• Internet Engineering Task Force (IETF)

OSI (개방형 시스템 상호 연결)

• ISO (표준화 기구) 및 국제전기통신연합에서 개발

Appletalk

• Apple Inc.의 독점 제품군

3. TCP/IP 프로토콜 예

• TPC/IP 프로토콜은 애플리케이션, 전송 및 인터넷 계층에서 작동
• 가장 일반적인 네트워크
  • 액세스 계층 LAN 프로토콜 : 이더넷과 WLAN(무선 LAN)

4. TCP/IP 프로토콜 제품군

TCP/IP : 인터넷에서 사용되는 프로토콜 모음 → 많은 프로토콜 포함

• 개방형 표준 프로토콜 제품군 : 대중에게 무료로 제공 & 모든 공급업체에서 사용 가능
• 상호 운용성 보장 : 네트워킹 업계에서 승인하고 표준 조직에서 승인한 표준 기반 프로토콜 제품군

5. TCP/IP 통신 프로세스

• 웹 페이지를 캡슐화하여 클라이언트에 보내는 웹 서버

• 웹 브라우저용 웹 페이지의 캡슐화를 해제하는 클라이언트

Standards Organizations

1. 개방형 표준

• 상호 운용성
• 경쟁
• 혁신

---

• 중립적 공급업체
• 비영리 단체
• 개방형 표준의 개념을 개발하고 장려하기 위해 설립됨

2. 인터넷 표준

• Internet Society(ISOC) : 인터넷 개방형 개발과 진화
• Internet Architecture Board(IAB) : 인터넷 표준의 관리 및 개발 담당
• Internet Engineering Task Force(IETF) : 인터넷 및 TCP/IP 기술을 개발, 업데이터 및 유지 관리
• Internet Research Task Force(IRTF) : 인터넷과 관련된 장기 연구에 집중 & TCP/IP 프로토콜 개발 및 지원과 관련된 표준 조직
• Internet Corporation for Assigned Names and Numbers(ICANN) : IP 주소 할당, 도메인 이름 관리 및 기타 정보 할당 조정
• Internet Assigned Numbers Authority : ICANN의 IP 주소 할당, 도메인 이름 관리, 프로토콜 식별자 관리감독

3. 전자 및 통신 표준

• 전기전자공학협회(IEEE)
  • 전력 및 에너지, 의료, 통신 및 네트워킹 분야의 표준을 만드는 데 전념
• EIA (Electronic Industries Alliance)
  • 네트워킹 장비를 장착하는 데 사용되는 전기배선, 커넥터 및 19인치 랙과 관련된 표준 개발
• TIA (통신 산업 협회)
  • 무선 장비, 셀룰러 타워, VoIP(Voice over IP)장치, 위성 통신 등의 통신 표준 개발
• 국제전기통신연합
  • ITU-T(표준화 부문) : 비디오 압축 표준 정의
  • IPTV (인터넷 프로토콜 텔레비전) 및 DSL(디지털 가입자 회선)과 같은 광대역 통산

Reference Models

1. 계층화된 모델 사용의 이점

네트워크 작동 방식과 같은 복잡한 개념은 설명하고 이해하기 어려워 계층화 모델 사용

• 개방형 시스템 상호 연결(OSI) 참조 모델
• TCP/IP 참조 모델
• 특정 계층에서 작동하는 프로토콜에는 해당 프로토콜이 작동하는 정보와 상위 및 하위 계층에 대한 정의된 인터페이스가 있어 → 프로토콜 설계 지원
• 서로 다른 공급 업체의 제품이 함께 작동할 수 있어 경쟁 촉진
• 한 레이어의 기술이나 기능 변경이 다른 레이어에 영향을 미치지 않도록 방지

2. OSI 참조 모델

Application	프로세스 간 통신에 사용되는 프로토콜 포함
Presentation	애플리케이션 계층 서비스 간 전송되는 데이터의 공통 표현 제공
Session	프레젠테이션 계층에 서비스를 제공하고 데이터 교환 관리
Transport	개발 통신을 위해 데이터 분할, 전송 및 재조립하는 서비스 정의
Network	네트워크를 통해 개별 데이터를 교환하는 서비스 제공
Data link	일반 미디어를 통해 데이터 프레임을 교환하는 방법 설명
Physical	물리적 연결 활성화, 유지 및 비활성화하는 방법 설명

3. TCP/IP 참조 모델

TCP/IP 모델 계층	Description
Applicaiton	사용자에게 데이터와 인코딩 및 대화 상자 제어를 나타냄
Transport	다양한 네트워크를 통해 다양한 장치 간 통신 지원
Internet	네트워크를 통해 최적의 경로 결정
Network Access	네트워크를 구성하는 하드웨어 장치 및 미디어 제어

4. OSI 및 TCP/IP 모델 비교

• OSI : TCP/IP 모델의 네트워크 액세스 계층과 애플리케이션 계층을 여러 계층으로 나눔
• TCP/IP 프로토콜 제품군 : 물리적 매체를 통해 전송할 때 사용할 프로토콜을 지정하지 않음

Data Encapsulation

1. 메시지 분할

세그먼트화 : 메지지를 더 작은 단위로 나누는 프로세스

멀티플렉싱 : 분할된 데이터의 여러 스트림을 가져와 함께 인터리빙하는 프로세스

메시지 분할의 두 이점

• 속도 향상
  • 통신 링크를 연결하지 않고도 네트워크를 통해 대량의 데이터 전송 가능
• 효율성 증가 (only segment)
  • 목적지에 도달하지 못한 데이터는 전체 데이터 스트림이 아니라 재전송되어야 함

2. 시퀀싱

메시지 순서 지정 : 메시지가 대상에서 재조립될 수 있도록 세그먼트에 번호를 매기는 프로세스

TCP는 개별 세그먼트의 순서를 지정하는 역할 담당

3. 프로토콜 데이터 단위

캡슐화 : 프로토콜이 해당 정보를 데이터에 추가하는 프로세스

• 프로세스의 각 단계에서 PDU는 새로운 기능을 반영하기 위해 다른 이름을 가짐
• PDU에 대한 보편적인 명명 규칙 없음 → 이 과정에서 PDU의 이름이 TCP/IP 제품군의 프로토콜에 따라 지정됨
• 스택 아래로 전달되는 PDU
  1. Data Stream
  2. Segment
  3. Packet
  4. Frame
  5. Bit stream

4. 캡슐화 예

하향식

프로세스를 처리한 후 이를 모델의 다음 단계로 전달

→ 이 프로세스는 비트 스트림으로 전송될 때까지 각 레이어에서 반복됨

5. 캡슐화 해제 예

데이터는 스택 위로 이동하면서 캡슐화 해제

레이어가 프로세스를 완료하면 해당 레이어는 헤더를 제거하고 처리할 다음 수준으로 전달

→ 애플리케이션이 처리할 수 있는 데이터 스트림이 될 때까지 각 계층에서 반복

1. Bit stream
2. Frame
3. Packet
4. Segment
5. Data stream

Data Access

1. Addresses

데이터 링크와 네트워크 계층 모두 주소 지정을 사용해 소스에서 대상으로 데이터 전달

네트워크 계층 소스 및 대상주소 - 원본 소스에서 최종 대상까지 IP 패킷을 전달하는 역할 담당

데이터 링크 계층 소스 및 대상 주소 - 하나의 NIC (Network Interface Card)에서 동일한 네트워크의 다른 NIC로 데이터 링크 프레임을 전달하는 역할 담당

• Physical
• Data Link
• Network
• Transport
• Upper Layers

2. Layer 3 Logical Address

<IP 패킷>에는 두 개의 IP 주소가 포함됨

• 소스 IP 주소
  • 송신 장치의 주소
  • 패킷의 원본 소스
• 대상 IP 주소
  • 패킷의 최종 대상인 수신 장치의 IP 주소

→ 이러한 주소는 동일한 링크에 있거나 원격에 있을 수 있음

---

<IP 주소>는 두 부분으로 구성

• Network portion(IPv4) or Prefix(IPv6)

  • 주소의 가장 왼쪽 부분 : IP 주소가 속한 네트워크 그룹을 나타냄
  • 각 LAN 또는 WAN은 동일한 네트워크 부분을 가짐

• Host portion(IPv4) or Interface ID(IPv6)

  • 주소의 나머지 부분 : 그룹 내 특정 장치 식별
  • 네트워크의 각 장치마다 고유

3. 동일한 네트워크에 있는 장치

장치가 동일한 네트워크에 있는 경우 → 소스와 대상은 주소의 네트워크 부분에서 동일한 번호를 가짐

4. 데이터 링크 계층의 주소의 역할 : 동일한 IP 네트워크

장치가 동일한 이더넷 네트워크에 있는 경우 : 데이터 링크 프레임은 대상 NIC의 실제 MAC 주소를 사용

MAC 주소 : 이더넷 NIC에 물리적으로 내장되어 있으며, 로컬 주소 지정

• 소스 MAC 주소 : 링크 발신자의 주소
• 대상 MAC 주소 : 최종 대상이 원격인 경우에도 항상 소스와 동일한 링크에 있음

5. 네트워크 계층 주소의 역할

소스와 대상의 네트워크 부분이 다르다면 → 서로 다른 네트워크에 있음

• PC1 : 192.168.1
• 웹 서버 : 172.14.1

6. 데이터 링크 계층 주소의 역할 : 다양한 IP 네트워크

최종 대상이 원격인 경우 : layer3은 layer2에 라우터 주소라고도 알려진 로컬 기본 게이트웨이 IP 주소 제공

• 기본 게이트웨이(GDW) : 이 LAN의 일부인 라우터 인터페이스 IP 주소
  • 다른 모든 원격 위치에 대한 “door”, “gateway” 역할
• LAN의 모든 장치에 이 주소를 알려야 함
  • 그렇지 않으면, 해당 트래픽이 LAN으로만 제한됨
• PC1의 layer2가 다음으로 전달되면
  • 기본 게이트웨이(Router)가 있으면 라우터는 정보를 실제 대상으로 가져오는 라우팅 프로세스 시작 가능
• 데이터 링크 주소 지정은 로컬
  • 주소를 지정해 각 링크에 대한 소스와 대상을 가짐

7. 데이터 링크 주소

• 데이터 링크 주소 지정 : 로컬 주소 지정이므로 소스와 대상 존재
• 첫번째 segment의 MAC 주소 지정
  • 소스 : PC1 NIC가 프레임 보냄
  • 대상 : 첫번째 라우터 DGW 인터페이스 프레임 수신
• 두번째 MAC 주소 지정
  • 소스 : 첫번째 라우터 → 종료 인터페이스 프레임 전송
  • 대상 : 두번째 라우터가 프레임 수신
• 마지막 세그먼트의 MAC 주소 지정
  • 소스 : 두번째 라우터 → 종료 인터페이스 프레임 전송
  • 대상 : 웹 서버 NIC 프레임 수신
• 패킷은 수정되지 않지만 프레임은 변경되어 Layer3 IP 주소 지정은 Layer2 MAC 주소 지정처럼 세그먼트마다 변경되지 않음
• L3 주소 지정 : 글로벌 주소 & 최종 목적지 : 동일하게 유지

정리

• 프로토콜에는 송신자와 수신자가 있어야 함
• 일반적인 컴퓨터 프로토콜 : 메시지 인코딩, 형식 지정과 같은 요구 사항 포함
  • 캡슐화
  • 크기
  • 타이밍
  • 전달 옵션

프로토콜

• 네트워크를 통해 메시지를 보내려면 여러 프로토콜을 사용해야 함
• 각 네트워크 프로토콜에는 고유한통신 기능, 형식 및 규칙 존재

프로토콜 제품군

• 프로토콜 제품군은 상호 관련된 프로토콜 그룹
• TCP/IP 프로토콜 제품은 오늘날 사용되는 프로토콜
• 표준 조직/개방형 표준은 상호 운용성, 경쟁 및 혁신 장려

참조모델

• 네트워킹에 사용되는 두 가지 모델 → TCP/IP & OSI
• TCP/IP 모델 : 4개의 레이어로 구성
• OSI 모델 : 7개의 레이어로 구성

데이터 캡슐화

• 어떤 계층에서든 데이터 조각이 취하는 형식 : PDU(Protocol Data Unit)
• 데이터 캡슐화 프로세스 → data, segment, packet, frame, bit 등 5가지 PDU 사용

데이터 접근

• 네트워크 및 데이터 링크 계층 : 데이터를 이동하기 위한 주소 지정 제공
• 레이어3 : 주소 지정
• 레이어2 : MAC 주소 지정 제공

→ 이러한 계층이 주소 지정을 처리하는 방식 : 소스와 대상이 동일한 네트워크에 있는지 또는 대상이 소스와 다른 네트워크에 있는지에 따라 달라짐