데이터(Data) - 사용자 간에 합의된 형태로 표현된 정보
데이터 통신(Data communication) - 전선과 같은 통신매체를 통하여 두 장치 간에 데이터를 교환하는 것
정보통신(Telecommunication, 원격통신) - 먼 거리에서 행해지는 통신을 의미
데이터 통신 시스템의 기본 특성
전달(delivery) - 정확한 목적지에 전달, 원하는 장치나 사용자에게 전달.
정확성(accuracy) - 데이터를 정확하게 전달.
적시성(timeliness) - 데이터를 적정 시간 내에 전달.
파형 난조(jitter: 왜곡) - 패킷 도착 시간이 서로 조금씩 다른 것. 음성이나 동영상 품질이 일정하지 못함.
데이터 통신 구성 요소
메세지(Message)
- 통신의 대상이 되는 정보(데이터)
- (문자, 숫자, 그림, 소리, 영상 또는 이들의 조합)
송신자(Sender)
- 데이터 메세지를 보내는 장치
- (컴퓨터, 전화기, 중계 카메라, 휴대폰 등)
수신자(Receiver)
- 메세지를 받는 장치
- (컴퓨터, 전화기, TV, 휴대폰 등)
전송매체(Medium)
- 송신자에서 수신자까지 이동하는 물리적인 경로
- 꼬임쌍선(twisted pair wire), 동축선(coaxial cable), 광케이블(fiber-optic cable), 레이저 또는 무선파
프로토콜(Protocol)
- 데이터 통신을 통제하는 규칙들의 집합(상호 합의)
- 통신 규약
데이터 표현
문자(text): 비트 패턴, 즉 0과 1로 된 비트들의 비트 패턴으로 표현.
- 코드(code): 부호를 표현하기 위한 비트 패턴들의 집합
- 부호화(coding): 부호를 표현하는 과정
- ASCII: ANSI 표준 코드 (7bit)
- 확장 ASCII: 8bit
- 유니코드(Unicode): 32bit 사용. 전 세계 모든 문자 표현
수(number): 비트 패턴을 사용하여 표현
영상, 화상(images): 화소, 해상도
- 흑백(1 또는 2 비트)
- 컬러(RGB, 또는 Y(yellow), C(cyan), M(magenta))
오디오(audio, 음성): 연속 신호
비디오(video, 동영상) - 연속적인 개체 또는 여러 화상의 조합
데이터 전송 방향
단방향 방식(simplex mode)
- 한쪽 방향으로만 통신이 가능 (한 지국은 송신, 다른 하 지국은 수신만 가능)
- 예) 자판(입력) <> 모니터(출력)
반이중 방식(half-duplex mode)
- 각 지국은 송,수신이 가능하나 각 지국 간에 동시에 송신이 불가
- 예) 워키토키, 생활 무전기
전이중 방식(full--duplex mode)
- 양쪽 지국간 동시에 송/수신이 가능
- 양방향으로 통행이 가능한 2차선 도로와 같음
- 신호는 2개의 전송 통로 혹은 링크의 용량을 공유해서 양방향으로 전달
- 예) 전화
네트워크(network)
정의: 데이터 통신이라는 공통의 목적을 위하여 두 개 이상의 장치들이 연결되어 있는 통신 구조
- 장치(호스트): 컴퓨터, 휴대폰, 보안 시스템 등의 모음
- 장치(연결 장치): 라우터, 교환기. 모뎀 등
네트워크 평가기준
- 성능(performance): 전달시간(transit time), 응답 시간(response time), 처리율(throughput)과 지연(delay)
- 신뢰성(reliability) - 고장의 빈도 수, 고장 난 후 링크를 복구하는데 소요되는 시간
- 보안(security) - 불법적인 접속이나 바이러스로부터 보호
물리적 구조: 연결 유형
네트워크는 링크를 통해 2개 이상의 장치가 연결된 것
- 링크: 한 장치로부터 다른 장치로 데이터를 전달하는 통신 선로
점-대-점 연결(point-to-point connection)
- 채널의 전체 용량은 두 기기간 전송을 위해서 사용
- 케이블이나 전선, 또는 마이크로웨이브나 인공위성 연결과 같은 방식도 가능
- 텔레비전 채널을 바꿀 때 사용하는 적외선 리모컨
다중점(multipoint, 멀티드롭(mutidrop))
- 3개 이상의 특정 기기가 하나의 링크를 공유하는 방식
- 채널의 용량을 공간적으로 또는 시간적으로 공유
물리적 접속형태
물리적 혹은 논리적인 네트워크 배치 방식
- Topology: 링크와 연결된 장치(=노드)간의 관계에 대한 기하학적 표현
그물형(Mesh) 접속 형태
- 모든 장치는 다른 장치와 점-대-점 링크
- n개의 장치를 서로 연결하기 위해 n(n-1) 개의 채널이 요구 (양방향 통신(전이중 모드)을 허용하는 경우: n(n-1)/2)
- n-1 개의 입출력(I/O) 포트
- 장점: 원활한 자료 전송 보장: 점-대-점 전용 링크 제공, 높은 안정성, 결함 식별과 분리가 비교적 용이
- 단점: 케이블의 양과 요구되는 I/O 포트 수, 설치와 재구성이 어려움
성형(star) 접속 형태
- 허브(hub)라는 중앙 제어장치와 전용 점-대-점 링크 구성
- 각 장치 간 직접적인 통신 불가
- 모든 전송은 제어 장치를 통해 전송
- 1개의 채널, 1개의 I/O 포트가 요구됨
- 장점: 그물형 접속형태보다 적은 비용, 설치와 재구성이 용이
- 단점: 허브가 고장 나면 전체 시스템이 고장
버스형(bus) 접속 형태
- 다중점 형태: 하나의 긴 케이블이 네트워크 상의 모든 장치를 연결하는 백본(backbone, 중추) 네트워크 역할
- 탭(tap)과 유도선(drop line)에 의해 버스에 연결: 신호는 멀리 이동할수록 열에너지 손실로 인해 약해지므로 버스가 수 용할 수 있는 탭수와 탭 간 거리는 제한됨
- 장점: 설치가 쉽다, 가장 적은 양의 케이블 사용(저비용)
- 단점: 재구성이나 결함 분리의 어려움, 중추 케이블의 결함 시 다수의 장치에 영향을 줌
링형(ring) 접속 형태
- 자신의 양쪽에 위치한 장치와 전용 점-대-점 회선을 구성
- 각 장치는 중계기(repeater) 포함
- 장점: 설치와 재구성이 쉽다, 신호는 항상 순환, 경보(일정 시간 내 신호가 수신되지 않을 시 위치를 경보) 사용
- 단점: 단방향의 경우 링의 결함 시 전체 네트워크 마비
- 해결책: 이중 링 또는 결함 지점의 단절 스위치 사용을 통해 해결
네트워크 유형
근거리 통신망(LAN)
- 개인 소유 또는 단일 사무실, 건물 혹은 학교 캠퍼스 등에 있는 장치들을 서로 연결하여 자원 공유를 목적으로 설계
- 버스형, 링형, 성형 사용
광역 통신망(WAN)
- 국가, 대륙 또는 전 세계를 포괄하는 광대역 영역에 데이터, 음성, 영상 및 비디오 등의 정보를 장거리 전송
- 거리 제한이 없음
- 통신회사가 임대를 목적으로 만들어 사용
점-대-점 WAN
- 점-대-점(Point-to-Point) WAN (전용선)
교환형 WAN
- 교환형(switched) WAN
네트워크 간 연결 (Internetwork)
두 개 이상의 네트워크가 서로 연결되어 있으면 "Internetwork" 또는 "internet"
인터넷(Internet)
Internet: 수천 개의 상호 연결되어 있는 네트워크로 이루어짐
- 백본, 제공자 네트워크, 소비자 네트워크로 구성
- 백본은 Sprint, Verizon, AT&T, KT, SKT, NTT 같은 통신사 소유
- 백본망은 대등점(peering point)이라는 교환 시스템에 의해 연결
- 제공자 네트워크는 요금을 지불하고 백본 이용
- 소비자 네트워크는 인터넷 말단으로 인터넷에서 제공되는 서비스 이용
- 백본과 제공자 네트워크는 인터넷 서비스 제공자(ISP)라고 함.
ㄴ백본은 주로 국제 인터넷 서비스 제공자(international ISP)라 불림, 제공자 네트워크는 국가 또는 지역 인터넷 서비스
제공자(national 또는 regional ISP) 라고 함.
인터넷 접속
전화망 이용
- 가정과 직장에서 전화망과 연결
- 전화 정보 서비스
- 디지털 가입자 회선 서비스
케이블망 이용
- 케이블 TV망을 업그레이드해서 인터넷에 연결
- 같은 케이블을 이용하는 사용자 수에 따라 속도가 변함
무선망 이용
- 무선 LAN을 통해 인터넷에 연결
인터넷에 직접 연결
- 지역(local) 또는 지구(regional) ISP를 통해 인터넷에 연결
- 여러 캠퍼스를 갖는 규모가 큰 집단
프로토콜 계층화
- 프로토콜: 송신자, 수신자, 모든 중간 장치들이 효과적인 통신을 위해 지켜야 할 규칙
- 프로토콜 계층화: 통신이 복잡할 때는 여러 계층을 두어 서로 다른 계층 간에 임무를 나눌 수 있다.
시나리오I 규칙
1. 서로 만날 때 인사한다.
2. 친구 간에 사용하는 단어를 제한한다.
3. 상대방이 말할 때 경청한다.4. 대화는 독백이 아니라 대화식이어야 한다.5. 헤어질 때 기분 좋은 단어를 교환한다.
시나리오II
- 앤이 새로이 직장을 얻어 서로 먼 거리에 떨어지게 됐지만 새로운 사업을 구상하기 위해 서로 통신하기를 원한다.
이렇게 프로토콜 계층화를 하면 좋은 점
- 모듈성: 앞의 예에서 세 가지 기능을 모두 수행할 수 있는 하나의 기계를 사용하고 있다가 암호화 관련해서 그들의 비
밀을 보호 하는데 문제가 있다고 판단되면 그들은 기계 전체를 교체해야 한다. 그러나 계층화가 되어 있다면 두 번째
계층의 기계만 바꾸면 된다.
프로토콜 계층화 원칙
첫 번째 원칙
- 양방향 통신을 원한다면 각 계층은 한 가지씩 상반되는 두 가지 작업을 수행할 수 있어야 한다. (듣기/말하기, 암/복호
화, 편지 주고/받기)
두 번째 원칙
- 각 계층의 객체는 동일해야 한다. (평문, 암호문, 편지)
논리적인 연결
- 각 계층 간 논리적인 연결은 계층-대-계층 통신을 갖는다는 의미
TCP/IP 프로토콜 그룹
현재 인터넷(Internet)에서 사용하는 모델
- TCP/IP : Transmission Control Protocol/Internet Protocol
5개의 계층으로 구성된 계층적 모델
- 계층적: 각 상위계층 프로토콜은 1개 이상의 하위 계층 프로토콜로부터 제공되는 서비스들의 지원을 받는다는 의미
계층적 구조
- 링크층 switch를 가진 3개의 LAN(링크)으로 이루어진 인터넷 Example
- 링크들은 하나의 라우터에 연결
- 컴퓨터 A는 컴퓨터 B와 통신
- 5개의 장비로 구성 (발신지 호스트, 링크 1 스위치, 라우터, 링크 2 스위치, 목적지 호스트)
- 양 호스트는 5개의 계층 (물리층, 데이터 링크층, 네트워크층, 전송층, 응용층)과 관련
- 라우터는 3개의 계층 (물리층, 데이터 링크층, 네트워크층)과 관련
- 링크층 스위치는 2개의 계층 (물리층, 데이터 링크층)과 관련
TCP/IP 프로토콜 그룹
- 논리적 연결에서 각 계층의 임무
- 응용층, 전송층, 네트워크층 임무는 종단-대-종단
- 데이터 링크층, 물리층 임무는 홉-대-홉
*홉(hop)은 호스트 또는 라우터
각 계층에 대한 설명
물리층
- 프레임의 각 비트를 링크를 따라 전달 책임
- 전송 매체 이용
데이터 링크층
- 유무선 링크를 통하여 프레임 전달 책임
- 상위층으로부터 데이터그램을 받아 해당 링크로 전송할 책임
네트워크층
- 발신지 컴퓨터와 목적지 컴퓨터 간 연결 생성 책임
- 통신은 호스트-대-호스트
- 경로상의 라우터는 각 패킷을 위한 최선의 경로를 선택할 책임
전송층
- 논리적 연결은 종단-대-종단
- 응용층으로부터 메세지를 받아 전송층 패킷으로 캡슐화하여 목적지 호스트의 전송층에 논리적 연결을 통해 전송
- 응응층에 서비스 제공하기 위한 책임
응용층
- 논리적인 연결은 종단-대-종단
- 서로 응용층 간에 메세지 교환
- 프로세스 간 통신 제공
OSI 모델
국제표준화기구(ISO)에서 제정한 개방 시스템 상호연결 모델: ISO는 기구 이름이고 OSI는 모델명임
1970년 후반에 처음 소개 (Open System Interconnection): 개방 시스템(open은 기반 구조와 관계없이 서로 다른 시스템 간의 통신을 제공하는 프로토콜의 집합을 의미함
* TCP/IP : 1960년대 말 미국방성(DARPA)의 연구에서 시작되어 1980년대 초 프로토콜 모델이 공개
OSI 대 TCP/IP
OSI 모델의 실패
1. TCP/IP 프로토콜이 많은 시간과 돈을 들여 완전히 자리 잡은 후에 OSI 모델이 완성됨: 변경을 하려면 많은 투자가
필요함.
2. OSI 모델의 일부 계층이 완전히 정의되지 않음: 표현층과 세션층에 대한 실제 프로토콜은 완전히 정의되거나
기술되지 않았음.
3. OSI 모델로 전환을 위한 충분히 높은 수준의 완성도를 보여주지 못함.
모든 내용은 '데이터 통신과 네트워킹 6판' 책을 공부하여 작성 하였습니다.
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