[데이터통신과 네트워킹] Chapter 03. 네트워크 프로토콜과 계층모델

Chapter 03 네트워크 프로토콜과 계층모델
    3.1 프로토콜이란 무엇인가
    3.2 OSI 7계층 참조모델
    3.3 OSI 모델과 계층별 기능
    3.4 TCP / IP 네트워크 모델

Chapter 03 네트워크 프로토콜과 계층모델
 1. 프로토콜이란 무엇인가
  1.1 프로토콜이란
   - 네트워크상에 있는 디바이스 사이에서 정확한 데이터의 전송과 수신을 하기 위한 일련의 규칙들

  1.2 프레임

   - 데이터링크 계층에서 사용되는 데이터 단위
   - 목적지 주소 영역은 목적지의 주소
   - 전송 측 주소 영역은 데이터를 보내는 전송 측의 주소
   - 유료부하 영역은 전송을 원하는 사용자 데이터를 담고 있는 영역
    ∴ 이와 같은 규칙에 의거하여 데이터의 교환이 이루어지는 경우, 일련의 규칙들이 바로 데이터 전송을 위한 프레임 구성과 관련된 프로토콜이 된다.

  ▶ 개체

   - 실제적으로 데이터교환이 가능한 서버, 혹은 모뎀 등과 같은 디바이스를 일반화한 표현으로 '개체(entity)'라는 용어를 사용한다.

  ▶ 프로토콜의 정의

   - 데이터통신과 관련된 임의의 두 개체가 네트워크를 통해서 상호 간에 데이터의 교환을 위해서는 상호 합의된 규칙에 따라 무엇을, 어떻게, 언제 통신할 것인가를 정하고 이에 따라 데이터를 전송을 하게 되며, 이렇게 정의된 규칙들이 바로 프로토콜이 된다.

  ▶ 프로토콜을 구성하는 기본적인 요소

   - 구문(syntax): '무엇을'에 해당하는 요소(element)
    데이터의 형식(format), 부호화 및 신호의 크기 등을 포함, 무엇을 전송할 것인가에 관한 내용이 들어있다.
   - 의미(semantics): '어떻게'에 해당하는 요소
    · 데이터의 특정한 형태에 대한 해석을 어떻게 할 것인가
    · 그와 같은 해석에 따라 어떻게 동작을 취할 것인가
    · 전송의 조정 및 오류처리를 위한 제어정보 등을 포함한다.
   - 타이밍(timing): '언제'에 해당하는 요소
    · 언제 데이터를 전송할 것인가
    · 얼마나 빠른 속도로 전송할 것인가

 2. OSI 7계층 참조모델

  ▶ OSI 7계층모델의 기본적인 목적

   - 다양한 표준화와 관련된 기본 골격을 제공하는 것
   - OSI 모델이 제공됨으로써, 네트워크에 연결된 수많은 시스템의 응용 프로그램으로부터 나오는 다양한 프로세스들은 해당 시스템의 사양이나 환경에 구애받지 않고 네트워크상의 다른 시스템의 응용 프로그램과 정보처리 작업을 할 수 있게 되었다.

  ▶ OSI 참조모델은 특정 시스템에 대한 프로토콜의 의존도를 줄이고, 향후 기술 진보에 따른 프로토콜의 확장성등을 고려하여 보편적인 개념과 용어를 사용하여 컴퓨터 네트워크의 논리 구조를 규정하는 개념으로 표준화되었다.

  ▶ OSI 참조모델에서는 개방형 시스템 간의 연결을 논리적으로 모델화하기 위하여 4가지 기본요소를 정의하였다.

   - 개방형 시스템(open system): 컴퓨터, 단말기, 통신 제어장치, 단말기 제어장치 등과 같은 응용 프로세스 간에 데이터통신 기능 제공
   - 응용 개체(application entity): 네트워크상에서 동작하는 응용 프로그램과 시스템 운영 및 관리 프로그램, 단말기 동작과 관련된 프로그램 운영 기능 제공
   - 연결(connection): 응용 개체 사이를 서로 연결하는 논리적인 데이터통신 회선 기능
   - 전송미디어(transmission media): 데이터링크 채널 등과 같이 네트워크 시스템 간의 데이터 전송특성

  ▶ OSI 계층 구조

   - 데이터 단위
    · 동일한 개체 간에 데이터를 교환하거나, 혹은 서비스 엑세스점(SAP: Service Access Point)을 통해 인접 계층의 개체 간에 데이터를 교환하기 위한 단위
    · 서비스 데이터 단위(SDU: Service Data Unit)
    · 프로토콜 데이터 단위(PDU: Protocol Data Unit)

    · (N+1)계층의 (N+1)-SDU에 (N+1)계층의 제어정보(PCI: Protocol Control Information)가 결합되어 (N+1)-PDU를 만들고 이것이 자신보다 하위에 있는 N계층으로 인터페이스가 이루어지면 N-PDU가 된다.

   - 연결에 의한 데이터통신

    · 동일한 개체에 있는 N개체 상호 간에 데이터통신을 수행하는 방식을 결정하는 것이 N계층 프로토콜이며, 이것은 상호교환되는 정보의 교환 규칙과 그 형식으로 구성된다.

   - 연결제어

 3. OSI 모델과 계층별 기능
  ▶ 물리 계층
   - 물리 계층의 주된 기능: 비트 단위의 데이터 전송
   - 이는 자신보다 사위에 있는 데이터링크 계층의 데이터통신 기능을 원활하게 수행하도록 물리적인 연결 설정과 유지 및 해제 기능과 관계된다.
   - 컴퓨터의 데이터 표현 방식인 2진 비트 데이터를 전송매체에 맞는 전기신호 또는 빛의 신호로 바꾸어 전송

  ▶ 데이터링크 계층
   - 신뢰성 있는 데이터 전송 수단을 제공하는 계층
   - 데이터의 프레임화
    - 물리계층에서 올라온 2진 데이터를 일정한 길이로 분할하여 프레임 단위로 만듬
    - 프레임 = 헤더 + 데이터
   - 전송 측(source)과 수신(Destination) 측의 물리주소(2계층 주소)
   - 프레임의 순서제어: 순차적인 프레임 전송을 위하여 프레임 번호를 부여
   - 프레임의 전송 확인과 흐름제어
   - 오류검출 및 복원: 전송되는 프레임에는 오류 검출용의 비트 열이 첨부되어 있으며, 수신 측에서는 이를 조사함으로써 프레임의 전송상 오류여부 판단
   - 프레임에 전송 오류가 발견되면 수신 측에서는 전송 측으로 재전송 요청
   - 데이터링크 연결 설정과 해제: 프레임 전송에 앞서 수신 측이 데이터통신 가능상태에 있는지를 확인하여 데이터링크의 연결 설정

  ▶ 네트워크 계층
   - 네트워크 시스템 상호 간에 데이터를 전송할 수 있도록 경로배정(routing) 기능, 흐름제어, 오류제어 등의 기능을 수행하는 계층
   - 논리주소: 서로 떠러진 네트워크에서 호스트 구분
   - 물리주소: 같은 네트워크에서 호스트 구분
   - 비연결형 네트워크 서비스
    - 논리적 데이터통신 회선을 설정하지 않은 상태에서 프로토콜 데이터 단위(PDU)를 전송하는 방식
    - 데이터에 대한 제어 기능을 갖지 않음
    - 네트워크 계층에 다른 통신 네트워크를 상호 연결이 용이하고, 기능 간략화 가능
   - 연결형 네트워크 서비스

  ▶ 수송 계층
   - End - to - End통신
    - 수송 계층은 하부 네트워크와 독립적으로 신뢰성 있는 프로세스 상호 간의 완전한 메시지 전달기능을 제공
    - 프로세스(process): 호스트 컴퓨터에서 동작하고 있는 응용 프로그램(application program)
   - 흐름 제어와 오류제어, 메시지 전달등의 기능을 수행
   - 하위 계층을 구성하는 다양한 데이터통신 네트워크의 품질의 차이를 보장
   - 데이터통신에 적합한 종단 프로세스 내에서 데이터 전송을 보장하는 계층

  ▶ 세션 계층
   - 서로 다른 컴퓨터에서 동작되고 있는 두 개의 응용 계층 프로토콜 개체가 데이터를 전송하는 데 필요한 대화를 관리 하고 조정
   - 순서에 따라 데이터를 조합하고 동기화하는 수단과 응용 계층 프로토콜 개체 간에 대화 채널을 설정하고, 해제하는 수단을 제공
   - 데이터 스트림에 검사 위치를 삽입하는 수단을 제공
   - 장애 발생 시 마지막 검사 위치 이후의 데이터만 재전송되도록 함으로써 대화 중단 시점에서 다시 연결해주는 부가적인 서비스 제공

  ▶ 표현 계층
   - 두 사용자 응용 프로세스 간에 교환될 데이터의 형식과 관련되며, 사용자 데이터 전송을 위해 상호 동의하고 이해하는 형식으로 협상되도록 하는 수단을 제공

  ▶ 응용 계층
   - 통신을 바탕으로 구현된 응용프로그램

4. TCP / IP 모델
 4.1 물리 계층과 데이터링크 계층
  - 특정 프로토콜 없음
 4.2 네트워크 계층
  - IP 데이터그램은 IPv4인 경우 기본 20바이트 구성, 최대 60바이트 확장 가능
  - IPv4에서 IP주소는 32비트의 이진수 사용, IPv6에서는 128비트 영역 사용
  - 네트워크 계층에 해당하는 프로토콜: ARP, RARP, ICMP, IGMP
  - ARP와 RARP: IP 주소를 물리주소와 연계시키기 위한 프로토콜
  - ICMP: 전송 중인 IP데이터그램에 문제가 있음을 통지
  - IGMP: 그룹화된 사용자들에게 동시 전송이 용이하도록 함
 4.3 수송 계층
  - 수송 계층에 해당하는 프로토콜: TCP, UDP, SCTP
  - TCP는 프로세스대 프로세스(process - to - process)프로토콜
  - 종단 간의 흐름제어, 에러제어 등의 기능이 있어서 신뢰성 제공
  - 세그먼트(segment): 두 호스트 간의 TCP 프로토콜 사이에서의 전송 단위
 4.4 응용 계층
  - TCP/IP 네트워크 모델에서는 OSI 모델의 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층을 모두 결합하여 하나의 응용 계층이 됨
  - 응용 계층에 해당하는 프로토콜 이메일 프로토콜(SMTP), 파일전송 프로토콜(FTP), 도메인명 시스템(DNS), 웹 프토로콜(WWW)