Ch01. Introduction

데이터 통신

구성 요소

• 데이터 통신 시스템은 다음과 같은 다섯 가지 구성 요소를 가짐
• 메시지
• 전달되어야 할 정보(데이터)
• 송신자
• 수신자
• 전송 매체
• 메시지가 송신자로부터 수신자까지 이동하는 물리적 경로
• 프로토콜
• 데이터 통신을 지배하는 규칙 집합

메시지

• 오늘날의 정보는 텍스트, 숫자, 이미지, 오디오, 비디오와 같은 다양한 형태로 제공됨

• 텍스트는 유니코드를 사용하여 비트 패턴으로 표현됨

• 숫자는 이진수로 표현됨

• 이미지는 RGB 또는 YCM을 사용하여 비트 패턴으로 표현됨
• RGB: 빨강, 초록, 파랑 / YCM: 노랑, 시안, 마젠타

• 오디오는 소리나 음악의 녹음 또는 방송을 나타내며, 아날로그나 디지털 신호로 표현됨

• 비디오는 연속된 이미지 또는 이미지의 조합일 수 있음

데이터 흐름

• 두 장치 간의 통신은 단방향, 반양방향, 양방향일 수 있음
• 단방향 모드에서는 통신이 한 방향으로만 이루어짐. 두 연결된 장치 중 하나만 송신 또는 수신할 수 있음
• 반양방향 모드에서는 각 스테이션은 송신 또는 수신할 수 있지만 동시에는 불가능함
• 양방향 모드에서는 두 스테이션 모두 동시에 송신 및 수신할 수 있음

네트워크

• 네트워크는 통신이 가능한 일련의 장치들의 상호 연결을 의미함
• 이 정의에서 장치는 대형 컴퓨터, 데스크톱, 랩톱, 워크스테이션, 휴대폰 또는 보안 시스템과 같은 호스트일 수 있음
• 이 정의에서의 장치는 라우터, 스위치, 데이터의 형태를 변경하는 모뎀 등의 연결 장치일 수도 있음

네트워크 표준

• 네트워크는 특정 수의 기준을 충족할 수 있어야 함

• 성능, 신뢰성, 및 보안
• 성능은 전송 시간 및 응답 시간을 포함하여 여러 방법으로 측정될 수 있음.
• 전송 시간: 메시지가 한 장치에서 다른 장치로 이동하는 데 필요한 시간
• 응답 시간: 조회와 응답 사이의 경과 시간
• 전달의 정확성 외에도, 네트워크의 신뢰성은 실패의 빈도, 실패로부터 회복하는 데 걸리는 시간, 그리고 재앙 상황에서의 네트워크의 견고성에 따라 측정됨
• 네트워크 보안 문제에는 데이터를 무단 접근으로부터 보호하기, 데이터의 손상 및 개발로부터 보호하기, 그리고 위반 및 데이터 손실로부터의 복구를 위한 정책 및 절차를 실행하기가 포함됨

물리적 구조

연결 유형

• 네트워크는 링크를 통해 연결된 두 개 이상의 장치

• 링크는 하나의 장치에서 다른 장치로 데이터를 전송하는 통신 경로임

• 두 가지 가능한 연결 유형: 점대점 및 다중점

물리적 토폴로지

• 물리적 토폴로지 용어는 네트워크가 물리적으로 어떻게 배치되었는지를 나타냄

• 두 개 이상의 장치가 링크에 연결되며, 두 개 이상의 링크가 토폴로지를 형성함

• 네트워크의 토폴로지는 모든 링크와 연결 장치(일반적으로 노드라고 함)간의 관계의 기하학적 표현

• 가능한 기본 토폴로지는 네 가지: 메시, 스타, 버스, 링
• 메시 토폴로지
• 스타 토폴로지
• 버스 토폴로지
• 링 토폴로지

네트워크 유형

• 네트워크는 두 가지 유형으로 나눌 수 있음: LAN과 WAN

국소 영역 네트워크 (LAN)

• 국소 영역 네트워크(LAN)는 일반적으로 개인이 소유하며 한 사무실, 건물, 또는 캠퍼스 내의 몇몇 호스트를 연결

광역 네트워크 (WAN)

• 광역 네트워크(WAN)도 통신이 가능한 장치들의 연결

• LAN과 WAN의 차이점
• LAN은 크기가 일반적으로 제한되며 사무실, 건물, 또는 캠퍼스를 아우름
• WAN은 더 넓은 지리적 범위를 가지며 도시, 주, 국가, 또는 전 세계를 아우름
• LAN은 호스트를 연결함. WAN은 스위치, 라우터, 또는 모뎀과 같은 연결 장치를 연결함

• 점대점 WAN
• 점대점 WAN은 전송 매체(케이블 또는 공기)를 통해 두 통신 장치를 연결하는 네트워크

• 스위치된 WAN
• 스위치된 WAN은 두 개 이상의 끝을 가진 네트워크. 스위치된 WAN은 오늘날 전세계 통신의 백본에서 사용됨

• 인터네트워크
• 오늘날 LAN이나 WAN을 고립되게 볼 수는 없음
• 두 개 이상의 연결된 네트워크는 인터네트워크, 또는 인터넷을 형성함
• 두 개의 LAN과 하나의 WAN으로 구성된 인터네트워크

인터넷

• 인터넷(소문자 )은 서로 통신할 수 있는 두 개 이상의 네트워크

• 가장 주목받는 인터넷은 인터넷(대문자 )으로서 수백만 개의 연결된 네트워크로 구성되어 있음

인터넷 접속하기

• 오늘날의 인터넷은 모든 사용자가 그 일부가 될 수 있게 하는 인터네트워크

• 그러나 사용자는 ISP에 물리적으로 연결되어야 함

• 물리적 연결은 일반적으로 점대점 WAN을 통해 이루어짐

• 전화 네트워크 사용하기
• 오늘날 대부분의 주택 및 소규모 사업체는 전화 서비스를 갖고 있어 전화 네트워크에 연결되어 있음
• 대부분의 전화 네트워크가 이미 인터넷에 연결되어 있기 때문에 주택 또는 소규모 사업체가 인터넷에 연결하는 한 가지 방법은 주택 또는 사업체와 전화 교환소 사이의 음성 회선을 점대점 WAN으로 변경하는 것임
• 전화 네트워크를 사용하여 인터넷에 접속하는 두 가지 방법
• 다이얼업 서비스
• DSL 서비스

프로토콜 계층화

• 프로토콜이라는 용어를 정의함

• 데이터 통신 및 네트워킹에서 프로토콜은 송신자, 수신자 및 모든 중간 장치가 직접 통신하기 위해 따라야 할 규칙을 정의함

시나리오

• 프로토콜 레이어링을 더 잘 이해하기 위한 두 가지 시나리오

• 첫 번째 시나리오 (단일 레이어 프로토콜)
• 대규모 기관 또는 대기업 자체가 지역 ISP가 될 수 있고 인터넷에 연결될 수 있음

• 두 번째 시나리오 (세 레이어 프로토콜)
• Ann은 회사에서 상위 직급을 제공받지만 Maria로부터 매우 먼 도시에 위치한 다른 지점으로 이사해야 함

프로토콜 레이어링의 원칙

• 프로토콜 레이어링의 두 가지 원칙

• 첫 번째 원칙
• 각 레이어가 양방향에서 두 가지 반대 작업을 수행해야 한다고 지시함

• 두 번째 원칙
• 각 레이어 아래의 두 객체가 동일해야 한다고 지시함

논리적 연결

• 위의 두 원칙을 따른 후에는 각 레이어 사이의 논리적 연결에 대해 생각할 수 있음

TCP/IP 프로토콜 스위트

레이어 아키텍처

레이어의 간단한 설명

• TCP/IP 프로토콜 스위트의 레이어의 기능과 의무에 대해 간단히 논의

• 각 레이어의 의무를 더 잘 이해하기 위해, 우리는 레이어 간의 논리적 연결에 대해 생각해야 함
• 각 레이어는 이 책의 다음 다섯 파트에서 자세히 논의됨

• 아래 그림은 이전에 논의된 프로토콜 레이어링의 두 번째 원칙을 보여줌
• 우리는 각 장치와 관련된 각 레이어 아래의 동일한 객체를 보여줌

각 레이어의 설명

• 논리적 통신의 개념을 이해한 후, 각 레이어의 의무에 대해 간단히 논의할 준비가 되었음

• 물리적 레이어
• 물리적 레이어는 프레임 내의 개별 비트를 링크를 통해 전송하는 데 책임이 있음
• 물리적 레이어는 TCP/IP 프로토콜 스위트에서 가장 낮은 레벨임
• 물리적 레이어에서 두 장치 간의 통신은 여전히 논리적 통신임. 왜냐하면 물리적 레이어 아래에는 전송 매체라는 숨겨진 레이어가 있기 때문

• 데이터 링크 레이어
• 인터넷은 라우터에 의해 연결된 여러 링크로 구성됨
• 라우터가 다음 링크를 결정하면 데이터 링크 레이어는 데이터그램을 가져와서 링크를 통해 이동하는 데 책임이 있음

• 네트워크 레이어
• 네트워크 레이어는 소스 컴퓨터와 목적지 컴퓨터 간의 연결을 만드는 데 책임이 있음
• 네트워크 레이어에서의 통신은 호스트 대 호스트임
• 그러나 소스에서 목적지까지 여러 라우터가 있을 수 있으므로 경로의 라우터는 각 패킷에 대한 최적의 경로를 선택하는 데 책임이 있음

• 전송 계층
• 전송 계층에서의 논리적 연결도 종단 간(end-to-end)임
• 소스 호스트의 전송 계층은 응용 계층에서 메시지를 가져와 전송 계층 패킷에 캡슐화함
• 다시 말해, 전송 계층은 응용 계층에 서비스를 제공하는 것을 담당함: 소스 호스트에서 실행 중인 응용 프로그램으로부터 메시지를 가져와 대상 호스트의 해당 응용 프로그램으로 전달

• 응용 계층
• 두 응용 계층 간의 논리적 연결은 종단 간(end-to-end)
• 두 응용 계층은 두 계층 사이에 다리가 있는 것처럼 서로에게 메시지를 교환함
• 그러나 통신은 모든 계층을 통해 이루어진다는 것을 알아야 함
• 응용 계층에서의 통신은 두 프로세스(이 계층에서 실행되는 두 프로그램) 사이에서 이루어짐
• 통신하려면 프로세스는 다른 프로세스에게 요청을 보내고 응답을 받음
• 프로세스 간 통신은 응용 계층의 역할임

OSI 모델

OSI 모델

• OSI 모델
• 모두가 TCP/IP 프로토콜 스위트에 대해 얘기하지만, 이것이 유일한 것은 아님
• 1947년에 설립된 국제 표준화 기구(ISO)는 국제 표준에 대한 국제적 합의를 위해 헌신하는 다국적 기구임
• 세계의 거의 3/4 국가들이 ISO에 참여하고 있음
• 네트워크 통신의 모든 측면을 다루는 ISO 표준은 1970년대 후반에 나온 개방형 시스템 상호 연결(OSI) 모델임

OSI vs. TCP/IP

• 두 개의 레이어(세션 및 프레젠테이션)가 TCP/IP 프로토콜 스위트에서 누락되었음
• 이 두 레이어는 OSI 모델의 출판 후에 TCP/IP 프로토콜 스위트에 추가되지 않았음
• 스위트의 애플리케이션 레이어는 일반적으로 OSI 모델의 세 레이어의 조합으로 간주됨

OSI 모델의 성공 부족

• OSI 모델은 TCP/IP 프로토콜 스위트 이후에 나타났음

• 대부분의 전문가들은 처음에 흥분했고, TCP/IP 프로토콜이 OSI 모델에 의해 완전히 대체될 것이라고 생각했음

• 여러 가지 이유로 이러한 일은 발생하지 않았지만, 전문가들이 모두 동의하는 세 가지만 설명해보면
• 1. OSI가 완료되었을 때, TCP/IP는 이미 완전히 위치하고 있었고, 스위트에 많은 시간과 돈이 소비되었음
• 2. OSI 모델의 프레젠테이션 및 세션 레이어는 결코 완전히 정의되지 않았음
• 3. 구현된 OSI는 충분히 높은 수준의 성능을 보이지 않았음

물리 계층

• 물리 계층은 개별 비트를 한 통신 노드에서 다음 통신 노드로 이동시키는 책임이 있음

• 이 계층은 네트워크의 전자 회로 전송 기술로 구성됨

데이터 링크 계층

• 데이터 링크 계층은 프레임을 한 노드에서 다음 노드로 이동시키는 책임이 있음

• 데이터 링크 계층의 데이터 단위는 프레임임

• 프레이밍, 노드 간 전달, 오류 제어

• 데이터 링크 계층 : 홉 간 전달

• 데이터 링크 계층은 WAN에서 인접한 노드 사이 또는 동일한 LAN 세그먼트의 노드 사이에 프레임(데이터)을 전송함

• 데이터 : 프레임

• 주소 지정

데이터 링크 계층 - 이더넷

• 데이터 : 프레임

• 주소 지정

네트워크 계층

• 네트워크 계층
• 네트워크 계층은 소스 호스트에서 목적지 호스트까지 개별 패킷의 전달에 책임이 있음

• 네트워크 계층: 출발지에서 목적지까지의 전달
• 두 가지 기본 기능 : 호스트 주소 지정 및 패킷 라우팅

• 데이터 : 데이터그램 또는 패킷
• IP에서 사용되는 패킷을 데이터그램이라고 함
• 데이터그램은 두 부분, 헤더와 페이로드(데이터)로 구성된 가변 길이 패킷 (여기서 주어진 헤더 정보는 IPv4 프로토콜의 일부 헤더 필드에 대한 설명임)

• 데이터 포맷
• VER: 4비트 버전 번호 필드는 IPv4 프로토콜의 버전을 정의하며 값은 4임
• HLEN: 4비트 헤더 길이 필드는 데이터그램 헤더의 총 길이를 4바이트 단어로 정의함
• 서비스 유형
• 이 필드는 서비스 유형으로 알려져 있었음
• 1990년대 후반, IETF는 이 필드를 재정의하여 DiffServ를 제공하는데, 이는 그들의 우선 순위에 따라 응용 프로그램을 다른 클래스로 나눔
• 헤더 길이에 4바이트 단어를 사용하는 것도 논리적임. 왜냐하면 IP 헤더는 항상 4바이트 경계에 맞춰져야 함
• 총 길이: 이 16비트 필드는 IP 데이터그램의 총 길이(헤더 + 데이터)를 바이트로 정의함
• 식별, 플래그, 단편화 오프셋: 이 세 가지 필드는 데이터그램의 크기가 기본 네트워크가 수용할 수 있는 것보다 클 때 IP 데이터그램의 단편화와 관련이 있음
• 생존 시간
• 데이터그램은 인터넷에서 순환하며 일부 네트워크를 반복적으로 방문하지만 목적지에 도달하지 않을 수 있음
• TTL 필드는 데이터그램이 방문하는 홉(라우터)의 최대 수를 제어하는 데 사용됨
• 이 값은 어떤 두 호스트 사이의 최대 루트 수의 약 2배임
• 데이터그램을 처리하는 각 라우터는 이 숫자를 하나씩 감소시킴
• 이 값이 감소한 후에 0이면, 라우터는 데이터그램을 폐기함

전송 계층

• 전송 계층은 응용 프로그램에 대한 프로세스 특정 전송 채널을 제공함
• 전송 계층은 메시지를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 전달하는 책임이 있음
• 오류 및 흐름 및 혼잡 제어, 프로세스 간 전달

• 레이어와 프로토콜

• 네트워크 계층 위의 전송 계층

• UDP 형식

• TCP 형식

• 주소 지정: 포트 번호

응용 계층

• 응용 계층은 사용자에게 서비스를 제공하는 책임이 있음

• HTTP, FTP, SMTP, DHCP 등의 프로토콜을 포함함

캡슐화 및 디캡슐화

• 프로토콜 계층화의 중요한 개념
• 소스 호스트에서의 캡슐화
• 라우터에서의 역캡슐화 및 캡슐화
• 목적지 호스트에서의 역캡슐화

주소 지정

• 레이어 쌍 간에 논리적 통신이 존재함

• 어떠한 통신이든 두 주소가 필요함: 출발지 주소 및 목적지 주소

• TCP/IP는 다섯 개의 계층을 가지고 있지만, 네 쌍의 주소만 필요함
• 물리 계층은 주소가 필요하지 않음; 물리 계층에서의 데이터 단위는 비트이며, 이것은 분명히 주소를 가질 수 없음

• TCP/IP 프로토콜 스위트에서의 주소 지정

• 링크 계층 주소
• 로컬로 정의된 주소들
• 이들은 LAN 또는 WAN에서 특정 호스트나 라우터를 정의함

• 네트워크 계층 주소: 논리 주소
• 주소들은 전체 인터넷을 범위로 하는 글로벌 주소임
• 32비트 IP 주소들은 네트워크 계층 주소임

• 전송 계층 주소 : 포트 번호
• 포트 번호는 동시에 실행되는 여러 프로그램들을 구분하기 위한 로컬 주소임

• 응용 계층 주소 : 이름(특정 주소)
• 이메일 주소, 균일 자원 위치 지정자
• kjs@knu.ac.kr
• http://www.knu.ac.kr