컴퓨터 네트워크 소개

패스트캠퍼스 한 번에 끝내는 컴퓨터 공학 전공필수 & 인공지능 심화 초격차 패키지 Online의 강의 중 네트워크 부분을 듣고 정리한 것입니다.

컴퓨터 네트워크와 인터넷

제대로된 내용을 들어가기 전에 관련 용어를 미리 학습하는 시간입니다.

 

네트워크

 

종단 시스템: PC 혹은 스마트폰처럼 네트워크 송수신 주체이고 프로토콜은 두 이종 시스템을 연결하는 규약입니다. 그래서, 통신을 목적으로 실제 물리적인 선으로 연결되어 있거나 무선으로 연결이 되어 있다.

 

인터넷

 

회사 혹은 소규모의 네트워크에서 전세계 네트워크와 연결이 된 상태로 다양한 애플리케이션 서비스가 제공되고 있으며 보통 종단시스템은 ISP(Internet Service ProvideR)에 의해 연결이 되어 있다.

 

OSI 7계층 layer

 

네트워크 구성요소를 7개의 계층으로 역할을 나눈 표준 모델로 각 계층별 역할을 통해서 통신 규격(프로토콜)을 만족하고 일부 하위계층은 하드웨어에서 구현이 되고 상위 계층은 소프트웨어로 구현된다.

 

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

 

OSI 7계층이 나오기 전 널리 사용되었던 것으로 사실 상 표준 역할을 지니고, 각 계층별 역할에 따라서 역할이 나눠진다.

 

IP 주소(Address)

 

통신 자료를 최종적으로 전달하기 위해서 필요한 송/수신 위치 정보로 보통 IPv4의 주소를 사용하고 주소 부족을 위해서 IPv6가 개발되었다.

 

패킷 교환(Packet Switching)

 

종단간에 전송되는 데이터를 패킷이라는 단위로 전달하고, 패킷은 네트워크를 통해서 일정한 순서없이 보내지면서 어떤 경로를 통해 이동되는지는 네트워크의 상황에 따라서 다르다.

 

요청(Request)

 

전송하는 종단 장치에서 상대방에 서비스를 요청한다

 

인지(Indicate)

 

수신하는 장치에서 작업 요청(이벤트)을 확인한다

 

응답(Response)

 

수신하는 장치에서 요청받은 작업에 대해 적절히 응답한다

 

확인(Confirm)

 

전송 측에서 응답 데이터를 최종적으로 확인한다

 

LAN(Local Area Network)

 

일정 그룹의 지역 네트워크이므로 소규모 형태의 사설망등을 구축해서 연결을 한다.

 

WAN(Wide Area Network)

 

원거리 통신망으로 넓은 범위인 대륙 혹은 국가끼리 연결을 한다.

 

크기 유형

 

LAN < WAN < Internet

 

 

네트워크의 계층별 역할

 

OSI 7 Layer과 TCP/IP 간의 관계

Application	Application	Email, Web 브라우저, FTP,ping, Appl
Presentation	Application	문법, 구문, 체계 확립
Session	Application	프로그램간의 논리적 접속
Transport	Transport(TCP/IP)	양쪽 끝간의 신뢰성 보장
Network	Network(Pv4 / Pv6)	해당 주소 체계에 따라서 경로 설정
Datalink	Physcial	두 node간의 통신 관여 및 흐름 제어
Physical	Physical	일련의 2진 bit

 

종단간의 연결

 

 

물리계층(Physical layer)

개요

물리적 매체를 통한 bit stream 전송에 요구되는 기능을 담당하고 물리적인 장치와 인터페이스가 전송을 위한 필요한 기능과 처리절차를 규정한다.

물리계층의 주요 기능

• 인터페이스와 매체의 물리적인 특성: 장치와 전송매체 간의 인터페이스 특성을 규정
• 비트의 표현: 비트를 전송하기 위해서 전기적 혹은 광학적인 신호로 부호화
• 데이터 속도: 신호가 유지되는 비트의 주기를 규정
• 비트의 동기화: 송신자와 수신자는 같은 클록을 사용

 

물리계층을 위한 프로토콜 

MAC(Medium Access Control) 필요

자유경쟁(선착순)

• Aloha
• Slotted Aloha: 간격 할당
• CSMA(Carrier Sense Multiple Access)
• CSMA/CD(CSMA/Collison Detection)

Token

 

CSMA/CD(IEEE 802.3)

• 한 slot의 크기 잼 신호
  • = 51.2 us = 64 byte 전송 소요 시간
• 16번까지 재시도

 

데이터 링크 계층(data link layer)

개요

노드 대 노드 전달(node-to-node delivery)의 책임

기능

 

• 프레임 구성: 네트워크 계층으로부터 받은 비트 스트림을 프레임 단위로 나눈다
• 물리주소 MAC 지정: 송신자와 수신자의 물리 주소를 헤더에 추가
• 흐름제어: 수신자의 수신 데이터 전송률을 고랴하여 데이터 전송하도록 제어
• 오류제어: 손상 혹은 손실된 프레임을 발견/재전송, 트레일러를 통해서 이뤄진다.
• 접근제어: 주어진 어느 한 순간에 하나의 장치만 동작하도록 제어한다.

ARP

주소를 해석하기 위한 프로토콜로 논리적인 IP 주소를 물리적인 MAC 주소로 바꾸기 캐시를 통해서 얻은 정보가 저장되고 보통 20분의수명을 가진다.

RARP

역 주소 프로토콜로 저장 장치가 없는 네트워크 단말기등이 IP 주소를 얻기 위해서 사용한다.

 

데이터 링크 -노드 대 노드의 전달 책임

 

물리주소의 데이터 전달 과정

• 물리주소 10인 노드는 물리주소 87인 노드에 프레임을 보낸다
  • EX) 07:01:02:01:2C:4B
• 데이터 링크 수준에서 이 프레임은 헤더에 물리 주소들을 가지고 있기에 오직 이 주소들만 필요하다.
• 헤더의 끝에는 이 수준에서 필요한 다른 정보가 있고, 트레일러에는 보통 오류 검출을 이한 추가 비트들이 포함되어 있다.

 

네트워크 계층(network layer)

 

개요

패킷을 발신지-대-목적지 전달에 대한 책임을 갖고 있다.

기능

• 발신지-대-목저지 전달(packet)
• 논리 주소 지정(Logical addressing)
  • 상위 계층에서 받은 패킷에 발신지와 목적지의 논리주소를 헤더에 추가한다.
• 라우팅(Routing)
  • 패킷이 최정 목적지에 전달될 수 있도록 경로를 지정하거나 교환하는 기능을 갖는다.
   

 

ICMP(Internet Control Message Protocol)

에러 발생 시 에러 발생 원인을 알려주거나 네트워크 상태를 진단해주는 기능이다.

IGMP(Internet Group Management Protocol)

호스트(컴퓨터)가 멀티캐스트 그룹 구성원을 인접한 라우터에게 알리는 프로토콜

IP (Internet Protocol)

• 네트워크 기기에서 논리적 식별을 위한 주소
  • IPv4: 약 40억개의 주소(ex:123.321.234.232)
  • IPv6: 2의 128제곱의 개수를 가진 주소(ex:21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A

발신지 대 목적지 전달

 

네트워크 계층의 전달 흐름

 

네트워크 주소 A이고 물리주소가 10인 노드로부터 다른 근거리 통신망에 위차한 네트워크 주소가 P이고 물리 주소가 95인 노드로 데이터를 보낸다.

 

두 장치는 다른 네트워크에 위치해 있기 때문에 링크 주소만 사용할 수 없다.

 

링크 주소는 자기 지역에서만 의미가 있고 필요로 하는 것은 근거리 통신망의 경계를 지나서도 전송할 수 있는 전역적인 주소이다.

 

네트워크(논리) 주소인 IP 주소가 이 역할을 하고 있다

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

전송 계층

개요

 

전체 메시지의 프로세스 대 프로세스 전달에 대한 책임을 갖고 전체 메시지가 완전하게 바른 순서로 도착하는 것을 보장합니다.

 

네트워크 층은 개별적인 패킷의 종단 대 종단 전송을 담당

 

기능

• 포트 주소 지정(port addressing)
  • 포트 주소를 포함하고 네트워크 계층은 각 패킷을 정확한 컴퓨터에, 전송 계층은 해당 컴퓨터의 정확한 프로세스에게 전달한다.
• 분할과 재조리
  • 전달 가능한 세그먼트 단위로 나누고 각 세그먼트는 순서번호를 가지며 이를 통해 재조립 또는 패킷의 손실여부를 판단한다.
• 연결 제어
  • 비 연결 및 연결 지향
• 흐름 및 오류 제어 

TCP(Transmission Control Protocol)

연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공하고, 신뢰성을 보장하므로 3-way handshaking 과정을 통해서 연결이 되고 전이중,점대점 방식입니다.

 

UDP(User Datagram Protocol)

비연결형 서비스로 데이터그램 방식을 제공하기에 신뢰성은 낮지만 TCP보다 속도가 빠릅니다.

SCTP(Stream Control Transmission Protocol)

SCTP는 UDP와 TCP의 특성을 결합하고 다중 연결을 지원한다.

메시지의 프로세스 대 프로세스 전달

예시

 

응용 계층(application layer)

 

 

사용자가 네트워크에 접근할 수 있도록 사용자 인터페이스를 제공한다.

 

주요 서비스로는 원격 로그인, 파일 엑세스, 전송, 관리, 메일 서비스 등등

 

 

 

Application계층의 프로토콜 및 프로그램 

• FTP(File Transfer Protocol)
• Telnet
• SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)
• DNS(Domain Name System)
• HTTP,DHCP
• Ping, Tcpdump, Tracerouter...

각 계층과 프로토콜의 비교

 

Application함께 조합되는 프로토콜