chapter 11. 응용 SW 기초 기술 활용 (2)

OSI(Open System Interconnection) 7 계층 [2020년 1회, 2021년 3회]

• 국제 표준화 기구인 ISO(International Standardization Organization)에서 개발한 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 개방형 시스템 상호 연결 모델이다.
• 각 계층은 서로 독립적으로 구성되어 있고, 각 계층은 하위 계층의 기능을 이용하여 상위 계층에 기능을 제공한다.
• 1 계층인 물리 계층부터 7 계층인 애플리케이션 계층으로 정의되어 있다.
• 계층을 지날 때마다 헤더가 붙는데, 이것은 해당 계층의 기능과 관련된 제어 정보가 포함되어 있다.
• 제어 정보들은 모두 운영체제가 제공하는 프로토콜에 의해 송신 측에서는 계층을 지날 때마다 덧붙여서 추가되고, 수신 측에서는 계층을 지날 때마다 제거된다.

계층 이름	설명	프로토콜	전송단위	장비
응용 계층	사용자와 네트워크 간 응용서비스 연결, 데이터 생성	- HTTP - FTP	데이터 (Data)	호스트 (PC 등)
표현 계층	데이터 형식 설정, 부호교환, 암.복호화	- JPEG - MPEG
세션 계층	- 송수신 간의 논리적인 연결 - 연결 접속, 동기제어	- RPC - NetBIOS
전송 계층	- 송수신 프로세스 간의 연결 - 신뢰성 있는 통신 보장 - 데이터 분할, 재조립, 흐름 제어, 오류 제어, 혼잡 제어	- TCP - UDP	세그먼트 (Segment)	L4 스위치
네트워크 계층	단말기 간 데이터 전송을 위한 최적화된 경로 제공	- IP - ICMP	패킷 (Packet)	라우터
데이터링크 계층	- 인접 시스템 간 데이터 전송, 전송 오류 제어 - 동기화, 오류 제어, 흐름 제어, 회선 제어	- HDLC - PPP	프레임 (Frame)	브리지, 스위치
물리 계층	- 0과 1의 비트 정보를 회선에 보내기 위한 전기적 신호 변환	- RS-232C	비트 (Bit)	허브, 리피터

 

프로토콜

프로토콜(Protocol) 개념 [2020년 3회]

• 프로토콜은 서로 다른 시스템이나 기기들 간의 데이터 교환을 원활히 하기 위한 표준화된 통신규약이다.
• 심리학자 톰 마릴은 컴퓨터가 메시지를 전달하고, 메시지가 제대로 도착했는지 확인하며, 도착하지 않았을 경우 메시지를 재전송하는 일련의 방법을 '기술적 은어'를 뜻하는 프로토콜이라고 정의했다.
• 통신을 위해 프로토콜이 가져야 하는 일반적인 기능에는 데이터 처리 기능, 제어 기능, 관리적 기능이 있다.

프로토콜의 기본 3요소 [2020년 1회]

프로토콜의 3요소에는 구문, 의미, 타이밍이 있다.

기본 3요소	설명
구문(Syntax)	시스템 간의 정보 전송을 위한 데이터 형식, 코딩, 신호 레벨 등의 규정
의미(Semantic)	시스템 간의 정보 전송을 위한 제어 정보로 조정과 에러 처리를 위한 규정
타이밍(Timing)	시스템 간의 정보 전송을 위한 속도 조절과 순서 관리 규정

 

네트워크 계층(3계층)

네트워크 계층 프로토콜 [2020년 3회, 2021년 1회]

IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP, 라우팅 프로토콜이 있다.

프로토콜	설명
IP (Internet Protocol)	송수신 간의 패킷 단위로 데이터를 교환하는 네트워크에서 정보를 주고받는 데 사용하는 통신 프로토콜
ARP (Address Resolution Protocal)	IP 네트워크상에서 IP주소를 MAC주소(물리 주소)로 변환하는 프로토콜
RARP (Reverse Address Resolution Protocol)	- IP 호스트가 자신의 물리 네트워크 주소(MAC)는 알지만 IP주소는 모르는 경우, 서버로부터 IP 주소를 요청하기 위해 사용하는 프로토콜 - 물리 네트워크(MAC) 주소에 해당하는 IP주소를 알려주는 역순 주소 결정 프로토콜
ICMP (Internet Control Message Protocol)	- IP 패킷을 처리할 때 발생되는 문제를 알려주는 프로토콜로 메시지 형식은 8바이트의 헤더와 가변 길이의 데이터 영역으로 분리 - 수신지 도달 불가 메시지는 수신지 또는 서비스에 도달할 수 없는 호스트를 통지하는 데 사용 - ICMP 프로토콜을 사용해서 ping 유틸리티의 구현을 통해 오류가 발생했음을 알리는 기능을 수행
IGMP (Internet Group Management Protocol)	- 인터넷 그룹 관리 프로토콜은 호스트 컴퓨터와 인접 라우터가 멀티캐스트 그룹 멤버십을 구성하는 데 사용하는 통신 프로토콜 - 화상회의, IPTV에서 활용되는 프로토콜 - IGMP 기능에는 그룹 가입, 멤버십 감시, 멤버십 응답, 멤버쉽 탈퇴가 있음
라우팅 프로토콜 (Routing Protocol)	데이터 전송을 위해 목적지까지 갈 수 있는 여러 경로 중 최적의 경로를 설정해주는 라우터 간의 상호 통신 프로토콜

 

 IPv4 [2021년 1회]

① IPv4(Internet Protocol version 4) 개념

IPv4는 인터넷에서 사용되는 패킷 교환 네트워크상에서 데이터를 교환하기 위한 32비트 주소체계를 갖는 네트워크 계층의 프로토콜이다.

 

② Ipv4 헤더(Header)

• IP 패킷의 앞부분에서 주소 등 각종 제어정보를 담고 있는 부분이다.
• IPv4 헤더 사이즈는 옵션 미지정시에는 최소 20바이트 이상이다. (IPv6의 경우에는 최소 40바이트 이상이다.)

③ IPv4 주소체계

• IPv4의 주소체계는 10진수로 총 12자리이며, 네 부분으로 나뉜다.
• 각 부분은 0~255까지 3자리의 수로 표현된다.
• IPv4 주소는 32비트로 구성되어 있으며, 인터넷 사용자의 증가로 인해 주소 공간의 고갈로 128비트 주소체계를 갖는 IPv6가 등장, 점차 확산되고 있다.
• 32비트 IP 주소는 Network를 나타내는 부분과 Host를 나타내는 부분으로 구성되어 있고, Network 부분과 Host 부분을 구분하는 것은 서브넷 마스크(Subnet Mask)이다.

IPv6 [2021년 1회]

① IPv6(Internet Protocol version 6) 개념

• IPv6는 인터넷 프로토콜 스택 중 네트워크 계층의 프로토콜로서 버전 6 인터넷 프로토콜로 제정된 차세대 인터넷 프로토콜을 말한다.
• 현재 IPv4가 가지고 있는 주소 고갈, 보안성, 이동성 지원 등의 문제점을 해결하기 위해서 개발된 128Bit 주소체계를 갖는 차세대 인터넷 프로토콜이다.

② IPv6의 특징

IPv6의 특징으로는 IP 주소의 확장, 이동성, 인증 및 보안 기능, 개선된 QoS 지원, Plug&Play 지원, Ad-hoc 네트워크 지원, 단순 헤더 적용, 실시간 패킷 추적 가능이 있다.

특징	설명
IP 주소의 확장	- IPv4의 기존 32비트 주소 공간에서 벗어나, IPv6는 128비트 주소 공간을 제공
이동성	- IPv6 호스트는 네트워크의 물리적 위치에 제한받지 않고 같은 주소를 유지하면서도 자유롭게 이동가능
인증 및 보안 기능	- 패킷 출처 인증과 데이터 무결성 및 비밀 보장 기능을 IP 프로토콜 체계에 반영 - IPSec 기능적용 및 IPv4보다 보안성 강화
개선된 QoS 지원	- 흐름 레이블 개념을 도입, 특정 트래픽은 별도의 특별한 처리를 통해 높은 품질의 서비스를 제공
Plug&Play 지원	- IPv6 호스트는 IPv6 네트워크에 접속하는 순간 자동적으로 네트워크 주소를 부여받음 - 멀티미디어의 실시간처리가 가능
Ad-hoc 네트워크 지원	- Ad-hoc 네트워크를 위한 자동 네트워킹 및 인터넷 연결 지원 - 자동으로 네트워크 환경 구성이 가능
단순 헤더 적용	- IP 패킷의 처리를 신속하게 할 수 있도록 고정 크기의 단순 헤더를 사용하는 동시에, 확장 헤더를 통해 기능에 대한 확장 및 옵션 기능의 사용이 용이한 구조
실시간 패킷 추적 가능	- 흐름 레이블을 사용하여 패킷의 흐름을 실시간 제공

 

③ IPv6 헤더(Header)

• 기존 IPv4 헤더에 비해 IPv6 헤더가 IPv6 출발지 주소, 목적지 주고의 주소 길이로 인하여 커졌고 IPv4의 불필요한 빌드를 제거함으로써 헤더가 단순해졌다.

④ IPv6 주소체계

• IPv4는 32비트의 주소 공간을 제공함에 반해, IPv6는 128비트의 주소 공간을 제공한다.
• IPv6 주소의 경우 일반적으로 16비트 단위로 나누어지며 각 16비트 블록은 다시 4자리 16진수로 변환되고 콜론으로 구분된다.
• 64비트를 기준으로 앞 64비트를 네트워크 주소로, 뒤 64비트를 네트워크에 연결된 랜카드 장비 등에 할당하는 인터페이스 주소로 활용된다.
• IPv6의 128비트 주소 공간은 128비트로 표현할 수 있는 2^128개인 약 3.4x10^38개의 주소를 갖고 있어 거의 무한대로 쓸 수 있다.
• IPv6의 128비트 주소 공간은 다음과 같이 16비트를 16진수로 표현하여 8자리로 나타낸다.
• 대부분의 자리가 0의 숫자를 갖게 되므로, 0000을 하나의 0으로 축약하거나, 혹은 아예 연속되는 0의 그룹을 없애고 ':'만을 남길 수 있다.
• 맨 앞자리의 0도 축약할 수 있다.
• 0을 축약하고 ':'로 없애는 규칙은 두 번 이상으로 적용할 수 없다.

라우팅 프로토콜(3 계층)

OSPF(Open Shortest Path First) [2020년 3회]

㉮ OSPF 개념

• OSPF는 규모가 크고 복잡한 TCP/IP 네트워크에서 RIP의 단점을 개선하기 위해 자신을 기준으로 링크 상태 (Link-State) 알고리즘을 적용하여 최단 경로를 찾는 라우팅 프로토콜이다.

㉯ OSPF 특징

• OSPF 특징은 다익스트라 알고리즘 사용, 라우팅 메트릭 지정 등이 있다.

특징	설명
다익스트라 알고리즘 사용	- 최단 경로 탐색에 다익스트라 알고리즘 사용하는 내부 라우팅 프로토콜 - 링크 상태 라우팅 기반 메트릭 정보를 한 지역 내 모든 라우터에 변경이 발생했을 때만 보내고 라우팅 테이블을 구성/계산 - 네트워크 변화에 신속하게 대처
라우팅 메트릭 지정	최소 지연, 최대 처리량 등 관리자가 라우팅 메트릭 자정
AS 분할 사용	자치 시스템을 지역으로 나누어 라우팅을 효과적으로 관리
홉 카운트 무제한	홉 카운트에 제한이 없음
멀티캐스팅 지원	멀티캐스트를 사용하여 정보를 전달

 

패킷 교환 방식과 서킷 교환 방식의 차이

패킷 교환 방식의 종류 [2021년 2회]

패킷 교환 방식에는 데이터그램 방식과 가상 회선 방식이 있다.

구분	데이터그램(Datagram) 방식	가상 회선(Virtual Circuit) 방식
개념	연결 경로를 확립하지 않고 각각의 패킷을 순서에 무관하게 독립적으로 전송하는 방식	패킷이 전송되기 전에 송/수신 스테이션 간의 논리적인 통신 경로를 미리 설정하는 방식
동작 원리 및 특징	- 각각의 패킷을 독립적으로 취급하는 방식으로 앞에 보낸 메시지나 앞으로 보낼 메시지의 어떠한 결과와도 관계가 없는 단일 채킷 단위로 전송하고 수신한느 방식 - 헤더를 붙여서 개별적으로 전달하는 비연결형 교환 방식	- 많은 이용자들이 상호 통신을 할 때 하나의 통신설비를 공유하여 여러 개의 논리적인 채널을 확정한 후 통신을 할 수 있는 방식 - 목적지 호스트와 미리 연결 후 통신하는 연결형 교환 방식

 

애드 훅 네트워크(Ad-hoc Network) [2021년 2회]

애드 혹 네트워크의 개념

애드 혹 네트워크는 노드들에 의해 자율적으로 구성되는 기반 구조가 없는 네트워크이다.

애드 혹 네트워크의 특징

• 네트워크의 구성 및 유지를 위해 기지국이나 액세스 포인트와 같은 기반 네트워크 장치를 필요로 하지 않는 네트워크이다.
• 애드 혹 노드들은 무선 인터페이스를 사용하여 서로 통신하고, 멀티 홉 라우팅 기능에 의해 무선 인터페이스가 가지는 통신 거리상의 제약을 극복하여, 노드들의 이동이 자유롭기 때문에 네트워크 토폴로지가 동적으로 변화되는 특징이 있다.
• 애드 혹 네트워크는 완전 독립형이 될 수도 있고, 인터넷 게이트웨이를 거쳐 인터넷과 같은 기반 네트워크와 연동될 수 있다.
• 애드 혹 네트워크 활용 분야는 긴급 구조, 긴급회의, 전쟁터에서의 군사 네트워크가 있다.

 

[참고 : 수제비 2022]