[네트워크] 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크 정리 - 2장

2장. 네트워크 모델

네트워크에 연결된 시스템이 통신하려면 정해진 규칙에 따라 데이터를 주고받아야 한다. 이러한 일련의 규칙을 프로토콜이라 한다. 프로토콜의 설계 과정은 모듈화를 통하여 이루어진다.

 

1.  계층 구조의 개념

 

(1) 계층적 모듈 구조 

1. 모듈화 : 복잡한 시스템을 기능별로 모듈화하면 시스템 구조가 단순해져서 전체 시스템을 이해하기 쉬움.

 

b모듈만 교체해줘도 전체 시스템 동작에 영향을 주지 않음.

전체 시스템을 기능에 따라 세 부분으로 나눠서 설계할 때, 모듈화 하지 않았다면 한 부분만 고장 나도 전체 시스템을 교체해야 한다. 하지만 모듈화를 하게되면 오류가 있는 모듈만 교체해줘도 전체 시스템에 영향을 주지 않는다.

 

 

2. 계층 구조 : 네트워크에서는 독립적인 고유 기능을 수행하는 모듈들이 상하위의 계층 구조로 연결되어 동작한다.

 

 

모듈화 된 계층 구조 프로토롤의 대표적 장점

• 복잡하고 큰 시스템을 기능별로 작게 분류해서 간단하고 작은 시스템으로 재구성할 수 있다 -> 시스템 설계, 구현 편리
• 인접한 모듈 사이의 인터페이스를 포함하여 분할된 모듈이 연동할 수 있는 표준 인터페이스를 제공 -> 시스템 구조를 단순화
• 프로토콜은 좌우 대칭 구조이기 때문에 동일 계층 사이의 프로토콜을 단순화할 수 있음
• 기능 오류를 수정하거나 향상시킬 경우 해당 계층의 모듈만 교체해주면 됨

 

(2) 프로토콜 설계 시 고려 사항

1. 주소 표현 : 시스템을 구분하여 지칭하기 위해 부여한 이름을 주소 체계라 한다. 

2. 오류 제어 : 데이터 송수신 과정에서 오류가 발생할 수 있다. 전송 오류 문제를 해결하는 오류 제어 기능은 가장 기본적인 기능에 속한다.

 

일반적으로 데이터를 재전송하는 방법으로 전송 오류를 해결한다.

 

• 정상 : 데이터가 오류 없이 정상적으로 도착
• 분실 오류 : 데이터가 수신 호스트에 도착하지 못함
• 변형 오류 : 데이터의 내용이 변경되어 도착

 

3. 흐름 제어 : 수신 호스트의 버퍼 처리 속도보다 송신 호스트가 데이터를 전송하는 속도가 빠르면 논리적인 데이터 분실 오류가 발생할 수 있는데, 송신 호스트의 전송 속도를 조절하는 흐름 제어 기능이 필요하다.

 

4. 데이터 전달 방식 

• 단방향 방식 : 일대일 통신 환경에서 테이터를 한쪽 방향으로만 전송
• 전이중 방식 : 양쪽에서 데이터를 동시에 전송 -> 일반적인 프로토콜 방식
• 반이중 방식 : 특정 시점에서는 한쪽 방향으로만 전송

 

 

(3) 서비스 프리미티브

하위 계층이 상위 계층에 제공하는 서비스는 프리미티브 형태로 구현된다. 제공하는 서비스의 종류에는 연결형과 비연결형이 있다.

• 연결형 서비스 : 연결형 서비스의 절차는 크게 3단계이다. 먼저 경로를 설정하는 연결 설정 단계(CONNECT), 데이터를 전송하는 데이터 전송 단계(DATA), 전송 단계를 끝내는 연결 해제 단계(DISCONNECT)로 이루어진다.
• 비연결형 서비스 : 연결을 설정하고 해제하는 단계가 필요 없다. 독립적으로 목적지 호스트로 전송하기 때문에 도착하는 순서가 보낸 순서와 일치하지 않을 수 있다.

 

 

 

프리미티브는 네 가지 기능을 포함하여 설계해야 한다.

• Request : 클라이언트에서 발생하며, 서버가 서비스를 하위 프로토콜에 요청할 때 사용
• Indication : 서버의 하위 프로토콜이 Indication을 사용해서 프리미티브 요청이 발생했음을 통지
• Response : 서버에서 클라이언트에 응답하기 위해 사용
• Confirm : 서버에서 보낸 응답을 클라이언트에서 회신하는 형태

 

 

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2.  OSI 참조 모델

 

(1) OSI 7계층 모델

ISO에서 제시한 OSI 7계층 모델은 연결된 두 호스트가 각각 7 계층으로 구성된 모듈을 수행함으로써 송수신이 가능한다. 

 

1. 용어 정의

 임의의 호스트에서 실행되는 계층 n 모듈은 상대 호스트의 계층 n 모듈과 논리적으로 통신하는데, 이들이 사용하는 규칙을 계층 n 프로토콜이라 한다.

 

 

 

• 동료 프로세스 : 동일 계층에 위치한 통신 양단은 같은 프로토콜을 사용함
• 인터페이스 : 한 호스트에서 상하로 이웃하는 계층에 모듈 사이에 정의되어 둘 사이의 접근 방법을 제한

 

2. 헤더 정보

 

 

일반 사용자는 전송 데이터가 있으면 이를 응용 계층에 보내 전송을 요청한다 -> 하위 계층으로 내려가며 자신의 프로토콜에서 정의한 헤더 정보를 추가한다 -> 물리 계층에서 데이터가 물리적으로 전송된다 -> 수신 호스트는 상위 계층으로 가면서 헤더 정보를 해석 및 제거하고, 최종적으로 데이터만 받는다.

 

3. 중개 기능

 

• 라우팅 : 송신 호스트에서 수신 호스트로 데이터를 전달하려면 중개 노드(라우터)를 거쳐야 한다. 네트워크 계층의 프로토콜이 동작해 경로 배정하는 기능을 라우팅이라 한다.

 

 

(2) 계층별 기능

OSI 7계층 모델의 모든 계층이 중요하지만, 특히 전송 계층이 중요하다. (데이터를 주고받을 수 있게 해 줌)

 

1. 물리 계층 : 전송 매체의 물리적 인터페이스에 관한 사항을 기술. 특성에는 데이터의 전송 속도, 호스트 사이의 클록 동기화 방법, 물리적 연결 형태 등이 있음
2. 데이터 링크 계층 : 전송되는 데이터의 물리적 전송 오류를 해결함. 흐름 제어 기능도 지원할 수 있다. 데이터 링크 계층을 이용해 전송되는 데이터를 프레임이라 부른다.
3. 네트워크 계층 : 데이터가 어떤 경로를 통해 수신 호스트에 전달되는지를 결정하는 라우팅 문제를 처리한다. 네트워크의 트래픽이 과도하게 증가하는 문제를 조절하는 혼잡 제어 기능도 수행한다.
4. 전송 계층 : 송수신 프로세스를 직접 연결하는 단대단 통신 기능을 제공함.
5. 세션 계층 : 전송 계층과 거의 유사하나, 원격 파일 전송이나 원격 로그인 등과 같은 세션 기능을 제공함.
6. 표현 계층 : 데이터의 의미와 표현 방법을 처리함. (데이터 암호화, 대용량 데이터 압축)
7. 응용 계층 : 응용 환경에서 공통으로 필요한 기능을 다룸. (FTP, 텔넷 등)

 

 

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3.  TCP/IP 모델

 

(1) 구현 환경

 

 

1. 시스템 공간 : TCP와 UDP는 시스템 운영체제인 커널 내부에 구현되므로 일반 사용자가 이 기능을 직접 이용할 수 없다. 대신 소켓 인터페이스를 이용하는데, 소켓은 운영체제에서 시스템 콜 기능으로 구현되므로 사용자 프로그램에서 호출하는 방식으로 사용됨.

2. 사용자 공간 : 세션 계층부터 응용 계층까지의 기능은 사용자 프로그램으로 구현됨.

 

(2) 프로토콜

인터넷에서 데이터 전송은 계층 4의 TCP와 UDP, 계층 3의 IP에 의해 이루어진다. 주소 문제를 해결하기 위한 ARP/RARP와 오류 문제를 해결하기 위한 ICMP는 매우 중요한 역할을 한다.

 

1. TCP/IP 계층 구조

 

네트워크 계층의 IP는 사용자 데이터를 전송하는 프로토콜이다. 전송 오류가 발생하는 것을 대비해 오류 정보를 전송하는 ICMP를 사용한다.

 

2. ARP와 RARP

• ARP : 상대방 호스트의 MAC 주소 정보는 얻을 수 없기 때문에, 상대방의 IP 주소를 이용해 MAC 주소를 구하는 기능을 담당
• RARP : MAC 주소를 IP 주소로 변환하는 기능을 수행

 

3. ICMP

IP가 동작하는 과정에서 전송 오류가 발생하는데, 이때 송신자에게 회신해 복구 작업을 ICMP가 수행한다. ICMP 프로토콜은 별도의 헤더 구조를 가지며, IP 패킷에 캡슐화되어 전송되지만 IP와 같은 계층으로 취급된다.

 

 

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이제 조금씩 네트워크의 구조가 머릿속에 그려진다.