[정보처리기사] 응용 SW 기초 기술 활용 : 네트워크 기초 활용하기(2)

 

2️⃣ 네트워크 프로토콜 파악

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(1) 프로토콜(Protocol)

 

1. 프로토콜의 개념

 

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

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2. 프로토콜의 기본 3요소

 

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

 

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(2) 네트워크 프로토콜(Network Protocol)의 개념

 

• 컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에서 메시지를 주고받는 양식과 규칙의 체계
• 통신 규약 또는 규칙에는 전달 방식, 통신 방식, 자료 형식, 오류 검증 방식, 코드 변환 규칙, 전송 속도 등을 정하게 됨
• 다른 기종의 장비는 각기 다른 통신 규약을 사용하는데 프로토콜을 사용하면 다른 기기 간 정보의 전달을 표준화할 수 있음

< 프로토콜의 특징 >

특징	설명
단편화	전송이 가능한 작은 블록으로 나누어지는 기법
재조립	단편화되어 온 조각들을 원래 데이터로 복원하는 기법
캡슐화	상위 계층의 데이터에 각종 정보를 추가하여 하위 계층으로 보내는 기법
연결 제어	데이터의 전송량이나 속도를 제어하는 기법
오류 제어	전송 중 잃어버리는 데이터나 오류가 발생한 데이터를 검증하는 제어 기법
동기화	송신과 수신 측의 시점을 맞추는 기법
다중화	하나의 통신 회선에 여러 기기들이 접속할 수 있는 기법
주소 지정	송신과 수신지의 주소를 부여하여 정확한 데이터 전송을 보장하는 기법

 

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(3) 데이터 링크 계층(Data Link Layer, 2계층)

 

1. 데이터 링크 계층의 개념

 

• 링크의 설정과 유지 및 종료를 담당하여 노드 간의 회선 제어, 흐름제어, 오류 제어 기능을 수행하는 계층

※ 회선 제어(Line Control) : 2개의 스테이션이 동시에 신호를 전송하는 경우 신호 간 충돌이 발생하지 않도록 제어하는 기술(ENQ/ACK 기법, 풀링 기법)

※ 흐름 제어(Flow Control) : 전송 스테이션으로 하여금 전송 데이터의 양을 제한하기 위해서 사용되는 기술(정지-대기 기법, 슬라이딩 윈도우 기법)

※ 오류 제어(Error Control) : OSI 7 Layer의 하위의 두 계층 사이에서 데이터의 전송 오류를 검출하여 복구하는 기술(해밍 코드와 같은 전진 오류 수정(FEC) 기법과 체크섬, CRC, ARQ과 같은 후진 오류 수정(BEC) 기법)

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2. 데이터 링크 계층의 프로토콜

 

프로토콜	설명
HDLC(High-level Data Link Control	점대점 방식이나 다중 방식의 통신에 사용되는 ISO에서 표준화한 동기식 비트 중심의 데이터 링크 프로토콜
PPP(Point-to-Point Protocol)	네트워크 분야에서 두 통신 노드 간의 직접적인 연결을 위해 일반적으로 사용되는 데이터 링크 프로토콜
프레임 릴레이 (Frame Relay)	프로토콜 처리를 간략화하여 단순히 데이터 프레임들의 중계(Relay) 기능과 다중화 기능만 수행함으로써 데이터 처리 속도의 향상 및 전송 지연을 감소시킨 고속의 데이터 전송 기술
ATM(Asynchronous Transfer Mode	정보 전달의 기본 단위를 53바이트 셀 단위로 전달하는 비동기식 시분할 다중화 방식의 패킷형 전송 기술

 

■ 데이터 링크 계층 프로토콜 상세

 

 ⓵ HDLC(High-level Data Link Control)의 개념

  - 점대점, 다중점 링크 상에서 반이중, 전이중 통신을 모두 지원하도록 설계된 비트 지향형 프로토콜

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 ⓶ HDLC 프레임 구조

영역	설명
플래그	프레임의 동기를 제공하기 위해 사용하는 영역
주소부	프레임 목적지인 보조국의 주소를 나타내는 영역
제어부	프레임의 종류를 식별하기 위해 사용하는 영역
정보부	실제 정보 메시지가 들어있는 영역
FCS(Frame Check Sequence)	프레임에 대한 전송 오류를 검출하기 위해 사용하는 영역

㉮ 정보 프레임(I 프레임, Information Frame) : 피기백킹(Piggybacking) 기법을 통해 데이터에 대한 확인 응답을 보낼 때 사용되는 프레임

 

플래그

주소부

제어 필드

정보 데이터

FCS

플래그

 

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㉯ 감시 프레임(S 프레임, Supervisory Frame) : 프레임 수신 확인, 프레임의 전송 요구, 프레임 전송의 일시 연기 요구와 같은 제어 기능을 수행하는 프레임

 

플래그

주소부

제어 필드

FCS

플래그

 

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㉰ 비번호 프레임(U 프레임, Unnumbered Frame) : 링크의 동작 모드 설정 및 관리, 오류 회복 기능을 수행하는 프레임

 

플래그

주소부

제어 필드

관리 정보 데이터

FCS

플래그

 

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 ⓷ HDLC 동작 모드

  - 국(Station)은 개방 시스템에서 HDLC 절차를 실행하는 부분이며 데이터 제어 명령을 전송하고 응답함

동작 모드	구성도	설명
정규 응답 모드(NRM, Normal Response Mode		• 점대점이나 멀티포인트 불균형 링크 구성에 사용 • 주국(Primary Station)이 링크 제어를 담당하며, 보조국(Secondary Station)은 주국으로부터 폴(Poll) 메시지를 수신한 경우에만 데이터를 전송
비동기 응답 모드(ARM, Asynchronous Response Mode)		보조국(Secondary Station)도 전송 개시할 필요가 있는 특수한 경우에만 사용
비동기 균형 모드(ABM, Asynchronous Balanced Mode)		• 균형 링크 구성에 사용 • 각국이 주국이자 보조국으로 서로 대등하게 균형적으로 명령과 응답을 하며 동작

 

3. 데이터 링크 계층의 오류 제어

 

⓵ 오류 제어의 개념

 

• 데이터 전송 시 감쇠, 왜곡, 잡음에 의해 생성된 오류를 검출하고 정정하는 기능
• 데이터 전송의 신뢰성을 위해 반드시 필요한 기능

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⓶ 오류 제어의 종류

 

  ㉮ 전진(순방향) 오류 수정(FEC, Forward Error Correction) : 데이터 전송 과정에서 발생한 오류를 검출하여 검출된 오류를 재전송 요구 없이 스스로 수정하는 방식

 

< FEC 방식 >

방식	설명
해밍(Hamming) 코드 방식	수신측에서 오류가 발생한 비트를 찾아 재전송을 요구하지 않고 자신이 직접 오류를 수정하는 방식을 1비트의 오류 수정이 가능
상승 코드(부호) 방식	1개의 오류 비트를 수정할 수 있는 해밍 코드 방식과는 다르게 여러 개 비트의 오류가 있더라도 한계값(경계값), 순차적 디코딩을 이용하여 모두 수정할 수 있는 방식

 

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  ㉯ 후진(역방향) 오류 수정(BEC, Backward Error Correction) : 데이터 전송 과정에서 오류가 발생하면 송신 측에 재전송을 요구하는 방식

 

< BEC 방식 >

방식	설명
패리티 검사(Parity Check)	7~8개의 비트로 구성되는 전송 문자에 패리티 비트를 추가하여 오류를 검출하는 방식
CRC(순환 잉여 검사, Cycle Redundancy Check)	다항식을 통해 산출된 값을 토대로 오류를 검사하는 방식으로 집단 오류를 해결하기 위한 방식
블록합 검사(Block Sum Check)	프레임의 모든 문자로부터 계산되는 잉여 패리티 비트들을 사용하는 이차원(가로/세로) 패리티 검사 방식
자동 반복 요청 방식(ARQ, Automatic Repeat Request)	신뢰성 있는 데이터 전달을 위해, 재전송을 기반으로 하는 에러 제어 방식

 

■ ARQ(Automatic Repeat Request)의 종류

 

종류	설명
Stop-and-Wait ARQ 방식	• 1개의 프레임을 전송하고,수신 측으로부터 ACK 및 NAK 신호를 수신할 때까지 정보 전송을 중지하고 기다리는 방식 • 송신 측이 수신 측으로부터 ACK를 받으면 다음 프레임을 전송하고, NAK를 받으면 재전송 • 데이터 프레임의 정확한 수신 여부를 매번 확인하면서 다음 프레임을 전송해 나가는 가장 간단한 오류 제어 방식 • 구현이 가능하고 송신 측에서 최대 프레임 크기의 버퍼가 1개만 있어도 됨 • 전송 시간이 긴 경우 전송 효율이 저하
Go-back-N ARQ 방식	데이터 프레임을 연속적으로 전송하는 과정에서 NAK를 수신하게 되면, 오류가 발생한 프레임 이후에 전송된 모든 데이터 프레임을 재전송하는 방식
Selective Repeat ARQ 방식	연속적으로 데이터 프레임을 전송하고 에러가 발생한 데이터 프레임만 재전송하는 방식

 

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(4) 네트워크 계층(3계층, Network Layer)

 

1. 네트워크 계층의 개념

 

• 다양한 길이의 패킷을 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 위한 수단을 제공하는 계층
• 라우팅, 패킷 포워딩, 인터 네트워킹(Inter-Networking) 등을 수행함

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2. 네트워크 계층 프로토콜

 

프로토콜	설명
IP(Internet Protocol)	송수신 간의 패킷 단위로 데이터를 교환하는 네트워크에서 정보를 주고받는데 사용하는 통신 프로토콜
ARP(Address Resolution Protocol)	IP 네트워크 상에서 IP 주소를 MAC 주소(물리 주소)로 변환하는 프로토콜
RARP(Reverse Address Resolution Protocol)	• IP 호스트가 자신의 MAC(물리 네트워크) 주소는 알지만 IP 주소를 모르는 경우, 서버로부터 IP 주소를 요청하기 위해 사용하는 프로토콜 • MAC(물리 네트워크) 주소에 해당하는 IP 주소를 알려주는 역순 주소 결정 프로토콜
ICMP(Internet Control Message Protocol)	• IP의 동작 과정에서의 전송 오류가 발생하는 경우에 오류 정보를 전송하는 목적으로 사용하는 프로토콜 • 메시지 형식 : 8바이트의 헤더와 가변 길이의 데이터 영역으로 분리 • 수신지 도달 불가 메시지는 수신지 또는 서비스에 도달할 수 없는 호스트를 통지하는데 사용 • ICMP 프로토콜을 사용해서 Ping 유틸리티의 구현을 통해 오류가 발생했음을 알리는 기능을 수행
IGMP(Internet Group Management Protocol)	• 호스트 컴퓨터와 인접 라우터가 멀티캐스트 그룹 멤버십을 구성하는데 사용하는 통신 프로토콜 • 화상 회의, IPTV에서 활용되는 프로토콜 • IGMP의 기능 : 그룹 가입, 멤버십 감시, 멤버십 응답, 멤버십 탈퇴
라우팅 프로토콜 (Routing Protocol)	데이터 전송을 위해 목적지까지 갈 수 있는 여러 경로 중 최적의 경로를 설정해주는 라우터 간의 상호 통신 프로토콜
NAT(Network Address Traslation)	• 사설 네트워크에 속한 IP를 공인 IP 주소로 바꿔주는 네트워크 주소 변환 기술 • 기업 내부에서 사설 IP를 부여해서 사용하다가 기업 외부로 통신할 때는 NAT를 통해서 공인 IP로 변환해서 통신함으로써 부족한 IPv4의 주소 문제를 해결하고 기업 내부의 보안을 강화할 수 있음