[카테고리:] 정보통신개론

네트워크

두 개체 이상의 단말기가 서로간의 유효한 통신을 주고받을 때 사용하는 총체적 요소를 네트워크라고 한다.

통신할 때 쓰이는 것 전부 다 네트워크라고 볼 수도 있다.

네트워크는 구성, 즉 연결도가 중요하다. 연결도는 topology라고도 한다.

topology에 따라 데이터 전달 방식, 즉 프로토콜이 달라진다.

Interface에 대한 프로토콜은 통신 사업자들이 주로 많이 사용한다.

기능 요소(functional element)는 주로 그림의 형태로 많이 나타난다.

Control plane과 Data plane은 반대?

구성, 인터페이스, 기능 요소를 하나로 묶어서 네트워크 프레임워크를 만들 수 있다.

성질이 다른 네트워크가 존재한다? Circuit Based Network와 Packet Based Network

CBN

Circuit Based Network

Circuit은 회로, 연결이 된 상태를 근거로 네트워킹하는 방식, 패킷 없이 바로 데이터 전송

Circuit은 Data Pass라고도 한다

CBN은 회선을 기반으로 데이터를 보냄, 송수신자 둘만 사용하기 때문에 회선 하나를 완벽하게 점유한다. QoS가 보장된다. 하지만 점유된다는 뜻은 비효율적이라는 뜻이기도 하다.

signalling을 위한 별도의 network를 따로 둔다.

주로 전화망 등에 사용된다. Voice 형태

19세기 말 처음으로 사용 시작

PBN

Packet Based Network

패킷을 근거로 네트워킹하는 방식, 패킷은 데이터 꾸러미고 L3에서 사용

CBN의 Data Pass는 여기서 Routing Pass에 해당한다.

자원을 공유하기 때문에 First Come Fisrt Service, FCFS

IP만 있으면 End to End를 보장한다. Network가 알아서 라우팅함.

Load 분산도 함.

CBN과 다르게 길을 공유하기 때문에 효율적이지만 QoS 보장 안됨.

CBN과 다르게 Signalling을 위한 네트워크 없음.

주로 인터넷에 사용된다. Data 형태

20세기 말 처음으로 사용 시작

현재는 CBN에서 서비스되던 전화를 Voice over IP(VoIP)를 통해 PBN에서 서비스를 하기도 한다.

Broadband Converged Network, BCN? CBN과 PBN을 합친 것

QoS

Quality of Service를 의미, 주로 Loss, Delay를 다룸

Loss는 Delay의 특수한 경우, Timeout 발생했을 때 발생? Delay가 무한대로 발생하면 Loss 발생

복습

도메인을 통해 IP를 얻기 위해서는 DNS 서버를 거쳐야 한다.

MAC Address란

Medium(Media) Access Control, 여기서 Medium이란 전송 매체를 의미, 광케이블이나 구리선 등

전송 충돌을 막기 위해 있는 것이 MAC Layer이다. 여기서 가장 중요한 것이 MAC Address

S26과 같은 양산형 하드웨어에서 다른 부분은 전부 유사해도 MAC Addrses는 전부 Unique한 값이다.

L3에서 다루는 데이터 조각을 Packet이라고 하며, L2에서 패킷에 붙는 헤더의 가장 중요한 부분이 MAC Address이다.

ARP

Address Resolution Protocol의 약자, 핸드폰이 기지국의 MAC Address를 알기 위해 사용한다?(확실하지 않음)

이미 IP Address를 알고 있는 상태에서 MAC Address를 알기 위해 사용하는 프로토콜이다.

Domain -> DNS -> IP -> ARP -> MAC 이런 식

나중에 자료 추가로 찾아보기

Layer 2라는 말을 들으면 1 Hop 관계로 구성되어 있다는 것을 떠올려야 한다.

ARP는 모르는 MAC Address를 FF:FF:FF:FF:FF:FF로 채운다, 그리고 순차적으로 채워나간다. (F로 채운다? 이건 교과서적인 표현)

라우팅 알고리즘이 돌면서 MAC Address가 Routing Table에 저장되면서 학습된다.

Layer 1

0과 1을 어떤 식으로 전달할 것인가? 파워나 소비전력의 효율성을 따진다. 단위시간당 처리되는 데이터의 양 등을 처리하는 곳

DNS

DNS 체계에서 oxford.ac.uk에 접근하기 위해서는 단계적으로 oxford -> ac -> uk -> root 순으로 IP를 물어본다

well known port를 사용하는 경우 주로 dns 체계를 따른다. (불특정 다수를 대상으로 하기 때문에 범용성이 있어야 하기 때문)

www.oxford.ac.uk의 경우 일단 충북대학교 DNS 서버에 물어본다. 그러면 DNS 서버의 주소는 어떻게 알까? 미리 설정되어 있다.

찾을 수 있는 단서, 물어볼 대상이 1개 이상은 있어야 한다.

따라서 DNS 서버의 주소는 미리 심어둔다? 네트워크 설정에 있음

DNS 이외에 카카오톡의 경우 사용자 아이디, 전화번호 등을 통해 실제 사용자에게 접근 가능한 경로를 알기 위해서는 앱 설치 과정에서 미리 설정된 카카오톡 서버에 물어본다.

사용자가 가입을 하는 경우에도 카카오톡 서버에 등록되어 다른 사용자가 접근할 수 있도록 한다.

카카오톡 서버를 예시로 들면, 사용자의 아이디, 핸드폰 IP, PC IP 등이 저장될 것이다.

Peer to Peer

L2는 L2를 상대로, L3는 L3를 상대로 통신한다. L3는 L2 통신에 절대로 관여하지 않는다.

Layer 4

Layer4에서는 앱에서 만들어지는 데이터의 특징을 고려한다. 예시로 Realtime, Non-Realtime 서비스 등

Realtime 서비스의 예시는 음성 통화, Non-Realtime 서비스의 예시는 http

DNS 등과 같은 통신 속도가 중요한 프로토콜도 UDP를 사용(53번 포트)

Realtime 서비스는 설정된 Delay 시간 이후 종료되는 것이 특징이다.

네트워크 상태 또한 고려한다

현재 크게 2 종류의 네트워크가 있다고 할 수 있다. 현재 우리가 있는 곳은 두 네트워크가 합쳐진 곳.

자원을 점유하는지에 대한 여부에 따라 나눠진다. 자원을 점유할 경우 QoS가 보장된다.

자원을 점유하지 않는 방식에서 발생하는 에러는 Layer 4에서 처리한다.

Layer4에서 Layer5~7의 특성을 고려하여 작동하는 것은 Peer to Peer가 아닌 수직적 특성이다.

L2, 데이터 링크 레이어

반드시 해야 하는 일은 데이터 전달로 L3와 동일하다. 하지만 end to end가 아닌 Per hop Behavior를 한다. 줄여서 PHB

L3의 경우 가장 중요한 정보가 IP였고, L2의 경우 MAC Address가 가장 중요하다.

L2는 Logical Link Control, Media Access Control로 나눠진다.

• Framing: 네트워크 계층 데이터에 헤더를 붙여 프레임화
• Physical Addressing: MAC 주소 사용
• Flow Control: 수신 측이 감당 가능한 속도로 맞춤
• Error Control: 오류 검출 및 재전송
• Access Control: 공유 매체를 누가 쓸지 결정

LLC란 무엇이고 왜 사용하는지, 어떻게 작동하는지를 알아야 한다.

LLC를 알기 위해서는 Logical Link가 뭔지를 먼저 알아야 한다.
Logical Link의 상대어는 Physical Link이다.

Logical, Conceptual, Virtual은 동일하게 쓰이는 단어이다. 이러한 단어들의 상대어가 바로 Physical이다. Physical은 실존하는, Logical의 의미는 논리적인.

LLC는 하나의 Physical Link를 시간 단위로 나누는 등의 수단을 통하여 여러개의 Physical Link처럼 사용하게 하는 기술, TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA가 예시, 현재는 OFDMA를 사용한다.
이러한 과정을 multiplexing한다 라고 하며, 줄여서 mux라고도 한다. 반대 개념은 demultiplexing, demux라고 한다.

MAC에서의 Media는 전송 매체를 의미하며 광케이블 등을 의미한다. 코덱은 L6에서 사용되며 여기서는 다루지 않음

PHB는 1 Hop에서만 동작한다. 1 Hop이란 노드와 노드 사이 하나의 경로를 의미한다. End to End 통신 사이 단말기 포함 4개의 노드를 거칠 경우 사이의 경로는 3개이기 때문에 3번의 Hop을 거쳤다고 한다?

L2는 하나의 Hop만을 책임진다. L3의 경우 End to End 통신 사이에 발생하는 모든 Hop을 책임진다.

End to End 통신 사이 유선, 무선 통신 등 다양한 통신 방식이 사용될 경우 무선 통신으로 통신하는 노드 사이에는 무선에 적합한 Hop to Hop 프로토콜이 사용된다.

스마트폰을 예시로 들 경우 WiFi에 Hop to Hop으로 연결되고 WiFi 공유기는 다시 이더넷 등을 통해 유선 기반으로 Hop to Hop으로 다른 인터넷 기기와 연결된다. End to End 통신 과정에서 유/무선 통신 프로토콜이 다양하게 사용될 수 있음을 나타내는 예시

L4의 경우 TCP, UDP가 있다
L3의 경우 IP가 있다.
L2의 경우 WiFi, Bluetooth, Ethernet 등이 사용된다.

Internet과 Ethernet?
Internet의 경우 Inter Network의 줄임말, Inter Network의 상대어는 Intra Network, 인트라넷

무전기 2대의 경우 L2만으로 충분하다. L3의 경우 라우팅의 주요 목적이지만 무전기 2대만 있는 경우 라우팅, 즉 길찾기가 필요 없기 때문
따라서 무전기 2개가 있는 상황은 L2 네트워크라고 한다.

무전기 등의 장비는 1 Hop만으로도 통신이 가능하기 때문에 L2

총 4개의 노드가 있으며, 각각 2개의 노드로 나누어 서로간 연결이 되어있다고 가정하면 2개의 망이 존재한다. 여기서 각 망에 있는 노드 한개씩은 다른 망과 연결되어 있다고 할 때, 다른 망과 연결되어 있는 노드를 게이트웨이라고 한다. 게이트웨이는 Inter Working을 한다.

충북대학교 구성원들간 통신을 목적으로 하는 망을 인트라넷이라고 하며 충북대학교 외부와 통신을 목적으로 하는 망을 인터넷이라고 한다.

L3 네트워크의 경우 그냥 네트워크라고 한다. 네트워크가 바로 L3이기 때문, L2의 경우만 L2 네트워크라고 한다.

정리

• L4 : 데이터의 한 단위를 세그먼트라고 한다.
• L3 : 데이터의 한 단위를 패킷이라고 한다.
• L2 : 데이터의 한 단위를 프레임이라고 한다.

위 3개의 단위는 정확하게 사용해야 한다.

LTE, 5G 등은 L2 프로토콜, 1Hop을 담당

데이터링크 계층은 MAC 주소 이외에도 프레임화, 오류 제어, 흐름 제어, 매체 접근 제어도 담당.

공유 링크 환경에서는 access control이 매우 중요하다.

OSI 7 Layer

OSI 7 Layer가 뭔지 안다고 하기 위해서는 적어도 4가지에 답변할 수 있어야 한다.
무엇인지
왜
어떻게
장단점

OSI 7 Layer가 뭐냐고 묻는다면, 프로토콜 스택이라고 할 수 있다.

왜 7개의 스택으로 나눠져 있을까?

• 7 – Application, 애플리케이션 계층, 카카오톡 등
• 6 – Presentation, 표현 계층, 데이터를 어떻게 표현할지를 전달한다. 카카오톡을 예시로 든다면 글자의 색, 크기 등
  동영상 코덱을 생각하면 된다.
• 5 – Session, 누구와 누가 통신하는지를 저장한다. 세션 아이디, 전화번호, 이메일 등을 사용, session 연결 설정에 사용되며
• 4 – Transport
• 3 – Network
• 2 – Data Link Layer
• 1 – Physical

5계층 설명

세션 2개 생성, 학생 A와 학생 B
프로토콜 관점에서의 세션 ID는 uaysk0327@gmail.com
세션 아이디의 구분은 OS가 한다.

사용자가 앱을 실행할 경우 OS는 프로세스를 생성한다. 기능 하나당 프로세스 하나가 할당된다. 프로세스는 세션 하나만 바라본다. 새로운 세션을 생성할 경우 새로운 프로세스가 생성된다.
OS는 세션 식별자를 생성하며 세션 식별자는 통신하는 두 주체를 대표한다.

세션 아이디는 통신 주체, 세션 식별자는 두 통신 주체를 대표한다.

7~5계층을 전부 합쳐서 애플리케이션 개층이라고 하기도 한다.

4계층은 End Station에만 존재한다.

1~3 계층의 경우 네트워크 인프라에서 주로 사용되는 장비에 해당

4계층 설명

전송(전달) 계층, 데이터를 어느 서비스에 장착할 것인지가 주요 목적, 장착은 Porting이라고 부른다?

어떤 서비스에 데이터를 전달할 것인지를 정할 때 가장 중요한 것이 포트

www.cbnu.ac.kr의 경우 불특정 다수가 접근할 수 있지만, bnl.cbnu.ac.kr과 같은 연구실 비공개 db의 경우 특정 다수가 접속하는 것을 목적으로 하기 때문에 별도의 등록을 해야 한다?

well known port의 경우 불특정 다수를 대상으로 한다.

private port의 경우 특정 다수를 대상으로 하며 정해지지 않음

registered port?

http://www.cbnu.ac.kr:80에서 http는 layer 7, 80은 layer 4, cbnu.ac.kr은 layer 3

3계층 설명

네트워크 계층, 데이터 전달이 목적(end to end 통신)

Network ID, 즉 IP Address
IP란 Inter Network Protocol

DNS 서버를 통해 IP 주소를 얻어낼 수 있다.

www.cbnu.ac.kr은 Domain Name System

cbnu -> ac -> kr -> root

단말기와 단말기 사이에는 여러가지의 네트워크 장비들이 있으며 이 장비들은 보통 L3이다. 각 장비들을 노드라고 하며 단말기를 edge node라고 한다.

네트워크 노드간 최적의 경로는 사람이 알 수 없다. np hard complexity를 가진다고도 표현한다.

네트워크 노드간의 길 찾기를 routing이라고 한다. routle algorithm에 의해 경로를 찾고 이를 통해 찾은 경로를 routing table에 저장한다.

L3 수준에서 네트워크 노드를 통해 보내지는 것을 패킷이라고 한다. 패킷 포워딩?

L3 장비는 라우터, L2 장비는 스위치라고 하지만 예외가 있을 수도 있기 때문에 보통 L2 스위치라고 부른다.

라우터라고 부르기 위해서는 라우팅 알고리즘, 라우팅 테이블, 패킷 포워딩 기능 이 3가지가 전부 있어야 한다는 것이 교과서적 3대 핵심 요소

만약 라우터에서 라우팅 알고리즘, 라우팅 테이블을 통해서 목표 IP를 찾지 못할 경우 Default Route로 보낸다.

복습

프로토콜의 3요소, Format Meaning Timing

예시, 0v와 5v를 보낸다고 할 때, 0v는 no, 5v는 yes, 1초마다 보냄, 이런 식으로 3 요소가 전부 있어야 함

OSI 7계층

• 메시지
• (컴퓨터가 알아들을 수 있는 형태로 변환)
• 세션 아이디, 어떤 통신 주체간 통신이 이루어지는지 구분
• 포트(프로세스 구분)
• IP 주소(노드 구분), source와 destination으로 나눠짐, 이것을 패킷이라고 한다.
• MAC 주소(Hop to Hop 통신 담당), 이 부분을 프레임이라고 한다.
• LAN 선 등 하드웨어

7~5계층에서 편지가 작성되고, 4계층에서 이름, 3계층에서 주소가 적힘, 2계층은 물류센터, 1계층은 우편 차

1계층을 통해 상대에게 도달했을 경우 다시 OSI 7 계층을 순서대로 올라간다.

IP 주소는 불변이지만 MAC 주소는 Hop to Hop 통신 과정에서 바뀐다.

Packet Based Network(PBN), Circuit Based Network(CBN)

Packet Based Network의 가장 대표적인 예시는 인터넷

Circuit Based Network의 가장 대표적인 예시는 전화선

자원 공유와 자원 점유가 가장 큰 차이점, PBN이 자원 공유, CBN이 지원 점유

PBN은 선로를 공유한다. CBN의 경우 선로 하나를 혼자 점유한다.
CBN의 경우 선로 하나를 점유하기 위해 사용하고 있다는 사실을 알려야 하는데 이를 시그널링이라고 한다.
PBN의 경우 시그널링은 불필요하다.

PBN은 비연결성, CBN은 연결성

PBN의 장점은 자원을 공유하기 때문에 높은 효율성을 가진다.
하지만 QoS가 보장되지 않는다.
또한 통신 오버헤드가 높다.

CBN은 자원을 혼자 사용하기 때문에 비효율적이다.
따라서 QoS가 보장된다.
통신 오버헤드가 낮다.

QoS는 속도, 무결성 등을 포함한다.

PBN과 CBN을 합친 Virtual Circuit Network

실제로는 선이 존재하지 않지만 선이 존재하는 것 처럼 전송을 처리함

IPv4, IPv6

IPv4는 32비트
classful, CIDR 등을 통해 구분하며, CIDR의 경우 prefix

classful은 IP 주소를 A,B,C,D,E로 나눈다.

• A : 0~
• B : 10~
• C : 110~
• D : 1110~
• E : 1111~

CIDR의 경우 XXX.XXX.XXX.XXX/XX 형식으로 네트워크 범위를 할당한다.

167.199.170.82/21의 경우, 이진수 기준 21번째 자리까지가 네트워크 주소라는 의미, 따라서 21번째 자리 이후 주소만을 변경하여 사용할 수 있다

IPv4는 2의 32승 만큼의 주소, IPv6는 2의 128승 만큼의 주소
시험에 나온 문제중 하나가 주소 고갈 문제를 해결하여라

167.199.170.82/21의 첫번째 주소를 구하여라?

170을 이진수로 나누면 10101010, 따라서 첫번째 주소는 10101000을 십진수로 바꾼 것, 168, 따라서 첫번째 IP 주소는 167.199.168.0이다.

DNS

도메인 네임 서비스

도메인이라는 형태를 사용하여 아이피를 찾을 수 있게 해준다.

root -> com, net

국가 -> kr, co.kr

co.kr, or.kr

루트 DNS 서버,

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol
IP 주소를 할당하는 주체, 편의성과 효율성, 정확성을 위하여

DHCP 서버의 작동 과정
HOST -> Broadcast로 DHCP Discovery -> DHCP가 호스트에게 IP Offer -> Host의 Request(동의) -> DHCP의 ACK

Discovery -> Offer -> Request -> Ack, DORA 라고 한다.

DHCP 서버는 IP 이외에도 서브넷마스크, 게이트웨이 주소, DNS 서버 주소를 전달한다.
위 4가지 요소는 암기해야 할 수도 있음.

무선 -> wireless

R(저항) : 신호를 감쇠한다.
L(인덕터, 코일) : 전자기 유도, sin 함수를 통해 보낸다?
C(커페시터, 콘덴서) : 전기적 성질의 충/방전

sin파를 통해 신호를 보낼 경우 안테나에서는 전자가 감지된다. 감지된 전자를 통해 전기회로에 쓸 수 있는 형태로 유도해야 한다. 여기서 신호는 R,L,C의 L에 해당한다.

유선 통신의 경우 0V, 5V 식으로 명확하게 나눠지지만 무선 전파의 경우 sin 파와 같은 아날로그 형태로 신호를 수신한다. 따라서 신호의 크기가 아닌 파장의 주파수를 바꾸는 식으로 통신한다.
보통 기준이 되는 주파수는 라, A(880Hz)이다.
기준이 되는 주파수보다 낮은 주파수는 0, 높은 주파수는 1이라고 하는 식으로 한다.
fc = 320MHz일 경우, fc+/-25kHz를 0/1이라고 한다.
여기까지 정했을 때, 형식과 의미는 정했지만 타이밍이 정해지지 않았기 때문에 프로토콜이라고 할 수 없다. 특정 주파수가 몇초 반복될 때 0 또는 1이라고 정의까지 하여야 완벽한 프로토콜이라고 할 수 있다.

Frequency, Shift, Keying이라고 해서 FSK 통신 방식이라고도 한다.

OSI 7 Layer

OSI 7 Layer가 뭔지 안다고 하기 위해서는 적어도 4가지에 답변할 수 있어야 한다.
무엇인지
왜
어떻게
장단점

OSI 7 Layer가 뭐냐고 묻는다면, 프로토콜 스택이라고 할 수 있다.

왜 7개의 스택으로 나눠져 있을까?

계층별 역할 분리를 통해 통신 과정을 체계적으로 이해하고 설계하기 위해서.

OSI 7 Layer 모델의 핵심 철학은 계층적 구조, 동일 계층간의 peer-to-peer processing, 그리고 상위 계층 데이터를 하위 계층이 감싸 내려보내는 encapsulation.

• 7 – Application, 애플리케이션 계층, 카카오톡 등
• 6 – Presentation, 표현 계층, 데이터를 어떻게 표현할지를 전달한다. 카카오톡을 예시로 든다면 글자의 색, 크기 등
• 5 – Session, 누구와 누가 통신하는지를 저장한다. 세션 아이디 등을 사용, session 연결 설정에 사용되며
• 4 – Transport, 프로세스간 전달, 포트 사용
• 3 – Network, 패킷 단위의 end to end 전달
• 2 – Data Link Layer, 프레임 단위의 hop to hop 전달
• 1 – Physical, 비트를 한 홉에서 다음 홉으로 보내는 계층

물리 계층은 개별 비트를 통해 실제 매체를 전달하는 역할을 한다.
데이터링크 계층은 프레임 단위로 인접 노드간 전송을 담당한다.
네트워크 계층은 패킷을 source에서 destination까지 전달하는 역할, 즉 end to end를 담당한다.

www.cbnu.ac.kr로 어떻게 접속되는지를 알기 위한 것이 목적

Protocol?, 무엇인지, 왜, 어떻게 이 3가지를 설명할 수 있어야 한다. 이 3가지를 직접 필기하면서 정리하면 잘 외울 수 있다. (특징, 장단점 등)

Protocol이란 통신을 위한 상호간의 약속(정의)

통신이란 무엇인가? 단말간 유효한 정보의 교환

유효한 정보란 무엇인가? 두개 이상의 개체가 서로 상호간 유효한 정보를 주고 받는 행위에서,

과거 통신의 주체가 되는 개체는 사람-사람 통신이었다.

약속은 다른 말로 표준, 즉 standard라고 한다. 이러한 표준은 ISO(국제표준화기구), ITU, IETF, 3GPP,, IEEE 등에서 정한다. 표준 기구끼지의 상호작용은 리에종(Liaison)이라고 한다.

ITU – E.164(전화번호)
IETF – 인터넷
3GPP – 3G, 4G, 5G…
IEEE -WIFI
ISO – OSI 7 Layer

국제 표준이 아니지만 사실상의 표준으로 자리잡은 경우, De Fecto Standard가 된다.

프로토콜이라면 반드시 가져야 하는 것?
Format 또는 형식
Meaning 또는 의미
Timing 또는 동기, 절차

통신에 사용되지 않는 프로토콜은 없다, 프로토콜의 정의 자체가 “통신을 위한 상호간의 약속이기 때문”

앞으로 집중할 것은 digital 통신, 보통의 디지털 통신은 0과 1로 이루어지고, 0을 0V, 1을 5V로 지정하는 식으로 작동한다. 여기서 형식은 0V, 5V, 의미는 0V가 0, 5V가 1로 설정된다.
하지만 이 경우 Timing이 정의되기 않았기 때문에 제대로 된 프로토콜이라고 할 수 없다. 따라서 0V가 1초 이상 발생할 경우 0이 하나라고 설정하는 식으로 Timing을 설정해야 완전한 프로토콜이 된다.
위 프로토콜의 경우 1 bit per second, 1bps라고 한다.