개발의변화
네트워크 정리 본문
반이중 통신(Half Duplex Mode): 양방향으로 데이터가 전송될 수는 있으나 동시에 전송하는 것은 불가능한 방식이다.
비동기식 전송 방식:
긴 데이터 비트열을 연손적으로 전송하는 대신 한 번에 한 문자씩 전송한다.
문자 단위의 재동기를 위하여 맨 앞에 한 문자의 시작을 알리는 시작비트, 맨 뒤에 한 문자의 종료를 표시하는 정지비트를 둔다.
동기식 전송
송수신측이 동일한 클럭(clock)을 사용하여 데이터를 송수신하는 바식
전송할 데이터를 블록으로 구성하여 시작비트나 정지비트없이 전송
아날로그 신호를 디지털 신호로 변조하기 위한 펄스부호변조(PCM)과정
1.표본화: 연속적인 아날로그 신호를 입력 -> 불연속적인 진폭을 갖는 펄스 신호 생성
2.양자화: 표본화 단계로부터 추출된 펄스를 정량화하여 한정된 양자화 레벨
n개의 양자화 단계를 부호화 할 때 필요한 비트 수 : log2n
3.부호화: 양자화 레벨값을 이진 데이터로 변환하는 과정
4.복호화: 전송된 디지털 신호를 표본화 펄스로 복원하는 과정
표본화: 통신 시스템에서 시간적으로 연속적인 아날로그 신호로부터 신호로부터 신호 값을 일정한 시간 간격으로 추출하는 단계
아날로그 음성 신호의 최대 주파수 4KHz, 표본 샘플링 횟수 4K * 2이므로 1초에 8K(8000)번
전송속도와 전송량
1. 변조 속도
- 1초 동안 변조하는 횟수(단위 시간당 변조율)
- 1개의 신호가 변조되는 시간을 T초라 할 때, band = 1 / T
- 변조 속도(baud) = 데이터 신호 속도(bps) / 단위 펄스 당 변조된 비트 수
1. 데이터 전송 형태
1) 직렬 전송 (회선 비용 저렴, 전송 속도 느림)
2) 병렬 저농 (회선 비용 비쌈, 전송 속도 빠름)
3) 동기식 전송 (송수신기가 동일한 클럭을 사용하여 데이터를 송수신 -> 문자 단위 전송이 아니라 미리 정해진 수만큼 문자열 내지는 bit열을 블록으로 묶어서 블록단위로 전송
4) 비동기식 전송
전송되는 문자의 앞에 1bit의 start bit와 문자의 뒤에 1bit~2bit의 stop bit
다중화방식
몇 개의 단말장치가 하나의 통신회선을 통하여 결합된 형태로 전송하며 수신 측에서 원래의 형태로 분할하는 것으로 통신회선, 모뎀 등의 비용을 절감하기 위한 기술
1. 주파수분할 다중화 방식(FDMA; Frequency Division Multiplex Access)
전송하려는 신호보다 대역폭이 큰 매체를 사용하여 각 터미널이 동시에 이용하는 방식
구조가 간단하고 가격이 저렴하고, 주파수 편이 변복조의 역할을 수행하므로 별도의 변복조장치가 없다.
2. 시분할 다중화 방식(TDMA; Time Division Multiplex Access)
하나의 전송로에 데이터 전송시간을 일정한 시간 폭으로 나누어서 부 채널을 차례로 분배하여 몇 개의 저속채널이 한 개의 고속 전송로를 시차 배분하여 전송하는 기술
3. 코드분할 다중화 방식(CDMA; Code Division Multiplex Access)
넓은 주파수 대역에 다수의 사용자가 서로 다른 부호를 사용함으로써 동일한 주파수, 시간을 이용하여 다중화하는 방식으로 FDMA과 TDMA의 혼합 방식
대역 확산(spread spectrum) 기술을 채택한 방식으로 디지털화 된 데이터를 몇 개의 프레임으로 구성시켜 대응시켜 전송
4. 역다중화 (Inverse Multiplex access)
광대역을 사용하지 않고, 성역이 다른 두 개의 음성 대역 회선을 이용하여 통신속도를 이용하는 장치
5. 광대역 다중화 방식(Broadband Multiplex Access)
광대역 데이터 회로를 위해 특별히 설계된 시분할 다중화기
여러 가지 다른 속도의 동기식 데이터들을 한데 묶어 광대역을 이용하여 전송
토폴로지
- 버스 토폴로지: 이 토폴로지에서 모든 컴퓨터는 단일 중앙 통신선(버스)에 연결됩니다. 데이터는 한 방향으로 흐르며, 네트워크의 양 끝에는 종단저항이 있어 신호 반사를 방지합니다. 설치가 간단하고 비용이 저렴하지만, 버스에 문제가 생기면 전체 네트워크에 영향을 미칩니다.
- 스타 토폴로지: 스타 토폴로지에서는 모든 노드가 중앙 집중형 허브 또는 스위치에 연결됩니다. 데이터는 노드에서 허브를 통해 다른 노드로 전송됩니다. 중앙 허브에 문제가 발생하면 전체 네트워크가 마비될 수 있으나, 개별 연결에 문제가 생겨도 다른 연결에는 영향을 미치지 않습니다.
- 링 토폴로지: 링 토폴로지에서는 각 컴퓨터가 두 개의 인접한 컴퓨터와 직접 연결되어 있어 링 형태를 이룹니다. 데이터는 한 방향으로 순환하며, 각 노드는 데이터를 받아 다음 노드로 전송합니다. 하나의 노드가 고장 나면 전체 네트워크가 중단될 수 있습니다.
- 메시 토폴로지: 메시 토폴로지에서는 노드들이 서로 다양한 경로로 연결되어 있어, 하나의 연결이 실패해도 다른 경로를 통해 데이터 전송이 가능합니다. 이는 높은 결함 허용 능력을 제공하지만, 설치 비용이 매우 높습니다.
- 트리 토폴로지: 트리 토폴로지는 계층적 구조를 가지며, 상위 레벨의 중앙 노드에 하위 레벨의 여러 노드가 연결됩니다. 이는 스타 토폴로지들이 계층적으로 연결된 형태로 볼 수 있습니다. 확장성이 좋지만, 상위 노드에 문제가 생기면 해당 노드 아래의 모든 통신이 영향을 받습니다.
- 하이브리드 토폴로지: 하이브리드 토폴로지는 두 가지 이상의 다른 토폴로지의 특징을 결합한 것입니다. 예를 들어, 스타-링, 스타-버스 등이 있으며, 네트워크의 요구사항에 따라 유연하게 설계될 수 있습니다.
오류 제어
(1) 오류제어 방식
1) 수직 중복 검사(Vertical Rebundancy Check) 방식
전송하려는 각 문자를 구성하는 bit 열에 1bit의 Parity Check Bit를 추가하여 부호 내의 1의 수를 기수혹은 우수가 되도록 일치시켜 전송 후 수신 측에서 1의 수를 검사하여 전송된 데이터의 오류를 판별하는 방식
2) 수평 중복 검사(Longitudinal Redundancy Check) 방식
전송되는 문자를 block으로 묶어 각 블록마다 1문자를 추가하여 세로 체크 하는 방법
3) 검사합(Checksum) 방식
중복검사의 한 형태로, 데이터 항목의 집합에 대한 합계 (어떤 항목에 대한 숫자 또는 비트의 합계 값)
4) CRC (Cycle Rebundancy Check) 방식
순환 중복 검사(CRC)는 다항식 코드(이진 나눗셈)를 사용하여 오류 검사를 하는 방식
5) 정마크 부호 방식
송신 측에서 전송 시 정보를 정마크 부호로 변경하여 전송 후 수신 측에서 정마크 부호의 특성인 1의 개수가 항상 일정하다는 성격 이용
6) 군계수 검사 방식
수평 패리티 검사 방식과 같이 블록 내의 각 열에서 발생될 수 있는 1의 개수를 2진 부호화하여 그 결과를 2진 부호로 전송하는 방식
7) 궤환 전송(Echo Check) 방식
수신 측이 받은 데이터를 송신 측으로 되돌려 보내 원본 데이터와 비교하여 오류를 검출하는 방식
오류 정적 방식
ARQ(Automatic Repeat reQuest)
1. 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 수신 확인과 timeout을 이용하여 데이터를 전송하는 오류 제어 기법
주요 구성요소: checksum, 순서번호, 타이머, ACK,NAK,window, pipelining
종류 : Stop & wait ARQ, 연속적(Go-Back-N, Selective Repeat) ARQ, Adaptive ARQ
ARQ 구성요소
정지 대기 ARQ(Stop And Wait ARQ)
하나의 프레임을 전송 후 수신 측에서 오류를 검사하여 ACK(긍정적인 응답) 신호인 경우에는 다음 프레임을 전송
하지만 NAK(부정적인 응답)을 수신하거나 일정 시간이 경과할 때까지 응답 프레임(ACK,NAK)을 수신하지 못했을 경우 해다 프레임을 재전송
하나의 프레임을 전송할 때마다 수신 측의 응답을 기다려야 하므로 전송 효율은 낮으나, 오류가 발생할 경우 앞서 송신했던 프레임만 재전송하면 되므로 구현 방법이 단순
블록 연속 전송 ARQ(Go-Back-N ARQ)
1. 슬라이딩 윈도 프로토콜
2. 프레임을 전송하는 송신 측에서 전송하는 프레임에 번호를 부여하여 데이터 프레임을 전송하며, 수신 측에서 오류를 검사하여 오류가 발생할 때 수신 측은 송신 측에 NAK 신호와 프레임번호 전송
3. 송신 측의 버퍼는 수신 측이 오류검사 후 부정적인 응답(NAK)인 경우 오류가 난 프레임부터 재전송 -> 버퍼의 용량이 커야함
4. 전송 오류가 발생하지 않으면 연속전송 가능 -> 오류 발생 시 오류가 발생한 부분부터 모두 재전송 -> 중복 전송의 단점
선택적 재전송 ARQ(Selective-Repeat ARQ)
Go-Back-N ARQ방식은 오류가 발생한 데이터 프레임 이후 모든 프레임을 재전송하는 방식
선택적 ARQ 방식은 오류가 발생한 데이터 프레임만을 재전송하는 방식으로 전송효율이 좋으나 장치의 구성이 약간 복잡하다.수신 측의 버퍼는 오류가 발생한 데이터 프레임의 재전송을 기다려 프레임 순번대로
적응적 ARQ(Adaptive ARQ)
1. 전송효율을 최대로 하기 위해 프레임의 개수를 동적(Dynamic)으로 변경시킬 수 있는 방식
2. 수신 측의 버퍼는 오류가 발생한 데이터 프레임의 재전송을 기다려 프레임 순번대로 배열해야 하므로 그 사이 도착하는 모든 프레임을 저장할 수 있는 용량이 큰 버퍼를 가져야 한다.
흐름 제어
정지-대기(Stop-and-wait)
1. 송신기는 각 프레임을 보낸 후에 확인응답을 기다렸다 확인응답을 받았을 때에만 다음 프레임을 보낼 수 있다. 보내고 기다리기를 번갈아 하는 이 과정은 송신기가 전송조료 프레임을 보낼 떄까지 반복된다.
2. 다음 프레임이 전송되기 전에 각 프레임을 검사하고 확인응답(ACK)하므로 간단하다.
3. 송신기는 수신기에서 확인응답이 도아와야만 다음 프레임을 전송할 수 있기 때문에 각 프레임 사이에서 응답을 필요로하므로 전체 전송시간 은 증가
슬라이딩 윈도(sliding-window)
1. 송신기는 확인응답을 요구하기 전에 여러 프레임을 전송할 수 있다. 프레임들을 계속해서 보낼 수 있으므 이는 회선이 한 번에 여러 프레임을 운송하여 전송용량이 효율적으로 이용될 수 있음을 의미한다.
2. 수신기는 여러 개의 프레임을 수령한 것에 대한 응답으로 1개의 ACK를 사용
3. 슬라이딩 윈도는 송신기와 수신기 사이의 프레임 개수(n)보다 하나 작은(n-1)가상의 상자를 의미
프로토콜
구문(Syntax): 부호화되는 데이터 형식, 신호의 크기 규정
의미(Semantic): 전송제어와 오류제어를 위한 제어정보의 규정
순서(Timing): 속도의 조정과 순서규정
OSI 7계층
1계층 물리 계층
실제 장치를 연결하기 위한 전기적 및 물리적 세부 사항을 정의한 계층
인터넷 케이블, 라우터 스위치 등의 전기적 신호가 물리적인 장치에 왔다 갔다하는 계층
단지 데이터를 전달만 할 뿐 전송하려는 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경 쓰지 않고 단지 데이터 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능
2계층 데이터 링크 계층
MAC(맥) 주소를 가지고 통신
물리 계층(1layer)을 통해 송수신되는 데이터의 전송 오류를 감지하는 기능을 제공, 오류 감지 시재전송
장비: 브리지, 스위치
프로토콜(Protocol): 이더넷, MAC,PPP,ATM,LAN
MAC Address: 컴퓨터 간 데이터를 전송하기 위한 컴퓨터 물리적 주소
IP 주소 간의 통신은 각 라우터에서 일어나는 MAC주소와 MAC주소통신의 연속적인 과정
3계층 네트워크 계층
목적지 네트워크 주소(IP)를 정하고, 그에 따른 경로(Route)를 선택하고, 경로에 따라 패킷을 전달해 주는 역할
데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠른 경로로 전달하는 기능(라우팅)이 가장 중요 - 프로토콜, 라우팅 기술 등
여러 개의 노드(node)를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층
다양한 길이의 데이터를 네트워크에 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층(4 Layer)이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단 제공
전송 단위(PDU) : 패킷(Packet)
장비 : 라우터, L3 스위치
프로토콜(Protocol) : IP, ICMP 등
4계층 전송계층
발생지에서 목적지(End-toEnd) 간 제어와 에러를 관리
패킷(Packet)의 전송이 유효한지 확인하고 전송에 실패된 패킷을 다시 보내는 것과 같은 신뢰성 있는 통신 보장,
헤드에는 세그먼트가 포함
5계층 세션계층
통신 세션을 구성하는 계층으로, Port 번호를 기반으로 연결한다.
통신 장치 간의 상호작용을 설정하고 유지하며 동기화한다. Duplex, Half-Duplex, Full-Duplex방식의 통신과 함께 체크 포인팅과 종료, 다시 시작 과정
Session(세션): 클라이언트와 웹 서버 간 네트워크 연결이 지속 유지되고 있는 상태
네트워크 상 양쪽 여녈을 관리하고 연결을 지속시켜주는 계층
세션 생성, 유지, 종료, 전송 중단 시 복구 기능 수행
TCP/IP 세션을 만들고 없애는 역할
통신하는 사용자들을 동기화하고 오류 복구 명령들을 일괄적으로 다룬다.
프로토콜(Protocol): NetBios,SSH,TLS
6계층 표현계층
송신 측과 수신 측 사이에서 데이터의 형식(png,jpg 등)을 정해준다.
받은 데이터를 코드 변환, 구문 검색, 인코딩 - 디코딩 및 암호화, 압축의 과정을 통해 올바른 표준 방식으로 변환
7계층 응용계층
사용자와 바로 연결되어 있으며 응용 sw를 도와주는 계층
사용자로부터 정보를 입력받아 하위계층으로 전달하고 하위 계층에서 전송한 데이터를 사용자에게 전달
응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 네트워크에 연결 및 수행하는 역할
HTTP,DNS,Telnet,FTP
연동장치 종류
1.Repeater
물리계층(OSI 1계층)에서 전송매체에 흐르는 신호를 재생, 증폭하고 중계하는 장비
상호접속이나 전송거리의 연장, 배선의 자유도를 높이기 위한 목적
케이블의 길이가 길수록 잡음에 노출되기 쉽다
2.Hub
리피터(repeater)에서 진화한 장비로써 OSI 1계층에서 제어가 된다.
각 단말기를 연결시키는 분배기의 역할 -> NIC를 꽂고 케이블을 Hub와연결한다.
LAN이 보유한 대역폭을 단말기 대수만큼 나누어 제공하므로 속도가 떨어진다. 하지만 스위칭 허브는 각 허브에 연결된 노드가 일정한 속도의 데이터를 전송할 수 있다.
3.Bridge
데이터링크 계층에서 두 개의 네트워크를 연결하며, 패킷을 중계하고 필터링하는 장치로, MAC브리지라고도 한다.
브리지는 규모가 큰 네트워크를 작게 분리(세그먼트)하여 연결할 떄 사용
동일한 프로토콜을 사용하거나물리계층이 다른 프로토콜을 사용하는 LAN간의 연결 장비이다.
4.Router
네트워크 계층간을 연결하는 장치로, 패킷의 전송 경로를 설정
동일한 프로토콜을 사용하는 네트워크를 연결해서 다양한 데이터 전송경로 중에서 가장 효율적인 경로를 선택하여 패킷 전송, 네트워크 확장이 용이하며, 트래픽 분산이 가능
라우터는 ISP 업체에 설치되어 있다.
5.Gateway
서로 다른 프로토콜을 사용하는 네트워크를 사용한다. 그래서 게이트웨이를 프로토콜 변환기라고도 한다.
매체나 프로토콜이 일치하지 않는 서로 다른 네트워크 구조 간에도 통신을 할 수 있게 한다.
데이터 교환방식
회선 교환(Circuit Switching)
통신을 개시하기 전에 송수신 측 간에 회선을 직접 연결한 후 통신, 접속에는 긴 시간이 소요되나 회선이 연결되면 전송 지연이 거의 없어 실시간 전송 가능
축적 교환(Store and Forward)
교환기의 기억장치에 전송되는 데이터를 축적시킨 후, 적합한 전송경로를 선택하여 컴퓨터와 터미널 간의 데이터를 전송하는 방식
메시지 교환(Message Switching) 방식
메시지 단위로 데이터를 교환하는 방식으로, 회선 교환 방식의 제약 조건을 해결하기 위하여 고안
송수신 측이 동시에 운영 상태에 있지 않아도 된다.
패킷 교환(Packet Switching) 방식
회선 교환망과 메시지 교환망의 장점을 결합하고 단점을 최소화하는 방식
송수신 측 주소를 포함하는 일정 형식의 데이터 블록을 기본 단위로 통신이 이루어지는데 이를 패킷이라고 한다.
데이터 전송 시 교환기나 회선에 장애가 발생하더라도 다른 경로를 선택하여 우회할 수 있다.
- 가상회선 방식
단말기 상호 간에 논리적인 가상 통신회선을 미리 설정하여 송수신지 사이의 연결을 확립한 후에 설정된 경로를 따라 패킷들을 순서적으로 운반하는 방식
정보 전송 전에 제어 패킷에 의해 경로가 설정
- 데이터 그램 방식
연결 경로를 설정하지 않고 인접한 노드들의 트래픽 상황을 감안하여 각각의 패킷들을 순서에 상관없이 독립적으로 운반하는 방식
패킷마다 전송 경로가 다르므로, 패킷은 목적지의 완전한 주소를 가져야 한다.
네트워크의 상황에 따라 적절한 경로로 패킷을 전송하기 때문에 융통성이 좋다.
짧은 데이터 전송에 적합
네트워크 구성 형태
1. 성형 네트워크
성형은 중앙에 컴퓨터가 있고, 그 주위에 터미널을 분산시켜 연결시킨 형태로 컴퓨터와 터미널의 연결은 각각 개별로 하므로 통신회선 비용이 많이 든다.
데이터 관리가 편리하고 운용조직 단순하여 보안 용이, 고장 발견과 유지보수가 편리
2. 트리형 네트워크
처리능력을 지닌 여러 개의 처리센터가 존재하며 이 처리센터를 네트워크로 연결함으로써 신속한 처리를 위한 프로세서의 공유 정보의 공유목적 하에 네트워크
자료를 신속하게 처리하며 고장이 나도 변경 확장이 용이
허브 장비를 필요로 한다.
3. 버스형 네트워크
데이터가 공통회선에 보내지면 모든 장치에서는 수신 가능하므로 송신 메시지는 반드시 목적지를 식별할 수 있는 정보를 포함해야 한다.
네트워크의 시작과 끝에는 터미네이터가 붙는다.
회선비용이 최소이며, 각 노드의 고장 시 통신망에는 전혀 영향이 없으나, 전송회선이 단절되면 전체 네트워크 중단
4. 링형 네트워크
컴퓨터와 터미널의 연결은 서로 인접하는 것끼리만 연결시킨 형태로서 양쪽 방향으로 데이터 전송이 가능핟.
컴퓨터, 단말장치, 통신회선 중에서 어느 하나라도 고장나면 통신망 전체가 마비된다.
연결된 각 노드들은 모든 메시지를 액세스할 수 있기 떄문에 보안유지가 어렵다.
5. 망형 네트워크
공중 통신 네트워크에 이용되며, 모든 터미널과 터미널을 통신회선으로 연결시킨 형태
가장 많은 통신회선을 필요(단점)로 하지만, 통신회선의 장애 시 다른 경로를 통해서 데이터를 전송할 수 있다는 장점이 있다.
근거리 통신망(LAN)
근거리 통신망은 사무실, 빌딩, 공장 등 제한된 지역에서 정보처리장치를 연결하기 위하여 최적화되고 신뢰성 있는 통신채널
다수의 독립된 컴퓨터기기 상호간에 통신이 가능하게 한 데이터 통신 시스템
특징:
광대역 매체의 사용으로 고속통신이 가능하다.
제한된 거리로 인해 패킷 지연시간이 짧다.
네트워크 내의 어떤 기기와도 통신이 가능하다.
광역네트워크에서는 필수적인 경로선택이 필요 없어 네트워크 제어가 쉽다.
LAN의 통신 구조
트랜스포트,네트워크층 - 상위층
데이터링크층 - LLC 부계층, MAC 부계층
물리층 - 물리층
LAN - 물리계층
물리 신호제어: 물리매체 접속 부분과 MAC 계층 간의 인터페이스 역할을 수행하며 신호의 부호화와 복호화를 담당한다.
물리매체 접속: 비트의 흐름을 물리매체에 맞추어서 변환하는 부분으로 Ethernet과 같은 동축케이블을 사용 시 베이스밴드신호로 변환한다.
LAN - MAC(Media Access Control 매체 접근 제어) 계층
IEEE 802.3: 이더넷 표준으로 , CSMA/CD 액세스 제어 방식을 사용
IEEE 802.11: 최고 전송속도가 2Mbps이고 2.4GHz 대역 전파를 사용하는 무선 LAN규격으로써 CSMA/CA 액세스 제어 방식