컴퓨터 통신 개요와 데이터 통신 프로토콜

 

통신 표준은 서로 다른 장치와 시스템이 일관되게 통신할 수 있도록 하기 위해서 반드시 필요하다.

이를 통해, 네트워크 상에서 호환성과 상호 운용성을 보장할 수 있고, 데이터가 정확하고 신뢰성 있게 전송될 수 있다.

 

 

국제 표준화 기구들은 이러한 표준을 개발하여, 통신 시스템이 안정적으로 동작하도록 기여하고 있다.

 

 

 

 

통신 표준은 다음과 같은 구성요소로 이루어져 있다.

1. 통신 아키텍처
   통신 아키텍처는 시스템의 구조와 구성 요소들 간의 상호작용을 정의한다.
   네트워크 계층 구조, 데이터 흐름 등이 포함되며, 이는 데이터가 네트워크를 통해 어떻게 흐르는지 설명한다.
   이러한 구조는 네트워크 설계와 통신 프로세스의 기본적인 틀을 제공한다.
2. 주소 체계
   주소 체계는 네트워크 내에서 장치나 사용자 간의 통신을 가능하게 하는 방식으로, 네트워크 상의 모든 장치에 고유한 식별자를 부여한다. (IP 주소 체계)
3. 프로토콜
   프로토콜은 데이터를 전송하기 위한 규칙과 절차를 정의한다.
   데이터 패킷의 형식, 전송 방법, 오류 검출 및 수정 방법 등이 이에 포함되며, 통신이 일관되게 이루어지도록 한다.
   이를 통해 데이터의 신뢰성과 전송 속도를 보장한다.

 

 

 

그 중 프로토콜을 정의하는 표준 문서(Standard Documents)는 네트워크 개체들이 상호작용하는 방식과 인터페이스를 명확히 한다. 이를 통해 서로 다른 제조업체의 장치들이 호환성을 유지하고 동일한 방식으로 통신할 수 있다.

 

 

 

 

프로토콜의 주요 구성 요소

 

1. 문법 (Syntax)
   데이터의 형식과 구조를 정의한다. 즉, 데이터가 어떤 순서로 나타나고 어떻게 조직되는지를 규정한다.
   올바른 문법을 따른 데이터만이 네트워크를 통해 전송된다.
2. 의미 (Semantics)
   데이터의 의미를 정의한다. 각 데이터가 어떤 정보를 담고 있는지, 어떤 명령을 수행하는지를 설명한다.
3. 타이밍 (Timing)
   데이터가 언제 전송되어야 하고, 얼마나 빠르게 전송될 수 있는지를 정의한다.
   이는 데이터 충돌을 방지하고 네트워크 성능을 최적화하는 데 중요하다.

 

 

 

 

 

 

TCP/IP 네트워크

 

TCP/IP 네트워크는 인터넷 및 컴퓨터 네트워크에서 데이터를 주고받기 위한 표준 프로토콜 집합이다.
이 두 프로토콜이 네트워크 통신의 핵심 역할을 담당한다. TCP/IP는 전 세계적으로 사용되며, 오늘날 인터넷 통신의 근간이 되는 구조이다.

 

 

 

TCP/IP의 주요 기능

 

1. TCP (Transmission Control Protocol)
   • 데이터의 신뢰성 있는 전송을 보장한다.
   • 데이터가 손실되거나 손상되지 않고 순서대로 도착하도록 관리한다.
   • 데이터를 작은 패킷으로 나누어 전송하고, 수신 측에서 이를 다시 조립한다.
2. IP (Internet Protocol)
   • 데이터를 목적지로 라우팅하는 역할을 한다.
   • 각각의 네트워크 장치는 고유한 IP 주소를 가지며, IP는 데이터를 출발지에서 목적지까지 전달하는 데 사용된다.
   • IP 주소를 이용하여 네트워크 상에서 장치를 식별하고 경로를 찾는다.

 

 

 

 

TCP/IP 네트워크의 작동 방식

1. 데이터를 보내는 응용 프로그램은 데이터를 TCP에 전달한다.
2. TCP는 데이터를 패킷으로 나누고, 각 패킷에 순서 정보를 추가한다.
3. IP는 각 패킷에 목적지 IP 주소를 추가하고, 패킷을 네트워크를 통해 목적지로 전송한다.
4. 수신 측에서는 IP가 패킷을 수신하고 TCP가 패킷을 재조립하여 원래의 데이터로 복원한다.

 

 

 

여기에서 라우팅(Routing)은 네트워크 상에서 데이터 패킷을 목적지까지 최적의 경로로 전송하는 과정을 말한다.

 

 

패킷(Packet)은 네트워크 상에서 데이터를 전송할 때 작은 단위로 나눈 데이터의 조각을 의미한다. 패킷은 큰 데이터를 작은 조각으로 나누어, 네트워크를 통해 효율적으로 전송할 수 있다. 이를 통해 네트워크는 여러 사용자의 데이터를 동시에 전송할 수 있으며, 데이터가 손상되거나 중간에 손실되더라도 쉽게 복구할 수 있다.

 

 

 

 

 

주소 체계의 주요 구성 요소

1. Physical address (물리적 주소)
   • 물리적 주소는 네트워크 상의 장치에 할당된 고유한 식별자로, 주로 MAC( Media Access Control ) 주소를 의미한다. 이 주소는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 내장되어 있으며, 로컬 네트워크에서 장치 간 통신에 사용된다.
2. IP address (IP 주소)
   • IP 주소는 인터넷과 같은 광범위한 네트워크에서 사용되는 주소로, 네트워크 상의 장치를 식별하고 데이터를 전송하기 위해 사용된다. IPv4와 IPv6와 같은 형식이 존재하며, 각 장치는 고유한 IP 주소를 갖는다.
3. Port address (포트 주소)
   • 포트 주소는 특정 네트워크 애플리케이션 또는 서비스에 연결된 논리적 주소이다.
     예를 들어, 웹 서버는 일반적으로 포트 80을 사용하여 HTTP 요청을 처리하며, 포트는 IP 주소 내에서 실행되는 다양한 네트워크 서비스를 구분하는 데 사용됩니다.

 

 

이 각각의 주소는 네트워크에서 장치 간의 통신과 데이터를 정확하게 라우팅하고 전달하는 역할을 한다.

 

 

 

 

 

 

 

TCP/IP 네트워크 계층과 주소 유형

 

https://slideplayer.com/slide/5357044/

 

1. Application layer (응용 계층)
   • Processes (프로세스): 이 계층에서는 네트워크 응용 프로그램들이 동작하며, 주로 사용자와 상호작용하는 소프트웨어가 있다.
2. Transport layer (전송 계층)
   • TCP (Transmission Control Protocol) 및 UDP (User Datagram Protocol): 이 계층은 데이터의 신뢰성 있는 전송을 담당하며, 데이터 패킷의 전송과 수신을 조정한다.
   • 주소 유형: Port address (포트 주소)
     응용 계층에서 발생한 데이터를 전송 계층으로 넘기면, 전송 계층에서 포트 번호를 할당하여 그 데이터를 특정 응용 프로그램과 연결한다.
3. Network layer (네트워크 계층)
   • IP (Internet Protocol) 및 기타 프로토콜: 네트워크 계층에서는 데이터를 목적지로 라우팅하는 역할을 담당한다. IP 주소는 네트워크 상의 고유한 장치 식별자이다.
   • 주소 유형: IP address (IP 주소)
     각 장치는 IP 주소를 통해 식별되며, 데이터를 인터넷 상에서 올바른 목적지로 전달한다.
4. Data link layer (데이터 링크 계층)
   • Underlying physical networks (물리적 네트워크): 이 계층은 물리적인 네트워크에서 데이터를 실제로 (physical) 전송하는 역할을 한다.
   • 주소 유형: Physical address (물리적 주소)
     물리적 주소는 네트워크 카드에 할당된 고유한 주소인 MAC 주소를 말하며, 로컬 네트워크 내에서 장치 간 데이터를 전송할 때 사용된다.
5. Physical layer (물리 계층)
   • 이 계층은 데이터가 실제로 전송되는 물리적인 매체를 다룬다. 케이블, 무선 신호 등 물리적인 전송 수단이 여기에 포함된다.

 

 

 

여기에서 전송계층과 네트워크 계층 둘 다 어차피 데이터를 전송하는것이 아닌가 헷갈렸었다.

 

어쨋든, 두 계층을 비유하자면

전송 계층은 소포가 어느 집(응용 프로그램)으로 배달될지 확인하는 우편 배달원이다. 집(포트 번호)을 찾아가 소포를 정확히 전달하는 역할을 한다.

네트워크 계층은 소포가 어느 도시에 있는 목적지(네트워크)에 도달할지 경로를 계획하는 역할을 한다. 도시(네트워크)를 결정하고 최적의 길(경로)을 찾는다.

 

 

 

 

 

 

데이터 통신 아키텍처의 다양한 계층들이 IP를 중심으로 상호작용하는 과정

 

1. IP (인터넷 프로토콜)
   • 네트워크 계층에서의 중심 역할을 담당하는 IP는 여러 데이터 통신 요구 사항을 통합하는 계층이다.
     이 계층에서는 웹 페이지의 데이터를 서버에서 클라이언트로 전달하는 경로를 설정한다.
2. ATM (Asynchronous Transfer Mode)
   • ATM은 고속 네트워크 전송을 지원하는 기술로, 가상 네트워크 구현에 중요한 역할을 한다.
3. SONET/SDH (Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy)
   • SONET/SDH는 대규모 통신 네트워크에서 광섬유 네트워크를 통한 데이터를 전송하는 기술로, 안정적인 데이터 전송을 위한 보호 메커니즘(링 보호)을 제공한다.
4. WDM (Wavelength Division Multiplexing)
   • WDM은 광섬유 네트워크에서 여러 광 파장을 사용하여 대역폭을 증가시키는 기술로, 대규모 데이터 트래픽 처리를 위한 광대역 대역폭을 제공한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

컴퓨터의 데이터 전송 과정

 

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1. Transport layer (전송 계층)
   • 전송 계층에서 포트 번호 j와 포트 번호 k를 사용한다.
     각 포트는 데이터를 전송하거나 수신할 응용 프로그램을 식별한다.
2. Network layer (네트워크 계층)
   • 네트워크 계층에서는 IP 주소 A와 IP 주소 P를 사용하여 컴퓨터 A에서 컴퓨터 B로 데이터를 라우팅한다.
     IP 주소를 통해 네트워크 상에서 컴퓨터를 식별한다.
   • Data-1과 Data-2는 각각 IP 패킷으로 감싸지며, 이 패킷들은 출발지와 목적지 IP 주소를 포함하고 있다.
3. Data link layer (데이터 링크 계층)
   • 데이터 링크 계층에서는 물리적 네트워크 주소(예: MAC 주소)를 사용하여 데이터를 로컬 네트워크 상에서 전송한다. 여기서는 H2라는 물리적 주소가 포함되어 있다.
   • 데이터는 패킷에 T2 (트레일러)와 H2 (헤더)를 포함하여 전송된다.

 

 

여기에서 포트 주소는 전송 계층에서 데이터를 특정 응용 프로그램으로 라우팅하는 데 사용된다.

데이터는 네트워크 계층에서 IP 주소를 사용하여 목적지로 전달되고, 마지막으로 데이터 링크 계층에서 물리적 주소를 사용하여 물리적 네트워크를 통해 데이터를 전송한다.

 

 

 

 

 

 

 

경유 라우팅을 통한 네트워크 연결 예시

https://slidesplayer.org/slide/16890606/

 

 

화면 상단에서 두 개의 컴퓨터 A(10)와 E(87)가 버스 형태로 연결되어 있다.

버스는 하나의 공통 통신 채널을 공유하며, 모든 장치가 이 채널을 통해 데이터를 전송한다.

 

중간에 있는 링 구조는 여러 컴퓨터가 순환형으로 연결된 형태이다.

 

R(라우터)은 다른 네트워크를 연결하는 장치이다. 데이터가 네트워크 사이를 이동할 때 라우터가 그 경로를 관리한다.

 

 

이렇게 각각의 Network(네트워크)가 서로 연결되어 있으며, 이를 통해 인터넷의 다른 부분과 상호 연결된다.

연결 장치를 사용하여 네트워크는 인터넷 전체와 연결되고, 데이터가 네트워크 간에 전송된다.