[정보처리기사 실기] 11장 응용 SW 기초 기술 - 네트워크 기초 활용하기

네트워크 계층 구조 파악

네트워크 개념

- 원하는 정보를 원하는 수신자 똔느 기기에 정확하게 전송하기 위한 기반 인프라 : WAN, LAN

OSI 7계층

- ISO에서 개발한 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 개방형 시스템 상호 연결 모델, 서로 독립적으로 구성, 각 계층은 하위 계층의 기능을 이용해 상위 계층에 기능 제공, 각 계층 지날때마다 헤더가 붙는데, 관련 내용과 정보 내장

• 1계층 : 물리 계층 Physical Layer : 0과 1의 비트 정보를 회선에 보내기 위한 전기적 신호 변환 : RS-232C : 비트 : 허브, 리피터
  • 허브 : 여러 대의 컴 연결 네트워크 보내기, 하나의 네트워크로 수신된 정보를 여러 대의 컴으로 송신
  • 리피터 : 디지털 신호 증폭시켜 신호가 약해지지 않고 컴퓨터로 수신되도록 하는 장비
• 2계층 : 데이터 링크 계층 DataLink Layer : 인접 시스템 간 데이터 전송, 전송 오류 제어, 동기화, 오류 제어, 흐름 제어, 회선 제어 : HDLC, PPP : 프레임 : 브리지, 스위치
  • 브리지 : 두 개의 랜을 서로 연결해 주는 통신망 연결 장치
  • L2 스위치 : 느린 브리지와 허브 단점 개선, 프레임을 목적지 맥 주소 기반으로 빠르게 전송, 3개 중 하나로 사용
    • Store and Forwarding : 데이터 전부 받은 후 다음 처리 하는 방식
    • Cut Through : 데이터 목적지 주소만 확인 후 바로 전송 처리하는 방식
    • Fragment Free : 프레임의 앞 64바이트만을 읽어 에러 처리하고 목적지 포트로 전송
    • L2, 3, 4 스위치는 OSI 중 어떤 계층에서 수행하는가에 구분
  • NIC : Network Interface Card, 외부와 빠른 속도로 데이터 주고 받을 수 있게 컴 내에 설치
  • 스위칭 허브 : 스위치 기능 헙, 사용되는 대부분 허브가 스위칭 허브
• 3계층 : 네트워크 계층 Network Layer : 단말기 간 데이터 전송을 위한 최적화된 경로 제공 : IP, ICMP : 패킷 : 라우터
  • 라우터 : 랜과 랜 연결, 랜과 왠 연결, 패킷의 위치 추출해, 최적의 경로 지정, 경로 따라 데이터 패킷을 다음 장치로 전송시키는 장비, 원하는 목적지까지 지정된 데이터가 안전하게 전달
  • 게이트웨이 : 서로 다른 통신망에 접속, 랜에서 다른 네트워크에 데이터 보내거나 받는 출입구
  • L3 스위치 : IP 레이어의 스위칭을 수행해 외부로 전송, 라우터와의 경계가 모호
  • 유무선 인터넷 공유기 : 인터넷 라인을 연결하여 유선으로 여러 대의 기계를 연결하거나 무선 신호로 송출하면서 여러 대의 컴퓨터가 하나의 라인 공유하도록 하는 장비
  • 백본 스위칭 허브 : 광역 네트워크 커버, 경남권, 부산권 대단위 지역 커버
• 4계층 : 전송 계층 Transport Layer : 송수신 프로세스 간의 연결, 신뢰성 있는 통신 보장, 데이터 분할, 재조립, 흐름 제어, 오류 제어, 호잡 제어 : TCP, UDP : 세그먼트 : L4 스위치
  • L4 스위치 : TCP, UDP 스위칭 수행, FTP, HTTP 구분해 스위칭하는 로드 밸런싱 가능, 이메일 내용 등 정교한 로드 밸런싱 수행 불가, 포트번호 분석해 포워딩 결정하고 Qos/ GLb/ SLB 기능 제공
• 5계층 : 세션 계층 Session Layer : 송수신 간의 논리적인 연결, 연결 접속, 동기제어 : RPC, NetBios : 데이터 : 호스트
• 6계층 : 표현 계층 Presentation Layer : 데이터 형식 설정, 부호 교환, 암 복호화 : JPEG, MPEG : 데이터 : 호스트
• 7계층 : 응용 계층 Application Layer : 사용자와 네트워크 간 응용 서비스 연결, 데이터 생성 : HTTP, FTP : 데이터 : 호스트

네트워크 프로토콜 파악

프로토콜

(1) 개념 : 서로 다른 시스템에서 데이터 교환을 원할히 하기 위한 통신 규약, 일박적인 기능에는 데이터 처리 기능, 제어 기능, 관리적 기능 

 

(2) 기본 3요소 

• 구문 : 정보 전송을 위한 데이터 형식, 코딩, 신호 레벨의 규정
• 의미 : 정보 전송을 위한 제어 정보로 조정과 에러 처리 위한 규정
• 타이밍 : 정보 전송을 위한 속도 조절과 순서 관리 규정

네트워크 프로토콜 개념

• 컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에 메시지 주고받는 양식과 규칙 체계, 규칙에는 전달 방식, 통신 방식, 자료 형식, 오류 검증 및 방식, 코드 변화 규칙, 전송 속도에 정한다, 이기종간 정보 전달의 표준화
• 특징
  • 단편화 : 전송이 가능한 작은 블록
  • 재조립 : 단편화된 조각 데이터 복원
  • 캡슐화 : 데이터 가공 정보 추가해 하위 계층으로 보냄
  • 연결 제어 : 데이터 전송량이나 속도 제어
  • 오류 제어 : 전송 중 읽어버린 데이터나 오류가 발생한 데이터 검증 제어
  • 동기화 : 송수신 측의 시점 맞추는 기법
  • 다중화 : 하나의 통신 회선에 여러 기기들이 접속
  • 주소 지정 : 송신과 수신자의 주소 부여해 정확한 데이터 전송 보장

데이터 링크 계층 (2계층)

• 개념 : 링크의 설정과 유지 및 종료 담당 노드 간의 회선 제어, 흐름 제어, 오류 제어 기능 수행
• 프로토콜 
  • HDLC : 점대점 방식이나 다중 방식의 통신에 사용되는 표준화한 동기식 비트 중심의 데이터 링크 프로토콜
  • PPP : 두 통신 노드 간의 직접적인 연결 위해 일반적으로 사용되는 데이터 링크 프로토콜
  • 프레임 릴레이 : 단순히 데이터 프레임의 중계 기능과 다중화 기능만 수행함으로 데이터 처리 속도의 향상 및 전송 지연 감소 시킨 고속의 데이터 전송 기술
  • ATM : 기본 단위를 53바이트 셀 단위로 전달하는 비동기식 시분할 다중화 방식의 패킷형 전송 기술

네트워크 계층 (3계층)

• 개념 : 다양한 길이의 패킷 전송, 요구하는 서비스 품질 (QoS) 위한 수단을 제공, 라우팅, 패킷 포워딩, 인터 네트워킹 수행
• 프로토콜
  
  • IP : 패킷 단위로 데이터 교환, 정보 주고받는데 사용
  • ARP : IP주소를 MAC 주소로 변환
  • RARP : 맥 주소는 알지만 IP 주소를 모르는 경우, 서버로 부터 IP 주소 요청하기 위해 사용
  • ICMP : IP 패킷을 처리시 발생되는 무제 알려주는 프로토콜, 메시지 형식은 8바이트의 헤더와 가변 길이의 데이터 영억, ping 유틸리티의 구현을 통해 오류 발생을 알림
  • IGMP : 인터넷 그룹 관리, 그룹 멤버십을 구성하는데 사용하는 통신
  • 라우팅 프로토콜 : 목적지까지 갈 수 있는 여러 경로 중 최적의 경로를 설정
• IPv4 : 데이터 교환 위한 32비트 주소 체계 
  • 헤더 : 패킷의 앞부분에서 주소 등 각종 제어 정보 담고 있다. 옵션 미지정시 최소 20바이트 이상
  • 주소체계 : 10진수로 총 12자리 네부분 나뉜다, 0 ~ 255까지 3자리 수, 사용자 증가로 IPv6 등장
  • 클래스 분류
    • A 클래스 : 가장 높은 단위의 클래서, 1~126 범위의 IP : 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255
    • B 클래스 : 128 ~ 191 rkdnsep gksk rkwla : 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
    • C 클래스 : 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
    • D 클래스 : 멀티 캐스트 용도로 예약된 주소 : 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
    • E 클래스 : 연구 위해 예약된 주소 : 240.0.0.0 ~ 255.255.255.255
• IPv6 : 차세대 인터넷 프로토콜, 주소 고갈 보안성 이동성 지원의 문제 해결 128비트 주소 체계
  • 특징 : IP 주소의 확장, 이동성, 인증 및 보안, 개선된 QoS 지원, 플러그앤 플레이 지원, 애드혹 네트워크 지원, 단순 헤더 적용, 실시간 패킷 추적 가능
• IPv4에서 IPv6로 전환 방법
  • 듀얼 스택 : 두가지의 프로토콜이 모두 탑재되어 있고 통신 상대방에 따라 해당 IP 스택 선택
    • 장점 : DNS 주소 해석 라이브러리가 두 IP 주소 유형 모두 지원
    • 단점 : 프로토콜 스택 수정으로 인한 과다한 비용 발생
  • 터널링 : Ipv6망에서 인접한 v4 망을 거쳐 다른 v6망으로 통신할때 v4 망에 터널 만들고 사용하는 프로토콜로 캡슐화하여 전송
    • 장점 : 여러 표준화 활동 존재하고 다양한 기술 표준이 제안
    • 단점 : 구현이 어려워, 복잡한 동작 과정 가짐
  • 주소 변환 : 주소 변환기 사용해 서로 다른 네트워크상의 패킷을 변환
    • 장점 : IPv4, 6 호스트의 프로토콜 스택에 대한 수정이 필요 없으며, 변환 방식의 투명하고 구현이 용이
    • 단점 : 고가의 주소 변환기 필요
    • 게이트웨이 관점, 변환 방법에 따라 헤더 변환방식, 전송 계층 릴레이 방식, 응용 계층 게이트웨이 방식
• 멀티캐스트, 유니캐스트, 브로드 캐스트, 애니 캐스트
  • 멀티캐스트 프로토콜 : 같은 내용의 데이터를 여러 명의 특정한 그룹의 수신자들에게 동시 전송
    • 멀티 캐스트 프로토콜 = 멀티캐스트 라우팅 프로토콜 + 그룹 관리 프로토콜
    • 멀티캐스트 라우팅 프로토콜 : Ip 주소로 구분되는 네트워크 상의 특정 그룹의 모든 사용자에게 동일한 메시지 전송
    • 그룹관리 프로토콜 : 멀티캐스트 지원하는 라우터가 멀티캐스트 그룹에 가입한 네트워크 내의 호스트를 관리하기 위해 사용
  • 유니캐스트 프로토콜 : 고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 목적지에 1대1로 트래픽 또는 메시지 전송
  • 브로드캐스트 프로토콜 : 하나의 송신자가 같은 서브 네트워크 상의 모든 수신자에게 데이터 전송, 전체에게 전달하는 브로드캐스트 프로토콜은 각 송신자가 그룹 내의 모든 수신자에게 메시지 전송하는 방법
  • 애니캐스트 프로토콜 : 하나의 호스트에서 그룹 내 가장 가까운 곳에 있는 수신자에게 데이터 전달, 식별되는 다수의 노드로 데이터그램의 전송이 가능
    • 주소형식 : 여러 개의 인터페이스에 동일한 애니캐스트 주소 부여 가능, 포맷은 유니캐스트 주소와 동일, 서브넷 프리픽스 이후가 모두 0으로 채워짐
    • 패킷 전달 : 매트릭스 참조해 애니캐스트 그룹의 가장 가까운 인터페이스로 데이터 전달, 가장 가까운 인터페이스의 판단 기준은 라우팅 매트릭스
• 라우팅 프로토콜 : 여러 경로 중 최적의 경로 설정
  • RIP : AS내에서 사용하는 거리 벡터 알고리즘에 기초하여 개발된 내부 라우팅 프로토콜
    • 특징 
      • 벨만 포드 알고리즘 사용 : 거리 벡터 라우팅 기반 메트릭 정보를 인접 라우터와 주기적으로 교환해 라우팅 테이블을 갱신하고 라우팅 테이블 구성
      • 15홉 제한 : 최대 홉
      • UDP 사용 : 520 포트 번호
      • 30초마다 정보 공유 : 30초마다 전체 라우팅 정보를 브로드 캐스팅
  • OSPF : TCPIP의 RIP 단점 개성, 자신 기준 링크 상태 알고리즘 적용 최단 경로 찾는 프로토콜
    • 다익스트라 알고리즘 사용 
    • 라우팅 메트릭 지정 : 최소 지연 최대 처리량 등 지정
    • AS 분할 사용 : 자치 시스템을 지역으로 나눠 효과적 관리
    • 홉 카운트 무제한 : 제한 없음
    • 멀티캐스팅 지원
  • BGP : AS 상호 간 경로 정보를 교환하기 위한 프로토콜
    • 변경 발생 시 대상까지의 가장 짧은 경로를 경로 벡터 알고리즘 통해 선정, TCP 연결을 통해 자치 시스템(AS) 정보 신뢰성 전달, 순환 피하는 경로 정보 제공, 라우팅 비용이 많이 들고, 크기가 커 메모리 사용량 많다.
  • 라우팅 알고리즘 : 송신 측으로부터 수신까지 데이터를 전달하는 과정에 다양한 물리 장치 거침, 최적 경로 산출
    • 거리 벡터 알고리즘 : 인접 라우터와 정보 공유해 목적지까지의 거리와 방향을 결정, 벨만 포드 알고리즘 사용, 업데이트 시 전체 라우팅 테이블 보내라고 요청하지만 수신된 경로 비용 정보는 이웃 라우터에게만 보냄
    • 링크 상태 알고리즘 : 다익스트라, 최단 경로 트리 구성하는 알고리즘

전송계층 (4계층)

• 개념 : 상위의 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해주면서 신뢰성 데이터 전달, 오류 제어 방식을 사용하고, 종단 간 통신을 다루는 최하위 계층으로 신뢰성 있고 효율적인 데이터 전소, TCP, UDP
• TCP : 핵심 프로토콜, TCP/IP, 일련의 옥텟을 안정적으로 순서대로 에러 없이 교환
  • 신뢰성 보장, 연결 지향적 특징, 흐름 제어, 혼잡 제어
  • 헤더 구조 : Options & Padding 생략 가능, 최소 20바이트, Padding은 4바이트 단위로 맞추려고 사용
    • Source/Destionation Port Number : 송신과 목적지 포트 번호 : 각 16비트
    • Sequence Number : TCP 신뢰성 및 흐름 제어 기능 : 32비트
    • Acknowledgement Number : 확인 응답 번호/ 승인번호 : 32비트
    • HLEN : 헤더 길이를 4바이트 단위로 표시 : 4바이트
    • Flag bit : URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN으로 구성 : 6개
    • Window size : 2^16까지 표시 : 16비트
    • checksum : 16비트 체크섬 필드, 데이터 포함 세그먼트 오류 검사 : 16비트
    • Urgent Pointer : URG 설정시 이 16비트 필드는 시퀀스 번호로부터 오프셋 나타냄 : 16비트
    • Options and Paddings : 최대 40비트 옵션
• UDP : 비연결성, 신뢰성 없으며, 순서화 되지 않은 데이터그램 서비스
  • 비신뢰성, 순서화되지 않은 데이터 그램 서비스 제공, 실시간 응용 및 멀티캐스팅 가능, 단순 헤더
  • 헤더 구조
    • Source port number : 송신 포트 : 16비트
    • Destination Port number : 수신 포트 : 16비트
    • UDP length : 바이트 단위 길이 최소 8 : 16비트
    • udp checksum : 헤더 및 에러 확인 필드 : 16비트
    • data : 가변 길이 데이터 : 가변

세션 계층 (5계층)

• 개념 : 대화 유지 하기 위한 구조를 제공, 처리 위해 논리적인 연결 담당, 연결이 끊어지지 않도록 유지위해 TCP/Ip 세션 연결의 설정과 해제, 세션 메시지 전송 기능, 표현 계층은 데이터 형식 설저과 부호 교환, 압축 암 복호화 수행
• 프로토콜 
  • RPC : 원격 프로시저 호출, 별도의 원격 제어 위한 코딩 없이 다른 주소 공간에서 함수나 프로시저 실행할 수 있는 통신
  • NetBIOS : 응용 계층의 앱 프로그램에서 API 제공하여 상호 통신

표현 계층 (6계층)

• 개념 : 정보를 통신에 맞은 형태로 만들거나, 하위 계층에서 온 데이터 사용자가 이해할 수 있게 만듬, 수신자 장치에서 적합한 앱을 사용해 응용계층 데이터 부호화 및 변환 수행을 통해 송신 장치로 온 데이터 해석, 표현 계층은 데이터 형식 설저과 부호 교환, 압축 암 복호화 수행
• 프로토콜
  • JPEG : 이미지 표준 규격
  • MPEG : 멀티미디어 표준 규격

응용 계층 (7계층)

• 개념 : 응용 프로세스와 직관계해 일반적인 응용 서비스 수행하는 역할 담당, 개방된 형태로 다양한 범주의 처리
  • 프로토콜 : HTT{, FT{, SMTP, POP3, IMAP, Telnet, SSH, SNMP

네트워크 전달 방식

패킷 교환 방식

• 개념 : 하나로 작은 블록의 패킷으로 데이터 전송, 전송 동안만 네트워크 자원 사용, wan 통해 원격지로 송부 다양한 기술 사용
• X.25 : 두 단말 장치가 패킷 교환망을 통해 패킷을 원할히 전달
  • 고정된 대역폭, 패킷 사용, 1~3계층 담당, 송수신 신뢰성, 성능 저하
• 프레임 릴레이 : ISDN 사용 ITU-T에 의해 표준으로 작성
  • 유연한 대역폭, 기능 단순화, 1~2계층 담당, 가격이 저렴
• ATM : 비동기 전송 모드, 광대역 전송에 쓰이는 스위칭 기법, 동기화 맞추지 않아 보낼 데이터가 없는 사용자의 슬롯은 다른 사람이 사용할 수 있도록하여 네트워크 효율 높임, 하나의 패킷을 보내 연결 설정하게되고 이후 실데이터 전송
  • AAL : 작은 조각인 셀로 전송후 다시 조립
  • ATM 계층 : 셀과 셀 전송 역할, 셀의 레이아웃을 정의 헤더 필드가 의미하는 것 알려줌, 가상 회선의 연결 및 해제, 혼잡 제어 처리
  • 물리 계층 : 물리적 전송 매체 처리 역할

서킷 교환 방식

- 리소스를 특정 사용층이 독점 : 전송 보장, 서킷 확보 작업

패킷 교환 방식과 서킷 교환 방식의 차이

• 패킷 교환 방식 : 데이터를 패킷 단위로 보내는 방식
  • 장점 : 회성 효율이 우수, 비동기 전송이 가능, 연결 설정이 필요 없고 다중 전달이 용이
  • 단점 : 실시간 부적합, 네트워크 지연
  • 활용 : 이메일 메시지 등
  • 종류
    • 데이터 그램 방식 : 연결 경로를 확립하지 않고 각 패킷을 순서에 무관하게 독립적 전송
      • 동작 원리 및 특징 : 독립적 방식으로 보낸 메시지나 보낼 메시지의 어떤 결과와도 관계없는 단일 패킷 단위로 전송하고 수신, 헤더 붙여 개별적으로 전달하는 비연결형 교환 방식
    • 가상 회선 방식 : 패킷이 전송되기 전 송수신 스테이션 간의 논리적인 통신 경로 미리 설정
      • 상호 통신 할 때 하나의 통신 설비를 공유해 여러 논리적인 채널확장후 통신, 목적지와 미리 연결 후 통신 연결형 교환 방식
• 서킷 교환 방식 : 전송 경로를 설정한 뒤 데이터 송수신
  • 장점 : 경로 접속 시간은 1초 내외로 매우 빠름, 전송 제어 절차와 형식에 제약 받지 않음
  • 단점 : 송수신 모두 데이터 교환 준비 완료, 회선이 독점
  • 활용 : 영상, 비디오 등

애드 혹 네트워크

• 개념 : 노드들에 자율적으로 구성되는 기반 구조 없는 네트워크
• 특징 : 기지국이나 액세스 포인트와 같은 기반 네트워크 장치를 필요로 하지 않는 네트워크
• 무선 이터페이스를 사용해 서로 통신, 멀티 홉 라우팅 기능에 의해 가지는 통신 거리상 제약 극복, 네트워크 토폴로지가 동적으로 변화
• 완전 독립형 될 수 있고 게이트 웨이 거쳐 기반 네트워크와 연동
• 활용은 긴급 구조, 전쟁터의 군사 네트워크