네트워크 환경에서는 서로 다른 네트워크를 연결하고 데이터의 품질을 보장하는 것이 중요하다. 이번 글에서는 인터네트워킹(Inter-Networking) 기술과 QoS(Quality of Service, 서비스 품질) 개념을 정리한다.

1. 인터네트워킹(Inter-Networking)

인터네트워킹은 두 개 이상의 서로 다른 네트워크를 연결하는 기능을 의미한다. 이를 위해 라우터, 브리지, 게이트웨이 같은 네트워크 장비가 사용된다.

1) 네트워크 연결 장비

(1) 라우터(Router)

• 네트워크를 연결하는 대표적인 장비이며, OSI 7계층 중 3계층(네트워크 계층)에서 동작.
• IP 주소를 기반으로 최적의 경로를 선택하고 데이터를 전송.
• LAN과 WAN을 연결하는 데 사용되며, 인터넷에서도 핵심적인 역할을 수행.

(2) 게이트웨이(Gateway)

• 네트워크 간 프로토콜 변환을 수행하는 장비.
• OSI 7계층 모든 계층에서 동작할 수 있으며, 주로 서로 다른 네트워크 구조를 연결할 때 사용.
• 예: VoIP(인터넷 전화) 게이트웨이, 이메일 프로토콜 변환

2) 브리지(Bridge)와 트랜스페런트 브리지

(1) 브리지(Bridge)

• LAN과 LAN을 연결하는 장비로, OSI 2계층(데이터 링크 계층)에서 동작.
• MAC 주소를 기반으로 네트워크를 분할하고, 불필요한 트래픽을 차단하여 네트워크 성능을 향상.
• 서로 다른 LAN을 연결할 경우, 프레임 해석 및 변환 등의 복잡한 작업이 필요함.

• 

(2) 트랜스페런트 브리지(Transparent Bridge)

• 네트워크 사용자가 브리지가 존재하는 것을 인식할 필요 없이 자동으로 네트워크를 관리.
• 라우팅 테이블을 이용해 목적지 MAC 주소를 학습하고, 네트워크 트래픽을 최적화.
• 스패닝 트리(Spanning Tree Protocol, STP)를 사용하여 네트워크 루프를 방지.

3) IP 인터네트워킹(IP Inter-Networking)

IP 기반 네트워크에서 패킷을 목적지까지 효율적으로 전달하기 위해 다양한 기능이 수행된다.

(1) IP 네트워크 연결

• 인터넷에서는 서로 다른 네트워크를 IP 프로토콜을 이용해 연결.
• 네트워크 간 데이터 전송 시, MAC 계층이 다르면 패킷 변환 과정이 필요.
• 필요에 따라 패킷을 분할(Fragmentation)하고, 목적지에서 병합(Reassembly)하는 과정이 수행됨.

(2) 인터넷 라우팅(Internet Routing)

• 고정 경로 배정(Static Routing): 관리자가 직접 경로를 설정하여 사용.
• 적응 경로 배정(Dynamic Routing): 네트워크 상태에 따라 자동으로 경로를 변경.
• 자율 시스템(Autonomous System, AS): 독립적인 라우팅 정책을 가진 네트워크 그룹.

2. 서비스 품질(QoS, Quality of Service)

QoS(Quality of Service)는 네트워크에서 데이터 전송 품질을 유지하기 위한 기술이다.

1) QoS 개요

QoS는 데이터 전송 과정에서 발생할 수 있는 지연, 패킷 손실, 오류율 등을 조절하여 안정적인 네트워크 환경을 제공한다.

QoS를 평가하는 주요 기준

1. 연결 설정 지연(Connection Setup Delay): 연결이 설정되기까지 걸리는 시간.
2. 연결 설정 실패 확률(Connection Setup Failure Probability): 연결 실패율.
3. 전송률(Throughput): 일정 시간 동안 처리할 수 있는 데이터의 양.
4. 전송 지연(Transmission Delay): 패킷이 목적지까지 도달하는 데 걸리는 시간.
5. 전송 오류율(Error Rate): 데이터 전송 중 발생하는 오류의 비율.
6. 우선순위(Priority): 특정 데이터에 대한 우선 전송 처리.

2) 인터넷에서의 QoS 지원

IP 네트워크에서 QoS를 보장하기 위해 다양한 기술이 사용된다.

(1) IP 프로토콜과 QoS

• 기본적으로 IP 프로토콜은 모든 패킷을 동등하게 취급하여 QoS를 보장하지 않음.
• QoS를 위해 DiffServ(Differentiated Services), IntServ(Integrated Services) 등의 기술을 추가 적용할 수 있음.

(2) 데이터 종류별 QoS 특징

데이터 유형 QoS 요구 사항 특징

(3) IP 프로토콜에서의 QoS 구현

• DiffServ (Differentiated Services): 패킷에 우선순위를 부여하여 차별적으로 처리.
• IntServ (Integrated Services): 개별 애플리케이션이 필요한 QoS를 요청하면 네트워크가 이를 보장하도록 설계.
• MPLS (Multiprotocol Label Switching): 패킷에 레이블(Label)을 부여해 빠르고 안정적인 데이터 전송을 지원.

3. 정리 및 요약

• 라우터(Router)는 네트워크 계층(3계층)에서 동작하며, 최적의 경로를 찾아 데이터를 전송하는 역할을 한다.
• 브리지(Bridge)는 MAC 주소를 기반으로 LAN을 연결 및 분할하며, 트랜스페런트 브리지(Transparent Bridge)는 네트워크 루프를 방지하는 스패닝 트리(Spanning Tree) 기능을 갖춘다.
• IP 인터네트워킹은 서로 다른 네트워크를 연결하는 과정으로, 패킷 변환, 라우팅 등이 포함된다.
• QoS(Quality of Service)는 네트워크에서 전송 지연, 오류율, 우선순위 등을 조절하여 데이터 전송 품질을 유지하는 기술이다.
• IP 프로토콜은 기본적으로 QoS를 보장하지 않지만, DiffServ, IntServ, MPLS 등의 기술을 적용하여 QoS를 지원할 수 있다.

네트워크에서 데이터를 효과적으로 전송하기 위해 다양한 교환 방식이 존재한다. 본 글에서는 회선 교환, 패킷 교환, 프레임 릴레이 및 셀 릴레이와 같은 데이터 교환 방식과 LAN(Local Area Network)의 구조에 대해 정리한다.

1. 교환 시스템

네트워크에서 데이터를 송수신하기 위해서는 어떤 방식으로 데이터를 교환할지 결정해야 한다. 교환 방식은 연결 설정 여부와 데이터 전송 단위에 따라 나뉜다.

1) 교환 방식

2) 교환 시스템의 종류

네트워크 환경에서 데이터를 송수신하는 방식은 여러 가지가 있으며, 사용자의 필요에 따라 선택된다.

(1) 전용 회선 방식

• 송신 호스트와 수신 호스트가 전용 통신 선로를 사용하여 데이터를 전송하는 방식.
• 보안성과 안정성이 뛰어나지만, 비용이 높고 활용도가 낮음.
• 예: 기업 간 전용선, 금융망

(2) 교환 회선 방식

• 전송 선로 하나를 다수의 사용자가 공유하여 데이터를 전송하는 방식.
• 통신이 필요할 때마다 연결을 설정하고 해제.
• 예: 일반 전화망(PSTN)

(3) 회선 교환 방식

• 통신을 하기 전 송신자와 수신자 간의 연결 경로를 미리 설정하는 방식.
• 전송 중에는 해당 회선을 다른 사용자가 사용할 수 없음.
• 예: 전화 통화, ISDN(종합 정보 통신망)

(4) 패킷 교환 방식

• 데이터를 작은 단위(패킷)로 분할하여 전송하는 방식.
• 개별 패킷이 서로 다른 경로를 통해 전송될 수 있으며, 목적지에서 재조립됨.
• 네트워크를 효율적으로 사용할 수 있지만, 패킷 지연이 발생할 수 있음.
• 예: 인터넷 데이터 전송, IP 기반 네트워크

3) 패킷 교환의 방식

패킷 교환 방식은 두 가지 방법으로 구현될 수 있다.

(1) 가상 회선 방식

• 패킷 교환이지만, 데이터를 전송하기 전에 논리적인 연결(가상 회선)을 설정하는 방식.
• 모든 패킷이 같은 경로로 전송되며, 도착 순서가 유지됨.
• 예: X.25, 프레임 릴레이, MPLS(Multi-Protocol Label Switching)
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(2) 데이터그램 방식

• 각 패킷이 독립적으로 라우팅되며, 목적지까지 가는 경로가 다를 수 있음.
• 패킷이 순서대로 도착하지 않을 수도 있으며, 신뢰성을 보장하지 않음.
• 예: UDP(User Datagram Protocol)
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4) 프레임 릴레이와 셀 릴레이

(1) 프레임 릴레이

• 패킷 교환 방식의 고속 버전으로, 네트워크 전송 속도를 높이기 위해 오버헤드를 최소화한 방식.
• 오류 검출 및 복구 기능이 없으며, 네트워크의 신뢰성에 의존.
• 예: 기업 간 VPN, 고속 데이터 전송

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(2) 셀 릴레이

• 데이터를 고정 크기(일반적으로 53바이트)의 셀(Cell) 단위로 전송하는 방식.
• 전송 지연이 일정하여 멀티미디어 통신에 적합.
• 예: ATM(Asynchronous Transfer Mode), 광대역 네트워크

2. LAN, MAN, WAN

네트워크는 범위(전송 거리)에 따라 LAN, MAN, WAN으로 나뉜다.

3. 정리 및 요약

• 회선 교환은 데이터를 전송하기 전에 연결 경로를 미리 설정하는 방식으로, 모든 데이터가 같은 경로를 통해 전달되며, 고정 대역을 사용하여 안정적인 데이터 전송이 가능하다.
• 메시지 교환은 송신자가 전송하는 전체 데이터를 하나의 단위(메시지)로 전송하며, 각 메시지 헤더에 목적지 주소를 포함한다.
• 패킷 교환은 데이터를 작은 패킷 단위로 나누어 전송하며, 패킷마다 독립적인 라우팅을 수행한다.
• LAN, MAN, WAN은 네트워크의 범위에 따라 구분되며, LAN은 작은 지역에서, WAN은 국가 및 글로벌 규모에서 사용된다.

1. 근거리통신망(LAN), 광역통신망(WAN), 중거리통신망(MAN)

1) 근거리통신망(LAN, Local Area Network)

• 정의: 좁은 지역(건물, 캠퍼스) 내에서 운영되는 네트워크.
• 특징:
  • 소규모 네트워크 구성, 고속 데이터 전송.
  • 브로드캐스트 방식으로 데이터 전송.
• LAN의 네트워크 구조
  • 버스형: 하나의 공유 버스를 통해 여러 호스트 연결.
  • 링형: 모든 노드가 순환 구조로 연결되며 토큰을 이용해 충돌 방지.

2) 광역통신망(WAN, Wide Area Network)

• 정의: 국가 이상 규모의 광범위한 네트워크.
• 특징:
  • LAN 간 연결을 통해 WAN을 형성.
  • 점대점 연결이 필요하며, 교환 기능 필수.
  • 연결 수가 많아질수록 전송 매체 비용 증가.

3) 중거리통신망(MAN, Metropolitan Area Network)

• 정의: 도시 규모의 네트워크, LAN보다 넓고 WAN보다 좁은 범위.
• 특징:
  • DQDB(Distributed Queue Dual Bus) 구조 사용.
    • 두 개의 단 방향 선로가 존재 
    • 분산 데이터 큐를 유지
    • 충충돌 문제를 해결하기 위해 슬롯 링 개념을 변형한 FIFO 기반의 공유 슬롯 방식을 사용
    • ATM과 호환이 가능하도록 53바이트의 프레임을 지원

• • ATM과 호환 가능하며, 공유 슬롯 방식으로 충돌 해결.
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2. 네트워크 간 연결(인터네트워킹)

1) 인터네트워킹 개념

• 정의: 서로 다른 네트워크를 연결하는 기술.
• 주요 장비
  • 리피터: 신호 증폭(1계층).
  • 브리지: LAN 간 데이터 패킷을 분석하여 중계(2계층).
  • 라우터: 네트워크 간 연결 및 경로 배정 수행(3계층).
  • 게이트웨이: 네트워크 프로토콜 변환 및 연결 수행.

  • 

2) 브리지(Bridge)

• 역할: 네트워크 프레임을 분석하여 중계.
• 특징:
  • 트랜스페런트 브리지(Transparent Bridge)
    • 사용자가 의식하지 않아도 자동으로 동작.
    • 브로드캐스트 프레임을 모든 포트로 전달.
  • 소스 라우팅 브리지(Source Routing Bridge)
    • 송신자가 경로 정보를 직접 포함하여 전송.
    • 링 구조 네트워크에서 주로 사용.

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3. IP 인터네트워킹 및 라우팅

1) IP 인터네트워킹

• 정의: 서로 다른 네트워크를 IP 기반으로 연결하는 방식.
• 특징:
  • 양쪽 MAC 계층이 다를 경우 패킷 변환 필요.
  • 경우에 따라 패킷 분할 및 병합 과정 필요.

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2) 라우팅(Routing)

• 정의: 네트워크 경로를 선택하여 패킷을 전송하는 과정.

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• 방식:
  • 고정 경로 배정(Fixed Routing)
    • 미리 정해진 경로를 사용하여 패킷을 전송.
    • 트래픽 변화에 대응 불가.
  • 적응 경로 배정(Adaptive Routing)
    • 네트워크 상태 변화에 따라 경로를 동적으로 변경.
    • 라우터 부담 증가 및 정보 불일치 가능성 존재.
• 자율 시스템(AS, Autonomous System)
  • 동일한 라우팅 정책을 가진 네트워크 그룹.
  • 내부 라우팅 프로토콜(IGP) 및 외부 라우팅 프로토콜(EGP) 사용.

4. 서비스 품질(QoS, Quality of Service)

1) QoS 개요

• 정의: 네트워크 서비스 품질을 유지하는 기술.
• QoS 요소
  • 연결 설정 지연, 전송 속도, 전송 오류율, 우선순위 등.

2) 인터넷에서의 QoS

• IP 프로토콜 특성
  • 모든 패킷을 동일하게 처리, 도착 순서 보장 안 됨.
  • 전송 데이터 유형에 따라 QoS 차등 적용 필요.
• 데이터 유형별 특성
  • 영상 데이터: 실시간 전송 필요, 오류 허용 가능.
  • 컴퓨터 데이터: 오류 최소화 필요, 실시간 전송 불필요.

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5. 요약

✅ LAN: 좁은 지역(건물, 캠퍼스)에서 운영되는 네트워크.
✅ WAN: 국가 이상 규모의 네트워크로, 라우터를 통해 연결됨.
✅ MAN: 도시 단위의 네트워크, DQDB 구조 사용.
✅ 브리지: 네트워크 패킷 중계 장치, 데이터링크 계층에서 동작.
✅ 라우터: 네트워크 간 연결 및 경로 배정 수행.
✅ QoS: 서비스 품질 유지 기술, 데이터 유형별 차별 적용.

1. 네트워크에서 데이터 전달 방식 (교환 시스템)

데이터를 주고받을 때 사용하는 방식에는 크게 두 가지가 있음.

1) 회선 교환 방식 (Circuit Switching)

• 미리 연결을 설정한 후 데이터를 전송하는 방식
• 예시: 전화 통화
  • 전화를 걸면 A와 B 사이에 연결이 만들어짐.
  • 통화하는 동안 이 연결이 유지됨.
  • 통화가 끝나면 연결이 끊어짐.
• 특징
  ✅ 안정적인 데이터 전송 가능 (같은 경로 유지)
  ❌ 연결된 동안 다른 사용자는 해당 회선을 사용할 수 없음 (비효율적)

2) 패킷 교환 방식 (Packet Switching)

• 데이터를 작은 조각(패킷)으로 나누어 전송하는 방식
• 예시: 인터넷
  • 데이터를 작은 패킷으로 나눠서 전송.
  • 각각의 패킷이 다른 경로를 통해 이동 가능.
  • 목적지에 도착하면 원래 데이터로 조립됨.
• 특징
  ✅ 회선을 독점하지 않아 효율적 (여러 사용자가 동시에 사용 가능)
  ❌ 패킷이 다른 경로로 이동하다 보니 지연(jitter) 발생 가능

3) 프레임 릴레이 & 셀 릴레이

• 프레임 릴레이(Frame Relay):
  • 고속 데이터 전송을 위해 개발된 기술
  • 같은 속도의 네트워크에서 사용
• 셀 릴레이(Cell Relay, ATM):
  • 패킷 크기를 일정하게 만들어 빠르게 전송하는 기술
  • 회선 교환과 패킷 교환의 장점을 결합

2. 네트워크 구조 (토폴로지, Topology)

네트워크의 연결 방식(구성 형태)에는 여러 가지가 있어.

1) 성형(Star) 토폴로지

• 중앙에 교환기(허브, 스위치)가 있고 모든 컴퓨터가 연결된 형태
• 예시: 유·무선 공유기
• 장점: 속도가 빠르고, 장애가 나도 일부 컴퓨터만 영향을 받음
• 단점: 중앙 장비가 고장 나면 전체 네트워크가 마비됨

2) 계층형(Tree) 토폴로지

• 트리(나무)처럼 계층 구조로 연결된 형태
• 예시: 전화망
• 장점: 관리와 확장이 편리함
• 단점: 특정 노드에 부하가 집중되면 속도가 느려질 수 있음

3) 버스형(Bus) 토폴로지

• 하나의 긴 케이블(버스)에 모든 컴퓨터가 연결된 형태
• 예시: 예전 이더넷(현재는 잘 사용하지 않음)
• 장점: 설치 비용이 저렴하고 간단함
• 단점: 한 부분이 고장 나면 전체 네트워크에 영향을 미침

4) 링형(Ring) 토폴로지

• 모든 컴퓨터가 원형으로 연결된 형태
• 장점: 충돌 없이 안정적으로 데이터 전송 가능
• 단점: 한 곳이 고장 나면 전체 네트워크가 마비됨

5) 망형(Mesh) 토폴로지

• 모든 기기가 서로 연결된 형태
• 예시: 사물인터넷(IoT) 네트워크
• 장점: 장애가 발생해도 다른 경로로 데이터가 전송됨
• 단점: 구축 비용과 관리 비용이 높음

3. 패킷 교환 방식의 두 가지 유형

1) 가상 회선 방식 (Virtual Circuit)

• 데이터를 전송하기 전에 논리적 연결을 설정함
• 모든 패킷이 같은 경로를 따라 이동
• 예시: 프레임 릴레이

2) 데이터그램 방식 (Datagram)

• 각각의 패킷이 독립적으로 이동하며 다른 경로를 사용할 수도 있음
• 예시: 인터넷

4. 회선 교환 vs. 패킷 교환 (비교 요약)

회선 교환 패킷 교환

📌 결론

• 데이터 전송 방식에는 회선 교환과 패킷 교환이 있다.
• 회선 교환은 전화처럼 연결을 미리 설정하고, 패킷 교환은 인터넷처럼 각 패킷이 독립적으로 이동한다.
• 네트워크 구조(토폴로지)에는 성형, 계층형, 버스형, 링형, 망형 등이 있다.
• 패킷 교환 방식은 가상 회선 방식(한 경로 유지) 과 데이터그램 방식(다른 경로 가능) 으로 나뉜다.
• 교환 방식과 네트워크 구성 방식(토폴로지) 가 중요

1. 계층 구조의 개념

1) 계층적 모듈 구조

• 복잡한 시스템을 기능별로 나누어 모듈화하면 전체 구조가 단순해지고 유지보수가 용이해집니다.
• 프로그래밍에서는 함수 개념을 활용해 프로그램을 모듈화하며, 네트워크에서는 계층별 모듈이 유기적으로 연결되어 동작합니다.
• 계층 구조를 적용하면 시스템 내 한 부분에 문제가 발생하더라도 전체 시스템을 교체할 필요 없이 해당 부분만 수정할 수 있습니다.

2) 계층 구조의 특징과 장점

• 특정 모듈이 다른 모듈에 서비스를 제공하는 방식으로, 네트워크에서도 독립적인 기능을 수행하는 모듈들이 계층적으로 연결됩니다.
• 장점
  • 전체 시스템을 이해하고 설계하기 쉽습니다.
  • 모듈 간 표준 인터페이스를 단순하게 유지하면 독립성이 향상됩니다.
  • 특정 모듈의 외부 인터페이스가 변경되지 않는 한, 내부 기능 변화가 시스템 전체에 영향을 주지 않습니다.
  • 대칭 구조에서는 동일 계층 간 통신(프로토콜)을 단순화할 수 있습니다.

2. 프로토콜 설계 시 고려사항

1) 주소 표현

• 주소는 통신에서 장치를 식별하는 역할을 하며, 구조적 정보를 포함해야 활용도가 높아집니다.
  • 예: 전화번호(국가 코드 - 지역 코드 - 번호), 주민번호(YYMMDD-XXXXXXX)
• 네트워크에서는 1:다(One-to-Many) 통신을 지원하는 방식이 존재합니다.
  • 브로드캐스팅(Broadcasting): 모든 호스트에게 데이터 전달
  • 멀티캐스팅(Multicasting): 특정 그룹의 호스트에게만 데이터 전달

2) 오류 제어

• 데이터 변형 오류: 데이터가 손상된 상태로 도착
• 데이터 분실 오류: 데이터가 목적지에 도착하지 않음
• 오류 제어 기능: 통신 프로토콜에서 필수적인 요소로, 오류 감지 및 복구를 수행합니다.

3) 흐름 제어

• 송신 호스트가 너무 빠르게 데이터를 전송하면 수신 호스트가 처리하지 못해 논리적 데이터 분실 오류가 발생할 수 있습니다.
• 이를 방지하기 위해 흐름 제어 기능을 적용하여 전송 속도를 조절합니다.

4) 데이터 전달 방식

• 단방향 통신(Simplex): 한쪽 방향으로만 데이터 전송 (예: TV, 라디오)
• 반이중 통신(Half Duplex): 한 번에 한 방향으로만 데이터 전송 (예: 워키토키)
• 전이중 통신(Full Duplex): 송신과 수신이 동시에 이루어짐 (예: 전화 통화)

3. 서비스 프리미티브

1) 서비스 프리미티브의 개념

• 계층 구조 프로토콜에서 하위 계층이 상위 계층에 제공하는 서비스를 의미하며, 연결형 서비스와 비연결형 서비스로 나뉩니다.
  • 연결형 서비스(Connection-oriented): 데이터 전송 전 연결을 설정하고, 순서대로 데이터를 전달하며 신뢰성을 보장합니다.
  • 비연결형 서비스(Connectionless): 별도의 연결 설정 없이 각 데이터를 독립적으로 전송합니다.

2) 서비스 프리미티브의 동작 원리

1. Request: 서비스 요청 (예: 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제)
2. Indication: 상대방에게 해당 요청을 알림
3. Response: 요청에 대한 응답 (예: 연결 승인, 데이터 수신 확인)
4. Confirm: 응답에 대한 최종 확인

4. OSI 7계층 모델

1) OSI 모델 개요

OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 네트워크 통신을 7개의 계층으로 나누어 정의한 참조 모델입니다.

주요 용어 정의

• 계층 n 프로토콜: 동일 계층 간의 통신 규칙
• 동료 프로세스(Peer Process): 같은 계층에서 통신하는 양 단의 프로세스
• 인터페이스: 상하위 계층 간의 접속 방법
• 서비스: 상위 계층이 하위 계층을 사용하는 방식

헤더 정보 처리 방식

• 송신 측: 데이터가 상위 계층 → 하위 계층으로 내려가며 헤더가 추가됨.
• 수신 측: 데이터가 하위 계층 → 상위 계층으로 올라가며 헤더가 제거됨.

2) 계층별 기능

5. TCP/IP 모델

1) 구현 환경

• 시스템 공간(계층 1~4): 운영체제 커널에서 동작
  • TCP: 신뢰성 있는 연결형 서비스 제공
  • UDP: 빠른 전송이 필요한 비연결형 서비스 제공
  • IP: 패킷의 경로 설정 및 전송 기능
• 사용자 공간(계층 5~7): 애플리케이션에서 동작
  • 소켓을 통해 TCP/UDP 기능을 사용

2) 주요 프로토콜

• TCP/UDP: 데이터 전송을 담당하는 프로토콜
• IP: 네트워크 계층에서 데이터 패킷 전송 담당
• ICMP: 네트워크 오류 메시지 전송 (IP 패킷에 포함됨)
• ARP/RARP
  • ARP(Address Resolution Protocol): IP 주소를 MAC 주소로 변환
  • RARP(Reverse ARP): MAC 주소를 IP 주소로 변환

6. 요약

• 네트워크는 계층 구조를 기반으로 동작하며, 이는 시스템을 설계 및 유지보수하기 쉽게 만듭니다.
• 프로토콜 설계 시 흐름 제어, 오류 제어, 주소 표현 등의 요소를 고려해야 합니다.
• OSI 7계층 모델은 네트워크 통신을 구조적으로 이해하는 데 필수적인 개념입니다.
• TCP/IP 모델은 실제 인터넷에서 사용되는 프로토콜 모델로, OSI 모델보다 단순한 구조를 가집니다.
• ARP는 IP 주소 → MAC 주소 변환, RARP는 MAC 주소 → IP 주소 변환 기능을 수행합니다.
• ICMP는 네트워크 오류 메시지를 전송하는 프로토콜로, 네트워크 진단(예: Ping) 등에 활용됩니다.

키워드

• 인터페이스: 시스템과 전송 매체의 연결 지점에 대한 규격 (예: RS-232C, USB)
• 프로토콜: 컴퓨터 간 정보를 주고받을 때의 통신 방법에 대한 규칙과 약속
• 도메인 네임과 호스트 네임: 도메인은 그룹 개념이고, 호스트는 그룹에 속한 컴퓨터나 시스템을 의미함

1. 네트워크 관련 기초 용어와 네트워크 기능

1) 네트워크 관련 기초 용어

• 네트워크: 전송 매체로 연결된 시스템의 모음
• 시스템: 내부 규칙에 따라 능동적으로 동작하는 대상 (예: 컴퓨터, 자동차, 마이크로 프로세서, 운영체제 등)
• 경제성: 데이터를 수집 후 가공·처리하여 정보를 생성할 때 비용 절감 가능성
• 인터넷: 전 세계 네트워크가 유기적으로 연결된 통합 네트워크
  • 주요 프로토콜: IP(Internet Protocol)
• 표준화: 서로 다른 시스템이 상호 연동해 동작하기 위한 통일된 연동 형식
• 전송 매체: 시스템이 서로 데이터를 전달하기 위한 물리적인 전송 수단
• 프로토콜: 전송 매체를 통해 데이터를 교환할 때의 통신 규칙

2) 시스템의 구분

• 노드(Node): 인터넷에 연결된 시스템
• 서버(Server): 서비스를 제공하는 시스템
• 호스트(Host): 컴퓨팅 기능이 있는 시스템
• 클라이언트(Client): 서비스를 요청하는 시스템
•  

3) 네트워크의 기능

(1) 프로토콜과 인터페이스

• 프로토콜: 컴퓨터 간 정보 교환을 위한 통신 규칙
• 인터페이스: 같은 호스트 내 상하위 계층 간 규칙
• 서비스: 하위 계층이 상위 계층에 제공하는 인터페이스
•  

(2) 인터네트워킹

• 네트워크 간 연결
• 게이트웨이(Gateway): 네트워크 연결을 담당하는 시스템
  • 리피터(Repeater): 신호 증폭 (물리 계층 지원)
  • 브리지(Bridge): 네트워크 구분 및 데이터 필터링 (데이터 링크 계층 지원)
  • 라우터(Router): 네트워크 계층 지원, 데이터 패킷 전달

(3) 데이터의 단위

• APDU: 응용 계층 데이터 단위
• PPDU: 표현 계층 데이터 단위
• SPDU: 세션 계층 데이터 단위
• TPDU: 전송 계층 데이터 단위
  • 세그먼트(Segment): TCP 프로토콜에서 사용
  • 데이터그램(Datagram): UDP 프로토콜에서 사용
• NPDU: 네트워크 계층 데이터 단위 (일반적으로 패킷)
• DPDU: 데이터 링크 계층 데이터 단위 (일반적으로 프레임)

2. 네트워크 주소 표현

1) 주소와 이름

• 식별자(Identifier): 시스템 간 고유한 값
  • 유일성: 각 시스템은 고유한 값 필요
  • 확장성: 확장성을 보장하여 주소 체계 유지
  • 편리성: 내부 처리 구조를 효율적으로 운영 가능
  • 정보 함축성: 응용 환경에 필요한 정보 포함 (예: 주민등록번호)
• 주소(Address): 기계가 처리하기 쉬운 숫자로 구성된 고유 식별자
• 이름(Name): 사람이 기억하기 쉬운 문자열 (예: 도메인 네임)

2) 네트워크 주소 체계

• 도메인 네임과 호스트 네임
  • 도메인: 그룹 개념, 호스트: 개별 시스템
  • 호스트 네임은 이름, 도메인 네임은 성과 유사한 개념
• IP 주소
  • IPv4: 32비트 주소 체계 (예: 127.0.0.1)
  • IPv6: 128비트 확장형 주소 체계, 기존 IPv4의 주소 부족 문제 해결
  • IPv4 주소 클래스
    • A 클래스: 8비트 네트워크 ID, 24비트 호스트 ID
    • B 클래스: 16비트 네트워크 ID, 16비트 호스트 ID
    • C 클래스: 24비트 네트워크 ID, 8비트 호스트 ID
  • Reserved IP 주소 (지정된 IP 주소)
    • 0.0.0.0: 모든 IP를 의미
    • 127.0.0.1: 루프백 주소 (자기 자신을 의미)
•  

3) 주소 정보 관리

• FQDN(Fully Qualified Domain Name): 호스트 이름과 도메인 이름을 함께 표기 (예: www.google.com)
• 호스트 파일: 초기에는 고정된 파일을 통해 이름-주소 매핑 (예: /etc/hosts)
• DNS(Domain Name System): 도메인 네임을 IP 주소로 변환하는 시스템

4) 기타 주소

• MAC 주소: 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 내장된 고유 주소
  • IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 ARP(Address Resolution Protocol) 사용
• 포트 주소: 호스트 내 특정 프로세스를 식별하는 번호 (예: HTTP는 80번 포트)
• 메일 주소: 이메일 시스템에서 사용자 식별 (예: example@domain.com)

요약

• 네트워크는 전송 매체로 연결된 시스템의 모음
• 프로토콜은 컴퓨터 간 통신을 위한 규칙과 약속
• 인터넷은 전 세계 네트워크가 연결된 통합 네트워크
• IP 주소는 네트워크에서 시스템을 식별하는 주소 체계 (IPv4, IPv6)
• MAC 주소는 물리적 장치의 고유 주소
• 포트 주소는 특정 서비스(프로세스)를 식별하기 위한 번호
• DNS는 도메인 네임을 IP 주소로 변환하는 시스템

1. OSI 참조 모델

1) OSI 7계층 모델의 개념

OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 네트워크 통신을 7개의 계층으로 나누어 설계된 개념적인 모델이다. 각 계층은 특정한 역할을 수행하며, 계층 간에는 정해진 인터페이스를 통해 데이터를 주고받는다.

(1) 주요 용어 정의

• 계층 n 프로토콜: 같은 계층(n계층)에 있는 장치들끼리 데이터를 주고받을 때 사용하는 통신 규칙.
• 동료 프로세스(Peer Process): 네트워크 양단에서 동일 계층에서 실행되는 프로세스.
• 인터페이스(Interface): 상위 계층과 하위 계층 간의 연결 방식.
• 서비스(Service): 하위 계층이 상위 계층에 제공하는 기능.

(2) 데이터 흐름과 헤더 정보

• 송신 측: 데이터를 전송할 때, 각 계층에서 헤더(Header)를 추가하여 하위 계층으로 전달.
• 수신 측: 데이터를 받을 때, 각 계층에서 헤더를 제거하면서 상위 계층으로 전달.
• 이를 캡슐화(Encapsulation) 및 역캡슐화(Decapsulation) 과정이라고 한다.
•  

(3) OSI 7계층의 중개 기능

OSI 모델에서는 네트워크 경로를 설정하고 데이터를 전달하는 기능이 포함된다.

• 라우팅(Routing): 네트워크 계층에서 최적의 데이터 경로를 결정하는 기능.
• 데이터 전송 및 오류 제어: 데이터 링크 계층에서 오류 검출 및 수정 기능을 수행.
•  

2) OSI 7계층별 기능

각 계층은 특정한 역할을 담당하며, 계층 간 협력을 통해 안정적인 네트워크 통신이 가능하다.

계층 번호 계층 이름 주요 기능

OSI 모델은 시스템 공간(1~4계층)과 사용자 공간(5~7계층) 으로 나뉘며, 하위 계층이 상위 계층에 서비스를 제공하는 구조로 동작한다.

2. TCP/IP 모델

TCP/IP 모델은 실제 인터넷에서 사용되는 실용적인 네트워크 모델로, OSI 모델보다 간결하게 4계층으로 구성된다.

1) TCP/IP 계층 구조

OSI 모델과 달리 TCP/IP 모델은 계층을 합쳐 4개의 계층으로 구성된다.

TCP/IP 계층 OSI 계층 대응 주요 프로토콜

2) TCP와 UDP의 차이

• TCP(Transmission Control Protocol)
  • 연결형 서비스 제공 (3-way handshake를 통한 연결 설정).
  • 데이터의 신뢰성 보장 (패킷 손실 시 재전송).
  • 웹 브라우징, 이메일, 파일 전송 등 신뢰성이 중요한 서비스에 사용됨.
• UDP(User Datagram Protocol)
  • 비연결형 서비스 제공 (별도의 연결 설정 과정 없음).
  • 빠른 전송이 가능하지만 데이터 손실 발생 가능.
  • 실시간 스트리밍, 온라인 게임, VoIP 등 지연 시간이 중요한 서비스에 사용됨.
•  

3) TCP/IP 모델의 주요 프로토콜

(1) ARP(Address Resolution Protocol)와 RARP(Reverse ARP)

• ARP: 네트워크에서 IP 주소를 물리 주소(MAC 주소)로 변환하는 프로토콜.
  • 예: 호스트가 특정 IP 주소로 패킷을 전송하려면 해당 IP에 해당하는 MAC 주소를 알아야 함.
  • 이를 위해 ARP 요청을 보내고, 해당 호스트가 응답하면 MAC 주소를 획득.
• RARP: ARP와 반대로 물리 주소(MAC 주소)를 IP 주소로 변환하는 프로토콜.
  • IP 주소가 없는 장치(예: 디스크 없는 워크스테이션)가 부팅 시 IP를 할당받을 때 사용됨.

(2) ICMP(Internet Control Message Protocol)

• 네트워크에서 오류 메시지를 전달하는 프로토콜.
• 주로 핑(Ping) 명령에 사용되며, 패킷이 정상적으로 전송되지 않았을 경우 오류 정보를 제공.
• 주요 기능:
  • Echo Request / Reply: 연결 확인 (Ping 테스트).
  • Destination Unreachable: 목적지 도달 불가.
  • Time Exceeded: TTL(Time to Live) 초과로 패킷 폐기.
  • Redirect: 더 나은 경로로 변경 요청.

3. OSI 모델 vs TCP/IP 모델 비교

비교 항목 OSI 모델 TCP/IP 모델

4. 정리 및 요약

• OSI 7계층 모델은 네트워크 통신을 7개의 계층으로 나누어 각각의 역할을 수행하며, 시스템 공간(계층 1~4)과 사용자 공간(계층 5~7) 으로 구성된다.
• TCP/IP 모델은 실제 인터넷에서 사용되는 네트워크 모델로, 4계층 구조를 가진다.
• ARP와 RARP는 IP와 MAC 주소 변환에 사용되며, ICMP는 네트워크 오류 메시지를 전달하는 역할을 한다.

1. 계층 구조의 개념

1.1 계층적 모듈 구조

1) 모듈화의 개념

• 복잡한 시스템을 기능별로 모듈화하면 구조가 단순해짐
• 프로그래밍 언어에서는 함수 개념을 사용해 전체 프로그램을 모듈화함

2) 계층 구조의 장점

• 시스템을 이해하고 설계, 구현하기 쉬움
• 모듈 간 표준 인터페이스가 단순하면 독립성이 향상됨
• 동일 계층 간 인터페이스(프로토콜)를 단순화할 수 있음
• 특정 모듈의 외부 인터페이스가 변하지 않으면 내부 기능 변화가 전체 시스템에 영향을 미치지 않음

2. 프로토콜 설계 시 고려 사항

2.1 주요 요소

• 주소 표현: 데이터를 올바른 목적지로 전달하는 방식
• 오류 제어: 데이터 변형 오류와 데이터 분실 오류를 감지하고 복구하는 기능
• 흐름 제어: 송신 호스트가 과도한 속도로 데이터를 전송하지 않도록 조절하는 기능
• 데이터 전달 방식: 단방향, 전이중, 반이중

3. 서비스 프리미티브

3.1 개념

서비스 프리미티브(Service Primitives)는 계층 구조 프로토콜에서 하위 계층이 상위 계층에 제공하는 서비스의 인터페이스를 의미함. 네트워크에서는 특정 계층이 다른 계층과 상호작용할 때 표준화된 명령어를 사용하여 데이터를 요청하고 응답함.

3.2 서비스 유형

• 연결형 서비스: 데이터 전송 전에 연결을 설정하고, 전송이 끝나면 연결을 해제하는 방식
  • 예: TCP (Transmission Control Protocol)
  • 연결 설정 → 데이터 전송 → 연결 해제의 3단계 과정
• 비연결형 서비스: 데이터가 독립적으로 목적지로 전송되는 방식
  • 예: UDP (User Datagram Protocol)
  • 각 데이터 패킷이 개별적으로 처리됨

3.3 서비스 프리미티브의 동작 원리

서비스 프리미티브는 네트워크 계층 간 데이터 전송을 제어하는 4가지 주요 명령어로 이루어짐.

1. Request (요청): 상위 계층이 하위 계층에 특정 서비스를 요청함
   • 예: CONNECT.Request (연결 설정 요청), DATA.Request (데이터 전송 요청)
2. Indication (알림): 하위 계층이 요청을 수락했음을 상위 계층에 알림
   • 예: CONNECT.Indication, DATA.Indication
3. Response (응답): 요청을 받은 대상이 응답을 보냄
   • 예: CONNECT.Response, DATA.Response
4. Confirm (확인): 응답을 받은 송신 측에서 최종 확인을 수행
   • 예: CONNECT.Confirm, DATA.Confirm

4. 요약

• 네트워크는 계층 구조를 통해 모듈화되어 동작하며, 각 계층은 독립적인 기능을 수행함.
• 서비스 프리미티브는 네트워크 계층 간 데이터를 주고받기 위한 표준 명령어 세트로, Request, Indication, Response, Confirm의 과정을 거침.
• 연결형 서비스는 TCP처럼 데이터 전송 전에 연결을 설정하고, 비연결형 서비스는 UDP처럼 개별 데이터 패킷을 독립적으로 전송함.