패캠 CS 강의 - 네트워크 - Part 1. 컴퓨터 네트워크 소개

• 1. 컴퓨터 네트워크와 인터넷
  • 1.1. 네트워크와 인터넷
    • 1.1.1. 네트워크
    • 1.1.2. 인터넷
    • 1.1.3. OSI 7계층 (Layer)
    • 1.1.4. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
  • 1.2. 그 밖에 자주 사용되는 용어들
    • 1.2.1. IP 주소 (Address)
    • 1.2.2. 패킷 교환 (Packet Switching)
  • 1.3. 통신을 위한 기본 동작
    • 1.3.1. 요청(Request)
    • 1.3.2. 인지(Indicate)
    • 1.3.3. 응답(Response)
  • 1.4. 확인(Confirm)
• 2. 네트워크의 유형
  • 2.1. LAN (Local Area Network)
  • 2.2. WAN (Wide Area Network)
  • 2.3. 크기 유형
• 3. 네트워크의 계층별 역할
  • 3.1. OSI(Open Systems Interconnection Reference Model) 7계층
  • 3.2. OSI 7 계층과 TCP/IP의 관계
  • 3.3. 종단 간의 연결
  • 3.4. 물리 계층(Physical Layer)
  • 3.5. 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
    • 3.5.1. 데이터 링크 - 노드 대 노드(Hop-to-Hop)의 전달 책임
    • 3.5.2. 데이터 링크 계층의 전달 요소
      • 3.5.2.1. 물리주소의 데이터 전달 과정
  • 3.6. 네트워크 계층(Network Layer)
    • 3.6.1. 네트워크 계층 - 발신지 대 목적지 전달
    • 3.6.2. 네트워크 계층의 전달 흐름
  • 3.7. 전송 계층(Transport Layer)
    • 3.7.1. 전송 층에서의 전달
      • 3.7.1.1. 메세지의 프로세스 대 프로세스 전달
      • 3.7.1.2. 전송 계층의 전달 예시
  • 3.8. 세션 계층(Session layer)
  • 3.9. 표현 계층(Presentation layer)
  • 3.10. 응용 계층 (Application Layer)
  • 3.11. 각 계층과 프로토콜 비교
• 4. 추가 참고 자료

1. 컴퓨터 네트워크와 인터넷

1.1. 네트워크와 인터넷

1.1.1. 네트워크

• 종단 시스템(end system) : PC나 스마트폰처럼 네트워크 송수신 주체

• 프로토콜(Protocol) : 두 이종 시스템을 연결하기 위한 규약

• 통신을 목적으로 실제 물리적으로 선으로 연결되어 있거나 무선으로 연결

1.1.2. 인터넷

• 회사 혹은 소규모의 네트워크에서 전세계 네트워크와 연결된 상태

• 다양한 애플리케이션 서비스가 제공되고 있다

• 종단 시스템은 보통 ISP(Internet Service Provider)에 의해 연결된다

1.1.3. OSI 7계층 (Layer)

• 네트워크 구성 요소를 7개의 계층으로 역할을 나눈 표준 모델

• 각 계층별 역할을 통해 통신 규격(프로토콜)을 만족

• 일부 하위 계층은 하드웨어에서 구현되며, 상위 계층은 소프트웨어로 구현

1.1.4. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

• OSI 7계층이 나오기 전 널리 사용되던 사실상 표준 역할

• 각 계층별 역할에 따라 역할이 나누어짐

1.2. 그 밖에 자주 사용되는 용어들

1.2.1. IP 주소 (Address)

• 통신 자료를 최종적으로 전달하기 위해 필요한 송/수신 위치 정보

• 보통 IPv4 주소를 사용하며, 주소 부족을 해결하기 위해 IPv6가 개발됨

1.2.2. 패킷 교환 (Packet Switching)

• 종단 간에 전송되는 데이터를 패킷(Packet) 이라는 단위로 전달함

• 패킷은 네트워크를 통해 일정한 순서 없이 보내지며 어떤 경로를 통해 이동되는지는 네트워크 상황에 따라 다르다.

1.3. 통신을 위한 기본 동작

1.3.1. 요청(Request)

전송하는 종단 장치에서 상대방에 서비스를 요청한다

1.3.2. 인지(Indicate)

수신하는 장치에서 작업 요청(이벤트)을 확인한다

1.3.3. 응답(Response)

수신하는 장치에서 요청 받은 작업에 대해 적절히 응답한다.

1.4. 확인(Confirm)

전송 측에서 응답 데이터를 최종적으로 확인한다.

2. 네트워크의 유형

2.1. LAN (Local Area Network)

• 일정 그룹의 지역 네트워크 (집, 사무실, 학교 등)

• 소규모로 묶이며 사설망 등을 연결해 구축

2.2. WAN (Wide Area Network)

• 원거리 통신망으로 넓은 범위 연결 (국가, 대륙 등)

2.3. 크기 유형

LAN < WAN < Internet

3. 네트워크의 계층별 역할

3.1. OSI(Open Systems Interconnection Reference Model) 7계층

OSI 7계층이란, 통신 접속에서 완료까지의 과정을 네트워크 통신을 구성하는 요소들에 따라 7단계로 정의한 국제 통신 표준 규약이다.

이를 통해 계층별 기능과 통신 과정을 단계별로 파악할 수 있어, 특정한 곳에 이상이 생기면 그 단계만 수정할 수 있기 때문에 편리하다.

• 이 모델은 프로토콜을 기능별로 나눈 것이다.
• 각 계층은 하위 계층의 기능만을 이용하고, 상위 계층에게 기능을 제공한다.
• '프로토콜 스택' 혹은 '스택'은 이러한 계층들로 구성되는 프로토콜 시스템이 구현된 시스템을 가리키는데, 프로토콜 스택은 하드웨어나 소프트웨어 혹은 둘의 혼합으로 구현될 수 있다.
• 일반적으로 하위 계층들은 하드웨어로, 상위 계층들은 소프트웨어로 구현된다.

3.2. OSI 7 계층과 TCP/IP의 관계

3.3. 종단 간의 연결

3.4. 물리 계층(Physical Layer)

• 개요

  • 물리적 매체(통신 케이블 등 기계적, 전기적, 전송매체)를 통해 데이터를 신호로 변환한 비트 스트림 전송을 담당

  • 물리적인 장치와 인터페이스가 전송을 위해 필요한 기능과 처리절차 규정

  • 전송 단위 : Bit

• 물리 계층의 주요 기능

  • 인터페이스와 매체의 물리적인 특성 : 장치와 전송 매체 간의 인터페이스 특성을 규정

  • 비트의 표현 : 비트를 전송하기 위해 전기적 또는 광학적인 신호로 부호화

  • 데이터 속도 : 신호가 유지되는 비트의 주기를 규정

  • 비트의 동기화 : 송신자와 수신자는 같은 클록을 사용

• 프로토콜

  • MAC(Medium Access Control) 필요

    • 자유경쟁 (선착순)

      • CSMA(Carrier Sense Multiple Access)

      • CSMA/CD(CSMA/Collison Detection)

    • Token

  • CSMA/CD -> IEEE 802.3

    • 한 slot의 크기 잼 신호 = 51.2 us = 64byte 전송소요시간

    • 16번까지 재시도

3.5. 데이터 링크 계층(Data Link Layer)

• 개요

  • 노드 대 노드(node to node) 간 물리적 매체로 패킷 데이터를 신뢰성 있게 전달
  • MAC 주소를 가지고 통신
  • 데이터 전송 단위 : Frame
  • 전송 주소 : MAC

• 기능

  • 프레임 구성 : 네트워크 계층으로부터 받은 비트 스트림을 프레임 단위로 나눔

  • 물리주소 MAC(Medium Access Control) 지정 :

    • 네트워크 카드가 만들어질 때부터 맥 주소(MAC address)가 정해져 있다

    • 송신자와 수신자의 물리 주소를 헤더에 추가

  • 흐름 제어 : 수신자의 수신 데이터 전송률을 고려하여 데이터 전송하도록 제어

  • 오류 제어 : 손상 또는 손실된 프레임을 발견/재전송, 트레일러를 통해 이루어짐

  • 접근 제어 : 주어진 어느 한 순간에 하나의 장치만 동작하도록 제어

• 주요 프로토콜

  • ARP(Address Resolution Protocol)

    • 주소를 해석하기 위한 프로토콜

    • 논리적인 IP 주소를 물리적인 MAC 주소로 바꾼다.

    • 캐시를 통해 얻은 정보가 저장되고 보통 20분의 수명을 가진다.

  • RARP(Reserve Address Resolution Protocol)

    • 역 주소 프로토콜

    • 저장 장치가 없는 네트워크 단말기 등이 IP 주소를 얻기 위해 사용

• 예시

  • 이더넷

3.5.1. 데이터 링크 - 노드 대 노드(Hop-to-Hop)의 전달 책임

3.5.2. 데이터 링크 계층의 전달 요소

3.5.2.1. 물리주소의 데이터 전달 과정

• 물리주소 10인 노드는 물리주소 87 인 노드에 프레임을 보낸다..

  • Ex) 07:01:02:01:2C:4B

• 데이터 링크 수준에서 이 프레임은 헤더에 물리 주소들을 가지고 있다. 여기서는 오직 이 주소들만 필요하다.

• 헤더의 끝에는 이 수준에서 필요한 다른 정보가 있다. 트레일러에는 보통 오류 검출을 위한 추가 비트들이 포함되어 있다.

3.6. 네트워크 계층(Network Layer)

• 개요

  • 네트워크를 논리적으로 구분하고 연결하는 계층
  • 논리적 주소를 기반으로 패킷의 발신지-대-목적지 전달
  • 데이터 전송 단위 : Datagram(Packet)
  • 전송 주소 : IP

• 기능

  • 발신지-대-목적지 전달(packet)

  • 논리 주소지정(Logical addressing)

    • IP : 네트워크 관리자가 할당한 논리적인 주소
    • 상위 계층에서 받은 패킷에 발신지와 목적지의 논리 주소를 헤더에 추가

  • 라우팅(Routing)

    • 데이터(패킷)가 최종 목적지에 전달될 수 있도록 주소(IP)를 정하고, 경로(Route)를 지정하거나 교환 기능

• 주요 프로토콜

  • ICMP(Internet Control Message Protocol)

    • 에러 발생 시 에러 발생 원인을 알려주거나 네트워크 상태를 진단해주는 기능

  • IGMP(Internet Group Management Protocol)

    • 호스트(컴퓨터)가 멀티캐스트 그룹 구성원을 인접한 라우터에게 알리는 프로토콜

  • IP (Internet Protocol)

    • 네트워크 기기에서 논리적 식별을 위한 주소

      • IPv4 : 약 40억 개의 주소

        • Ex) 123.321.234.232

      • IPv6 : 2의 128제곱의 개수를 가진 주소

        • Ex) 21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A

3.6.1. 네트워크 계층 - 발신지 대 목적지 전달

3.6.2. 네트워크 계층의 전달 흐름

3.7. 전송 계층(Transport Layer)

• 개요

  • 전체 메시지를 전달 가능한 세그먼트 단위로 분할하고, 전체 메시지가 완전하게 바른 순서로 프로세스 대 프로세스로 전달됨을 보장

  • 이를 위해 데이터의 전송 방식을 결정하고 전송 속도를 조절하며 오류를 정정하여 신뢰성 있는 데이터를 전달

  • 데이터 전송 단위 : Segment

  • 전송 주소 : Port

  • 네트워크 층은 개별적인 패킷의 종단-대-종단(end-to-end) 전송을 담당

• 기능

  • 포트 주소 지정 (port addressing) : 포트 주소를 포함

    • 네트워크 계층은 각 패킷을 정확한 컴퓨터에, 전송 계층은 해당 컴퓨터의 정확한 프로세스(프로그램)에게 전달

  • 분할과 재조립 (Segmentation and reassembly)

    • 전달 가능한 세그먼트 단위로 나눔

    • 각 세그먼트는 순서 번호를 가지며 이를 통해 재조립 또는 패킷의 손실 여부 판단

  • 연결 제어 (Connection control)

    • 비 연결 및 연결 지향

  • 흐름 제어 (Flow control)

  • 오류 제어 (Error control)

• 프로토콜

  • TCP (Transmission Control Protocol)

    • 연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공

    • 신뢰성을 보장하며 3-way handshaking 과정을 통해 연결

    • 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 방식

  • UDP(User Datagram Protocol)

    • 비연결형 서비스로 데이터 그램 방식을 제공

    • 신뢰성이 낮다

    • TCP보다 속도가 빠르다

  • SCTP(Stream Control Transmission Protocol)

    • SCTP는 UDP와 TCP의 특성을 결합

    • UDP나 TCP와 유사하며 다중 연결을 지원한다.

3.7.1. 전송 층에서의 전달

3.7.1.1. 메세지의 프로세스 대 프로세스 전달

3.7.1.2. 전송 계층의 전달 예시

3.8. 세션 계층(Session layer)

• 개요

  • 응용 프로그램 간의 연결을 지원해주는 계층

  • 통신 시스템 사용자간의 연결을 유지 및 설정함 (API, Socket)

  • 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공

  • 동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(Full Duplex)의 통신과 함께, 체크 포인팅과 유휴, 종료, 다시 시작 과정 등을 수행

  • TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 진다.

3.9. 표현 계층(Presentation layer)

• 개요

  • 데이터의 변환 작업을 하는 계층

• 응용 계층으로부터 전달 받거나 전송하는 데이터를 응용 계층에서 이해할 수 있도록 응용 프로그램에 맞춰 인코딩 및 디코딩 등 변환 이뤄짐. 파일 인코딩, 명령어를 포장, 압축, 암호화한다. (JPEG)

• 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어 준다.

• MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다.

3.10. 응용 계층 (Application Layer)

• 개요

  • 사용자가 네트워크에 접속할 수 있게 해 줌
  • 데이타 단위 : Data/Message

• 기능

  • 사용자 인터페이스 제공

• 서비스

  • 원격로그인, 파일액세스, 전송, 관리, 메일서비스(Mail services) Http www 웹 등등

• 프로토콜 및 프로그램

  • FTP (File Transfer Protocol)

  • Telnet

  • SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

  • DNS ( Domain Name System )

  • HTTP

  • DHCP

  • Ping

  • Tcpdump

  • Tracerouter

3.11. 각 계층과 프로토콜 비교

4. 추가 참고 자료

https://velog.io/@jehjong/%EA%B0%9C%EB%B0%9C%EC%9E%90-%EC%9D%B8%ED%84%B0%EB%B7%B0-TCPIP-4%EA%B3%84%EC%B8%B5

TCP/IP 프로토콜

https://github.com/carnival77/tech-interview/blob/master/contents/network.md#osi-7%EA%B3%84%EC%B8%B5