정보통신공학
정보통신공학
2012. 1
2012. 1학기
학기
Lecture 3
Lecture 3
4
4장
장 네트워크
네트워크 프로토콜과
프로토콜과 계층
계층 모델
모델
김용화
(yhkim@mmu.ac.kr)
학습
학습 목표
목표
데이터통신 네트워크 시스템에서 데이터 전송에 필수적인 프로토콜의 개념을 이해한다.1
2
1
3
목차
목차
프로토콜이란 무엇인가1
OSI 7계층 참조모델2
3
1
2
OSI 모델의 계층별 기능과 동작1
3
프로토콜이란? • 네트워크상에 있는 디바이스 사이에서 정확한 데이터의 전송과 수신을 하기 위한 일련의 규칙들(set of rules) 프레임(frame):데이터 링크 계층에서 사용되는 데이터 단위 프레임의 기본 구성 • 목적지 주소 영역: 데이터를 받는 목적지 디바이스의 주소 • 전송측 주소 영역: 데이터를 보내는 전송측 디바이스의 주소 • 유료부하 영역: 전송을 원하는 사용자 데이터를 담고 있는 영역Section 01
Section 01 프로토콜이란
프로토콜이란 무엇인가
무엇인가
개체(entity)란? 실제적으로 데이터교환이 가능한 서버, 혹은 모뎀 등 과 같은 디바이스에 대한 일반화한 표현 데이터전송과 개체, 프로토콜과의 상호관계 • 데이터통신과 관련된 임의의 두 개체가 네트워크를 통해서 상호간에 데이터 교 환을 하기 위해서는 상호 합의된 규칙(프로토콜)에 따라 무엇을, 어떻게, 언제 통 신할 것인가를 정하고 이에 따라 데이터 전송이 이루어짐 프로토콜의 구성요소 • 구문(syntax) 요소: 데이터의 형식(format), 부호화 및 신호의 크기 등을 포함 하여 무엇을 전송할 것인가에 관한 내용이 들어 있음. • 의미(semantics) 요소: 데이터의 특정한 형태에 대한 해석을 어떻게 할 것인가 와 그와 같은 해석에 따라 어떻게 동작을 취할 것인가 등 전송의 조정 및 오류 처 리를 위한 제어정보 등을 포함 • 타이밍(timing) 요소: 언제 데이터를 전송할 것인가와 얼마나 빠른 속도로 전송 할 것인가와 같은 내용을 포함. 5
프로토콜이란
프로토콜이란 무엇인가
무엇인가((계속
계속))
서로 다른 특성을 갖는 이질적인 네트워크 시스템에 존재하는 두 개체, 즉 디바이스 A와 B 상호간에 데이터를 주고받기 위해서는, 다양한 프로 토콜들이 필요 (다양한 프로토콜의 예)• 디바이스 A와 네트워크 1(Net 1)간의 프로토콜과 디바이스 B와 네트워크 2(Net 2) 간의 프로토콜
네트워크
1990년 이전, 데이터통신 네트워크를 대표하는 계층구조 모델은 OSI
(Open Systems Interconnection) 모델 이었음.
오늘날, 데이터통신 네트워크의 대표적인 모델은 TCP/IP 프로토콜을 사용하는 TCP/IP 네트워크 모델임. 그러나 OSI 모델은 여전히 네트워크 시스템에 대한 이해과 성능분석, 네트워크 설계시 유용한 내용을 제시함. 7
OSI
OSI와
와 TCP/IP
TCP/IP 프로토콜
프로토콜
OSI
OSI (Open Systems Interconnection)모델이란 무엇인가
• 1970년대 중반부터 데이터통신 네트워크를 근간으로 하여, 서로 다른 형태의 분산 시스템이 확산됨에 따라, 컴퓨터 및 데이터통신 산업에서도 서로 다른 특성을 갖는 시스템 간에 데이터 전송이 가능한 개방형 시스템의 필요성 확대
• ISO (International Standard Organization)에서 데이터통신 네트워크 시스템에 대한 개방형 7계층 구조를 갖는 OSI 7 계층 표준모델을 제안 (--> OSI 7계층 참조모 델(reference model)이라 함) • OSI 참조 모델의 목적 : 각종 표준을 개발하기 위한 기본 골격을 제공하는 것과 궁 극적으로 동일한 표준을 지원하도록 함으로써 서로 다른 컴퓨터의 응용 프로세스 간에 데이터통신이 가능하도록 하는 것 9
OSI 7
OSI 7계층
계층 참조모델
참조모델
OSI
OSI 7
7계층
계층
OSI 7
OSI 7계층
계층
11
Source: CCNA Exploration On Line Curriculum - Network Fundamentals
OSI 모델이 제공됨으로써, 다양한 프로세스들은 네트워크상의 다른 시스템의 응용프로그램과 정보처리 작업을 해당 시스템의 사양이나 환경에 영향을 받 지 않고 수행 가능하게 됨. OSI 모델은 특정 시스템에 대한 프로토콜의 의존도를 줄이고, 향후 기술 진보 에 따른 프로토콜의 확장성 등을 고려하여 보편적인 개념과 용어를 사용. 즉, 개방형 시스템의 프로세스와 프로세스 상호간의 데이터통신, 데이터 저장, 자원 관리, 안전 보호 및 응용 프로그램의 지원 등과 같은 협업 동작 (cooperation)에 대하여 규정.
OSI
OSI 모델의
모델의 특성
특성
개방형 시스템(open system): 컴퓨터, 단말기, 통신 제어장치, 단말기 제어장 치 등과 같은 응용 프로세스 간에 데이터통신 기능 제공 응용개체(application entity): 네트워크상에서 동작하는 응용프로그램과 시 스템 운영 및 관리 프로그램, 단말기 동작과 관련된 프로그램 운영(operation) 기능 제공 연결(connection): 응용개체 간을 연결하는 논리적인 데이터통신 회선 기능 물리적 미디어(physical media): 데이터 링크, 채널 등과 같이 네트워크 시스 템간의 데이터 전송기능 제공 13
개방형
개방형 시스템간
시스템간 데이터통신의
데이터통신의 기본요소
기본요소
효율적인 소프트웨어 구조와 서로 다른 특성을 갖는 네트워크 구조에 대한 효 율적인 관리 등을 고려하여 계층구조를 갖음. 전체 네트워크 시스템을 7개의 기능계층으로 세분화하고, 각 계층은 정형화 된 기능을 수행하도록 구성 네트워크 계층구조는 개체에 대한 서비스 및 프로토콜에 의해 구체화됨.OSI
OSI 계층구조
계층구조
N계층의 프로토콜 데이터 단위[(N)－PDU] : N계층의 데이터(패킷)를 나타내 는 단위 이는 (N＋1) 계층에 있는 개체에서 사용되는 (N+1)계층의 서비스 데이터 단 위[(N+1) SDU]와 연관됨 일반적으로 (N+1)계층은 (N)계층에서 제공하는 서비스를 사용하는 사용자가 되고, (N)계층은 (N+1)계층에게 서비스를 제공하는 서비스 제공자가 됨.
(N+1)-SDU에 (N+1)계층의 제어정보(PCI, protocol control information)가
결합되어 (N+1)-PDU를 만들고 이것이 자신보다 하위에 있는 N계층으로 인 터페이스 되면 N-PDU가 됨. 15
OSI
OSI 계층별
계층별 연계
연계
물리계층이란? • OSI 참조 모델의 최하위 계층 • 비트 단위의 데이터 전송에 관계 • 자신보다 상위에 있는 데이터 링크 계층의 데이터통신 기능을 원활하게 수행하도록 물리적인 연결 설정과 유지 및 해제 기능과 관계됨 물리계층 기능의 예• 신호의 전송 및 수신과 관련되는 DTE/DCE (Data Terminal Equipment/Data Circuit terminating Equipment) 인터페이스 회로와 제어 순서, 커넥터 형태 등의 규격
• 물리 계층에 관련되는 프로토콜은 DTE/DCE 인터페이스로 규정.
OSI
17
물리계층
물리계층
Source: CCNA Exploration On Line Curriculum - Network Fundamentals
개요 • 물리계층의 상위에 위치 • 물리계층이 제공하는 비트전송 기능을 이용하여 인접한 개방형 시스템 사이에서 원활한 데이 터 전송을 수행 • 하부의 물리적인 연결을 통해 보다 신뢰성 있는 데이터 전송 수단을 제공하는 계층 • 랜(LAN)에서는 매체연결제어(MAC)와 논리링크제어(LLC)의 두 서브계층으로 구분 • 데이터링크 계층은 보다 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 데이터를 프레임으로 구성하여 처리
데이터링크
데이터링크 계층
계층
데이터의 프레임화 • 데이터 전송시 데이터를 일정한 길이로 분할하여 프레임 단위로 만드는 과정 프레임의 순서제어 • 순차적인 프레임 전송을 위하여 프레임 번호를 부여 프레임의 전송확인과 흐름제어 • 전송측에서 여러 개의 프레임을 연속하여 전송하는 경우에, 전송되는 프레임이 정 확하게 수신측에 전송되었는가를 확인하고, 동시에 흐름제어도 수행. 오류검출 및 복원 • 전송되는 프레임에는 오류 검출용의 비트열이 첨부되어 있으며, 수신측에서는 이 비트열을 조사함으로써 프레임의 전송상 오류를 판단(오류시 재전송 요청) 데이터 링크 연결설정과 해제 • 프레임 전송에 앞서 수신측이 데이터통신 가능 상태에 있는지를 확인하여 데이터 링크의 연결을 설정하고 해제함 19
데이터링크
데이터링크 계층의
계층의 기능
기능
데이터링크
데이터링크 계층
계층
• 프레임 : 데이터 링크 계층 PDU • 노드 : 공통의 매체에 연결된 네트워크 장치 • 미디어: 두 개의 노드간에 정보의 이동을 위한 물리적 수단21
데이터링크
데이터링크 계층
계층
Source: CCNA Exploration On Line Curriculum - Network Fundamentals
데이터 링크 기능을 이용하여 네트워크 시스템 상호간에 데이터를 전송할 수 있도록 경로배정(routing)과 중계(relay) 기능, 흐름 제어, 오류 제어 등의 기능 을 수행 개방형 시스템 상호간의 데이터통신 회선에 대한 네트워크 연결을 상위 계층 에 제공하기 위하여, 네트워크 연결의 설정, 유지 및 해제 기능을 수행 다수의 네트워크를 경유하는 경우 양측의 종단에서 동일 품질의 서비스를 제 공하도록 조정하는 기능
네트워크
네트워크 계층
계층(1)
(1)
비연결형 네트워크 서비스 • 수신측의 동위 계층과의 연결을 위한 논리적 데이터통신 회선을 설정하지 않고 전송단위인 프로토콜 데이터 단위(PDU)를 전송하는 방식 • 네트워크 연결설정을 하지 않으므로, 데이터의 분실과 중계 지연 등에 대한 제어 기능을 갖 지 않음 • (장점) 네트워크 계층에 다른 통신네트워크를 상호 연결하는 것이 용이하며, 특별한 경우에 는 연결형에 비하여 네트워크의 기능을 간략화할 수 있음. 23
네트워크
네트워크 계층
계층(2)
(2)
주소화
캡슐화
라우팅
역캡슐화
TCP
TCP--IP
IP 네트워크
네트워크 계층
계층
전송 계층은 하부 네트워크와 독립적으로 신뢰성 있는 프로세스 상호간의 완 전한 메시지 전달 기능을 제공 프로세스(process)란? • 호스트 컴퓨터에서 동작하고 있는 응용 프로그램(application program)을 뜻함. 전송 계층은 완전한 메시지 전달 기능을 제공하기 위해서 흐름제어와 오류제 어, 메시지 전달 등의 기능을 수행 연결성과 비연결성 등의 두 가지 운용모드를 지원. 전송 계층은 하위계층을 구성하는 다양한 데이터통신 네트워크의 품질의 차 이를 보상하고 데이터통신에 적합한 종단 프로세스 간에서 데이터 전송을 보 장하는 계층임. 전송 서비스 기본요소인 전송 프로토콜 데이터 단위(T-PDU)가 네트워크 서 비스를 이용하여 상대의 전송 개체에 전송됨. 25
전송
전송 계층
계층
전송
전송 계층의
계층의 데이터통신
데이터통신 모델
모델
세션 계층(Sesssion layer) • 서로 다른 컴퓨터에서 동작되고 있는 두 개의 응용계층 프로토콜 개체가 데이터를 전송하는 데 필요한 대화를 관리하고 조정 • 순서에 따라 데이터를 조합하고 동기화하는 수단과 응용계층 프로토콜 개체 간에 대화채널을 설정하고, 해제하는 수단을 제공 표현 계층 (Presentation layer) • 두 사용자 응용 프로세스 간에 교환될 데이터의 형식과 관련 • 사용자 데이터 전송을 위해 상호 동의하고 이해하는 형식이 협상될 수 있도록 하는 수단을 제 공 • 데이터 형식변환의 개념과 관련된 기능을 제공해주는 계층 27
세션
세션 계층과
계층과 표현
표현 계층
계층
개요 • 응용 계층은 OSI 참조 모델의 최상위 계층으로서 자원(resource) 결정, 구문 확인 등의 기능과 정보 처리를 수행하는 응용 프로그램 및 프로세스 간의 인터페이스, 데이터통신을 수행하기 위 한 기본적인 응용기능 등을 제공 • 서비스의 관점에서 기본적인 응용 기능에 대하여 공통으로 사용되는 기능을 공통 응용서비스 라 하고, 이 이외의 기능을 특정 응용서비스라고 함.응용개체(AE, application entity)란?
• 응용 프로그램은 OSI에서 정의되는 데이터통신 기능에 의하여 다른 응용 프로그램과 데이터 교환을 수행하여 필요한 업무를 처리하는데, 이러한 응용 프로그램이 OSI에 관련하는 기능 부 분을 말함.
응용
사용자 요소(UE, user element): 응용 프로그램이 데이터통신을 수행하기 위
하여 응용 서비스를 이용하는 요소
공통 응용서비스 요소(CASE, common application service element): 응용 계
층 내에서 공통으로 사용되는 서비스 요소로 문맥 제어, 정보 전송과 대화 제 어, CCR(commitment concurrency and recovery control) 제어 등을 수행
특정 응용서비스 요소(SASE, specific application service element): 가상 단말
기, 파일 전송액세스 관리, 작업전송 조작, 원격 데이터베이스 액세스, 네트워 크 관리 등 특정 기능에 사용되는 서비스 요소 29
응용개체의
응용개체의 3
3가지
가지 구성요소
구성요소
응용
응용 계층
계층
통신에 참여하고 있는 장치에 로드된 서비스와 애플리케이션간
에 데이터를 교환하기 위해 서로 일치하는 룰 확립
•
메시지 데이터 구조, 종류 규정•
메시지 종류: 서비스 요청, 확인응답, 데이터 메시지, 상태 메시지, 에러 메시지 31응용
응용 계층
계층 프로토콜
프로토콜 기능
기능
데이터통신과 관련된 두 개체(entity)가 네트워크를 통해서 상호간에 데이 터 교환을 하기 위해서는 상호 합의된 규칙에 따라 무엇을, 어떻게, 언제 통 신할 것인가를 정의하는데, 이렇게 정의된 규칙들을 프로토콜이라 하며, 네 트워크 프로토콜을 구성하는 기본적인 요소로 구문(syntax), 의미 (semantics), 타이밍(timing) 등이 있다. OSI 참조 모델의 목적은 각종 표준을 개발하기 위한 기본 골격을 제공하는 것과 궁극적으로 동일한 표준을 지원하도록 함으로써 서로 다른 컴퓨터의 응용 프로세스 간에 데이터통신이 가능하도록 하는 것이다. OSI 모델(Model)은 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 수송계 층, 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층 등의 7개 계층으로 구성된다.요약
요약(1)
(1)
네트워크 계층은 데이터 링크 기능을 이용하여 전화 교환망, 패킷 교환망, 회선 교환망 등 하나 또는 여러 개의 통신망을 통하여 컴퓨터와 단말기 등 시스템 상호간에 데이터를 전송할 수 있도록 경로 선택(routing)과 중계 기능(relay), 흐름 제어, 오류 복원 등의 기능을 수행한다. 전송 계층은 흐름 제어와 오류 제어, 메시지 전달 등의 기능을 수행하며, 연 결성과 비연결성의 두 가지 운용모드를 지원한다. 세션 계층은 서로 다른 컴퓨터에서 동작되고 있는 두 개의 응용계층 프로토 콜 개체가 데이터를 전송하는 데 필요한 대화를 관리하고 조정한다. 표현 계층은 두 사용자 응용 프로세스 간에 교환될 데이터의 형식과 관련하 여 사용자 데이터 전송을 위해 상호 동의하고 이해하는 형식이 협상될 수 있 도록 하는 수단을 제공한다. 응용 계층은 OSI 참조 모델의 최상위 계층으로서 응용 프로그램 및 프로세 스와의 인터페이스, 데이터통신을 수행하기 위한 기본적인 응용 기능을 제 공한다. 33
