[정보처리기사 실기] 25. 네트워크 기초 활용하기

 

 

1. 네트워크 계층 구조 파악

• 네트워크 : 원하는 정보를 원하는 수신자에 정확하게 전송하기 위한 기반 인프라
• OSI 7계층 : ISO에서 개발한 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 설명한 개발형 시스템 상호 연결 모델
  • 응용 계층(Application Layer) - 7계층
    • 사용자와 네트워크 간 응용서비스 연결, 데이터 생성
    • 프로토콜 : HTTP, TP
    • 전송단위 : 데이터(Data)
  • 표현 계층(Presentation Layer) - 6계층
    • 데이터 형식 설정, 부호교환, 암/복호화, 압축
    • 프로토콜 : JPEG, MPEG
    • 전송단위 : 데이터(Data)
  • 세션 계층(Session Layer)
    • 송수신 간의 논리적인 연결, 동기제어
    • 프로토콜 : RPC, NetBIOS
    • 전송단위 : 데이터(Data)
  • 전송 계층(Transport Layer)
    • 송수신 프로세스 간의 연결, 데이터 분할, 제조립, 흐름 제어, 오류 제어, 혼잡 제어
    • 프로토콜 : TCP, UDP
    • 전송단위 : 세그먼트(Segment)
  • 네트워크 계층(Network Layer)
    • 단말기 간 데이터 전송을 위한 최적화된 경로 제공
    • 프로토콜 : IP, ICMP
    • 전송단위 : 패킷(Packet)
  • 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
    • 인접 시스템 간 데이터 전송, 전송 오류 제어
    • 프로토콜 : HDLC, PPP
    • 전송단위 : 프레임(Frame)
  • 물리 계층(Physical Layer)
    • 0과 1의 비트 정보를 회선에 보내기 위한 전기적 신호로 변환
    • 프로토콜 : RS-232C
    • 전송단위 : 비트(Bit)
• 통신망
  • 근거리 통신망(LAN) : 전송 거리가 짧은 학교, 병원 등의 건물 내부에서 사용하는 통신망
  • 무선랜 통신망(WLAN) : 유선 LAN과 무선 단말 사이를 무선 주파수를 이용하여 전송하는 네트워크
  • 원거리 통신망(WAN) : 국가망 또는 각 국가의 공중통신망을 상호 접속시키는 국제정보통신망
  • WAN 연결 기술
    • 전용 회선 방식 : 사전에 계약을 체결한 송신자와 수신자끼리만 데이터를 교환하는 방식
    • 회선 교환 방식 : 물리적 전용선을 활용하여 데이터 전달 경로가 정해진 후 동일 경로로만 전달
    • 패킷 교환 방식 : 전체 메시지를 각 노드가 수용할 수 있는 크기(패킷)로 잘라서 보내는 방식
  • 전송 매체 접속 제어(MAC) : 통신망 사용 시 고유 매체에 대한 다중 접근 제어
  • 전송 매체 접속 제어 방식
    • CSMA/CD : 신호 전송 시 현재 채널이 사용 중인지 체크하여 사용하지 않을 때 전송
    • CSMA/CA : 매체가 비어있음을 확인한 뒤 충돌 회피를 위해 임의 시간을 기다린 후 전송
• 네트워크 장비
  • 1계층 장비
    • 허브(Hub) : 여러 대의 컴퓨터를 연결해 네트워크를 보내거나, 하나의 네트워크로 수신된 정보를 여러 대의 컴퓨터로 송신하기 위한 장비
    • 리피터(Repeater) : 디지털 신호를 증폭시켜 주는 역할
  • 2계층 장비
    • 브리지(Bridge) : 두 개의 LAN을 서로 연결해 주는 통신망 연결 장치
    • L2 스위치 : 출발지에서 들어온 Frame을 목적지 MAC 주소로 빠르게 전송
    • NIC : 외부 네트워크와 접속하여 가장 빠른 속도로 데이터를 주고받을 수 있게 컴퓨터 내에 설치되는 장치
    • 스위칭 허브 : 스위칭 기능을 가진 허브
      • VLAN : 논리적으로 LAN을 구성해 브로드캐스트 도메인을 구분할 수 있게 해주는 기술
      • STP : 2개 이상의 스위치가 연결될 때 무한 루프 현상을 막기 위해 우선순위에 따라 통신하도록 하는 프로토콜
  • 3계층 장비
    • 라우터(Router) : LAN과 LAN 또는 LAN과 WAN을 연결하기 위한 인터넷 네트워크 장비
    • 게이트웨이(Gatewau) : 프로토콜을 서로 다른 통신망에 접속할 수 있게 해주는 장치
    • L3 스위치 : 3계층에서 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비
    • 유무선 인터넷 공유기 : 외부에서 들어오는 인터넷 라인들을 연결하여 유선으로 여러 대의 기계를 연결
  • 4계층 장비
    • L4 스위치 : 4계층에서 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비

 

 

2. 네트워크 프로토콜 파악

• 프로토콜 : 서로 다른 시스템이나 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 하기 위한 표준화된 통신규약
• 프로토콜 3요소
  • 구문(Syntax) : 시스템 간의 정보 전송을 위한 데이터 형식, 코딩, 신호 레벨 등의 규정
  • 의미(Semantic) : 시스템 간의 정보 전송을 위한 제어 정보로 조정과 에러 처리를 위한 규정
  • 타이밍(Timing) : 시스템 간의 정보 전송을 위한 속도 조절과 순서 관리 규정 
• 네트워크 프로토콜 : 컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에서 메시지를 주고받는 양식과 규칙의 체계
• 프로토콜 특징
  • 단편화 : 전송이 가능한 작은 블록으로 나누어짐
  • 재조립 : 단편화되어 온 조각들을 원래 데이터로 복원
  • 캡슐화 : 상위 계층의 데이터에 각종 정보를 추가하여 하위 계층으로 보냄
  • 연결 제어 : 데이터의 전송량이나 속도를 제어
  • 오류 제어 : 전송 중 잃어버리는 데이터나 오류가 발생한 데이터를 검증
  • 동기화 : 송신과 수신 측의 시점을 맞추는 기법
  • 다중화 : 하나의 통신 회선의 여러 기기들이 접속할 수 있는 기법
  • 주소 지정 : 송신과 수신지의 주소를 부여하여 정확한 데이터 전송을 보장
• 데이터 링크 계층(2계층) 프로토콜
  • HDLC : 점재점 방식이나 다중방식의 통신에 사용되는 ISO에서 표준화한 동기식 비트 중심의 프로토콜
  • PPP : 네트워크 분야에서 두 통신 노드 간의 직접적인 연결을 위해 사용
  • 프레임 릴레이 : 프로토콜 처리를 간략화하여 단순한 데이터 프레임들의 중계 기능과 다중화 기능만 수행
  • ATM : 정보전달의 기본단위를 53바이트 셀 단위로 전달하는 비동기식 시분할 다중화 방식
• 데이터 링크 계층 프로토콜 상세(HDLC)
  • 프레임 구조
    • 플래그(Flag) : 프레임의 동기를 제공하기 위해 사용하는 영역
    • 주소부(Address) : 프레임 목적지인 보조국의 주소를 나타내는 영역
    • 제어부(Control) : 프레임의 종류를 식별하기 위해 사용하는 영역
    • 정보부(Data) : 실제 정보 메시지가 들어있는 영역
    • 체크섬(FCS) : 프레임에 대한 전송오류를 검출하기 위해 사용하는 영역  
  • HDLC 동작 모드
    • 정규 응답 모드(NRM) : 점재점이나 멀티포인트 불균형 링크 구성에 사용
    • 비동기 응답 모드(ARM) : 보조국에서도 전송 개시할 필요가 있는 특수한 경우에만 사용
    • 비동기 균형 모드(ABM) : 균형 링크 구성에 사용
• 데이터 링크 계층 오류 제어
  • 전진(순방향) 오류 수정 방식(FEC) : 검출된 오류를 재전송 오규 없이 스스로 수정하는 방식
    • 해밍 코드 방식 : 수신 측에서 재전송을 요구하지 않고 직접 오류를 수정하는 방식으로 1비트의 오류 수정 가능
    • 상승 코드 방식 : 여러 비트 오류가 있더라도 한곗값, 순차적 디코딩을 이용하여 모두 수정할 수 있는 방식
  • 후진(역방향) 오류 수정 방식(BEC) : 오류가 발생하면 송신 측에 재전송을 요구
    • 패리티 검사 : 패리티 비트를 추가하여 오류 검출
    • CRC : 다항식을 통해 산출된 값을 토대로 오류를 검사
    • 블록합 검사 : 잉여 패리티 비트들을 사용하는 이차원 패리티 검사 방식
    • 자동반복 요청 방식(ARQ) : 신뢰성 있는 데이터 전달을 위해 재전송을 기반으로 하는 에러제어 방식
      • Stop-and-Wait : 프레임 전송 후 ACK 및 NAK 신호를 수신할 때까지 전송을 중지하고 기다림
      • Go-back-N : 데이터 프레임을 연속적으로 전송하는 과정에서 NAK를 수신하명 오류 이후 모든 프레임 재전송
      • Selective Repeat : 연속적으로 데이터 프레임을 전송하고 에러가 발생한 프레임만 재전송  
• 네트워크 계층(3계층) 프로토콜
  • IP : 컴퓨터 네트워크에서 데이터를 전달하기 위한 규칙과 방법을 정의
  • ARP : IP 네트워크 상에서 IP 주소를 물리 주소(MAC 주소)로 변환
  • RARP : ARP와 반대로 물리적 주소를 IP 주소로 변환
  • ICMP : IP 동작 과정에서 전송 오류 정보를 전송
  • IGMP : 호스트 컴퓨터와 인접 라우터가 멀티캐스트 그룹 멤버십을 구성하는 데 사용
  • 라우팅 프로토콜 : 데이터 전송 시 최적의 경로를 설정해 주는 라우터 간의 상호 통신 프로토콜
  • NAT : 사설 네트워크에 속한 IP를 공인 IP 주소로 바꿔주는 네트워크 주소 변환 기술
• IPv4
  • 패킷 교환 네트워크상에서 데이터를 교환하기 위한 32비트 주소체계를 갖는 네트워크 계층의 프로토콜
  • 헤더 : 주소 등 각종 제어정보를 담고 있는 부분
  • 주소체계 : 10진수로 총 12자리이며, 네 부분으로 나뉨
    • A 클래스 : 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255
    • B 클래스 : 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
    • C 클래스 : 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
    • D 클래스 : 멀티캐스트 용도로 예약된 주소. 224.0.0.0 ~ 239.155.155.155
    • E 클래스 : 연구를 위해 예약된 주소. 240.0.0.0 ~ 255.255.255.255
  • 서브네팅 : 원본 네트워크를 여러 개의 네트워크로 분리하는 과정
    • FLSM : 서브넷의 길이를 고정적으로 사용
    • VLSM : 서브넷의 길이를 가변적으로 사용
• IPv6
  • 128Bit 주소체계를 갖는 차세대 인터넷 프로토콜
  • 특징
    • IP 주소의 확장 : 기존 32비트 주소 공간에서 128비트 주소 공간으로 확장
    • 이동성 : 물리적 위치에 제한받지 않고 같은 주소를 유지하면서 자유롭게 이동
    • 인증 및 보안 기능 : 패킷 출처 인증과 데이터 무결성 및 비밀 보장 기능을 IP 프로토콜 체계에 반영
    • 개선된 QoS 지원 : 흐름 레이블 개념을 도입, 특정 트래픽을 특별한 처리를 통해 높은 품질의 서비스를 제공
    • Plug&Play : IPv6 호스트는 자동적으로 네트워크 주소를 부여받음
    • Ad-hoc 네트워크 지원  : 자동 네트워킹 및 인터넷 연결 지원
    • 단순 헤더 적용 : 고정 크기의 단순 헤더를 사용하고, 확장 헤더를 통해 기능 확장 및 옵션 사용 가능
    • 실시간 패킷 추적 가능: 흐름 레이블을 사용하여 패킷의 흐름을 실시간으로 제공 
  • 헤더 : 출발지 주소, 목적지 주소 길이로 더 커지고, 불필요한 필드를 제거하여 헤더가 단순해짐
  • 주소체계 : 128비트의 주소 공간을 제공, 16비트로 나뉘며 다시 4자리 16진수로 변환
• IPv4에서 IPv6로 전환
  • 듀얼 스택 : IP 계층에 두 가지 프로토콜이 모두 탑재되어 있고, 상대방에 따라 IP 스택을 선택
  • 터널링 : 인접한 IPv4 망을 거쳐 캡슐화하여 전송
  • 주소 변환 : 주소 변환기를 사용하여 서로 다른 네트워크 상의 패킷을 변환 
• IP 통신 방식
  • 멀티캐스트 프로토콜 : 인터넷에서 같은 내용의 데이터를 여러 명의 특정한 그룹의 수신자들에게 동시에 전송 가능
  • 유니캐스트 프로토콜 : 1:1로 트래픽 또는 메시지를 전송
  • 브로드캐스트 프로토콜 : 하나의 송신자가 같은 서브 네트워크상의 모든 수신자에게 데이터를 전송
  • 애니캐스트 프로토콜 : 하나의 호스트에서 그룹 내의 가장 가까운 곳에 있는 수신자에게 데이터를 전송
• 라우팅 프로토콜(3계층) : 데이터 전송을 위해 목적지까지 갈 수 있는 여러 경로 중 최적의 경로를 설정해 주는 라우터 통신규약
• 라우팅 프로토콜 종류
  • 정적 라우팅 : 패킷 전송이 이루어지기 전에 경로 정보를 라우터가 미리 저장하여 중개
  • 동적 라우팅 : 라우터의 경로 정보가 네트워크 상황에 따라 동적으로 변경되어 중개
    • 내부 라우팅 : 동일한 AS 내의 라우팅에 사용
      • RIP : 밸만-포드 알골리즘사용, 15홉 제한, UDP 사용, 30초마다 정보 공류
      • OSPF : 다익스트라 알고리즘 사용, 라우팅 매트릭 지정, AS 분할 사용, 홉 카운트 무제한, 멀티캐스킹 지원 
    • 외부 라우팅 : 서로 다른 AS 간 라우팅 프로토콜로 게이트웨이 간의 라우팅에 사용
      • BGP : 경로 벡터 알고리즘을 통해 경로 선정, TCP 연결을 통해 라우팅 정보를 전달
  • 라우팅 알고리즘의 유형
    •  거리 벡터 알고리즘 : 인접 라우터와 정보를 공유하여 거리와 방향을 결정. 벨만-포드 알고리즘 사용
    • 링크 상태 알고리즘 : 링크 상태 정보를 모든 라우터에 전달하여 최단 경로 트리구선. 다익스트라 알고리즘 사용
• 전송 계층(4계층)
  • TCP : 데이터를 안정적, 순서대로, 에러 없이 신뢰성 있게 교환
    • 특징 : 신뢰성 보장, 연결 지향적 특징, 흐름 제어, 혼잡 제어
    • 헤더구조
      • Source/Destination Port Number : 양쪽 호스트 내 종단 프로세스 식별
      • Sequence Number : 바이트 간위로 구분되어 순서화되는 번호
      • Acknowledge Number : 확인응답번호/승인번호
      • HLEN : TCP 헤더 길이를 4바이트 단위로 표시
      • Flag Bit : TCP 연결 설정과 연결 해제 메시지를 구분
      • Window Size : 현재 수신하고자 하는 윈도의 크기 
      • Checksum : 헤더 및 데이터의 에러 확인을 위해 사용
      • Urgent Pointer : 시퀀스 번호로부터의 오프셋
      • Options and Padding : 최대 40바이트까지 옵션 데이터 포함 가능
  • UDP : 비연결성, 신뢰성이 없으며, 순서화되지 않은 데이터그램 서비스 제공
    • 특징 : 비신뢰성, 순서화되지 않은 데이터그램 서비스 제공, 실시간 응용 및 멀티태스팅 가능, 단순 헤더
    • 헤더 구조
      • Source Port Number : 송신 포트번호
      • Destination Port Number : 수신 포트번호, 선택 항목
      • UDP Length : 바이트 간 위의 길이
      • UDP Checksum : 헤더 및 데이터의 에러 확인을 위해 사용, 선택 항목
• 세션 계층(5계층) 프로토콜
  • RPC : 별도의 원격 제어를 위한 코딩 없이 다른 주소 공간에서 함수나 프로시저 실행 가능
  • NetBIOS : 응용계층 프로그램에게 API를 제공하여 상호 통신할 수 있도록 하는 프로토콜
• 표현 계층(6계층) 프로토콜
  • JPEG : 사진과 같은 다양한 색을 가진 정지영상 압축 기술에 관한 국제 표준 규격
  • MPEG : 동영상 전문가 그룹에서 제정한 동영상 압축 기술에 대한 국제 표준 규격
• 응용 계층(7계층) 프로토콜
  
  • HTTP : 텍스트 기반의 통신규약
  • FTP : TCP/IP 프로토콜을 가지고 서버와 클라이언트 사이의 파일을 전송하기 위한 프로토콜
  • SMTP : 이메일을 보내기 위해 사용하는 프로토콜
  • POP3 : 원격 서버로부터 TCP/IP 프로토콜을 통해 이메일을 가져오는 프로토콜
  • IMAP : 원격 서버로부터 TCP/IP 프로토콜을 통해 이메일을 가져오는 프로토콜
  • Telnet : 인터넷이나 로컬 영역에서 네트워크 연결에 사용되는 프로토콜
  • SSH : Telnet보다 강력한 보안을 제공하는 원격접속 프로토콜
  • SNMP : 네트워크 장치로부터 정보를 수집 및 관리하며, 정보를 시스템에 보내는 데 사용하는 프로토콜
  • DNS : 호스트의 도메인 이름을 네트워크 주소로 바꾸거나, 반대변환을 수행하는 프로토콜
  • DHSP : IP 관리를 쉽게 하기 위한 프로토콜
  • HTTPS : HTTP의 보안이 강화된 프로토콜  

 

 

3. 네트워크 전달 방식

• 패킷 교환 방식 : 패킷으로 데이터를 전송하며 데이터를 전송하는 동안만 네트워크 자원을 사용하도록 하는 통신 방식
  • X.25 : 두 단말장치가 패킷 교환망을 통해 패킷을 원활히 전달하기 위한 통신 프로토콜.
    • 특징 : 고정된 대역폭, 패킷 사용, 1~3계층 담당, 송수신 신뢰성, 성능 저하
  • 프레임 릴레이 : ISDN을 사용하기 위한 프로토콜
    • 특징 : 유연한 대역폭, 기능 단순화, 1~2계층 담당, 저렴한 가격
  • ATM : 비동기 전송모드로, 광대역 전송에 쓰이는 스위칭 기법
• 서킷 교환 방식 : 네트워크 리소스를 특정 사용층이 독점하도록 하는 통신 방식. 전송 보장, 서킷 확보 작업 필요
• 패킷 교환 방식 vs 서킷 교환 방식
  • 서킷 교환 방식은 데이터의 일부를 송수신하여 전달 경로를 파악한 뒤 데이터를 전달하는 반면, 패킷 교환 방식은 헤더의 주소 정보에 따라 수신 측으로 데이터를 전송
  • 패킷 교환 방식 종류
    • 데이터 그램 방식 : 각 패킷을 순서에 무관하게 독립적으로 전송
    • 가상 회선 : 패킷이 전송되기 전 송/수신 측 간의 논리적인 통신 경로를 미리 설정

 

 

4. 네트워크 구조

• 애드 혹 네트워크 : 노드들에 의해 자율적으로 구성되는 기반 구조가 없는 네트워크. 통신 거리성 제약을 극복하며, 네트워크 토폴로지가 동적으로 변화
• 네트워크 설치 구조
  • 버스형 : 하나의 네트워크 회선에 여러 대의 노드가 멀티 포인트로 연결
  • 트리형 : 각 노드가 계층적으로 연결되어 있는 구성 형태
  • 링형 : 모든 노드가 하나의 링에 순차적으로 연결
  • 성형 : 각 단말 노드가 허브라는 네트워크 장비에 점 대 점으로 연결
• 다중화기 : 하나의 회선을 통해 일정한 시간이나 주파수로 나누어서 전송하게 하는 장비
  • 주파수 분할 다중화(FDM) : 하나의 주파수 대역폭을 분할하여 전송
  • 시간 분할 다중화(TDM) : 회선의 대역폭을 일정 시간으로 분할하여 전송
  • 코드 분할 다중화(CDM) : 정해진 주파수 대역에 다수의 사용자가 서로 다른 코드를 사용해 접속 

 

 

5. 네트워크 용어

• SDN : 네트워크를 제어부와 전달부로 분리하여 더 효율적으로 네트워크를 제어, 관리
• Zigbee : 저전력, 저속, 저비용의 근거리 무선 통신 기술
• 스마트 그리드 : 전력망을 지능화, 고도화함으로써 고품질의 전력 서비스를 제공
• NFV : 범용 하드웨어에 가상화 기술을 적용하여 필요한 곳에 제공
• Wi-SUN : 스마트 그리드와 연계하여 전기, 수도, 가스 등의 공급자와 사용자가 효율적으로 관리
• NFC : 10cm 이내에서 사용 가능한 저전력, 비접속식 무선 통신 기술 
• 스몰 셀 : 낮은 전송 파워와 좁은 커버리지를 갖는 고형 기지국
• 블루투스 : 10m 이내의 근거리 디바이스 간 통신을 지원하기 위한 무선 접속 규격
• BLE : 저전력 기반 기기 간 근거리 무선 통신 기능을 제공하는 기술 및 규격
• Zing : 10cm 이내 근접 거리에서 기가급 속도로 데이터 전송이 가능
• BcN : 품질 보장형 광대역 멀티미디어 서비스
• C-V2X : 이동통신 기술 기반의 V2X 자율주행자동차를 위한 통신기술
• 메시 네트워크 : 대규모 디바이스의 네트워크 생성에 최적화된 새로운 방식의 네트워크 기술
• UWB : 매우 낮은 전력을 사용하며, 초광대역 주파수 대역으로 디지털 데이터를 전송하는 무선 전송 기술
• UsN : 통신 기능이 있는 스마트 RFID 태그 및 센서를 부착하여, 사물의 인식정보 및 주변 환경정보를 탐지 및 관리
• WBAN : 체내 혹은 주변에 일어나는 저비용, 저전력, 고속통신이 가능한 신체 접촉 근거리 무선 네트워크
• NDN : 기존 IP 주소 대신 Data의 이름을 활용하여 정보의 효율적인 검색 및 배포
• 네트워크 슬라이싱 : 하나의 물리적 코어 네트워크를 다수의 독립 가상 네트워크로 분리
• NOMA : 동일한 시간, 주파수, 공간 자원상에 두 대 이상의 단말 데이터를 동시에 전송
• MEC : 무선 기지국에 분산 클라우드 컴퓨팅 기술을 적용하여 이용자 단말에 가까이 전개
• 사물인터넷(IoT) : 각종 사물에 센서와 통신 기술을 내장하여 인터넷에 연결
• MQTT : IoT 장치, 텔레메트리 장치 등에서 최적화되어 사용할 수 있도록 개발된 프로토콜
• COAP : M2M 노드들 사이에서 이벤트에 대한 송수신을 비동기적으로 전송하는 REST 기반의 프로토콜

 

 

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# 회고

 

주요 7계층이 나왔다...맨날 외우는데 맨날 까먹는다.

이제 진짜로 안잊어먹게 외워야지.