[네트워크] 컴퓨터 네트워크 개요

1. 정의

컴퓨터 네트워크 통신(데이터 통신의 정의)

• 멀리 떨어져 있는 입출력 장치와 컴퓨터를 통신 회선을 이용하여 넓은 범위의 데이터 처리와 데이터 전송을 종합적으로 가능하게 하는 방식
• Data, Computer, Network

1. 컴퓨터
2. 통신(Communication)
   • 한 점에서 다른 점으로 어떤 정보를 전달하는 것
   • 목적: 보다 빠르게, 싸게, 정확하게, 안전하게
3. 망(Network)
   • LAN, MAN, WAN

 

컴퓨터 통신 혁명

• 특징
  • Data Processing과 Data Communication 간의 근본적인 차이가 없음
  • 데이터/음성/비디오 통신 간의 차이가 없음
  • LAN, MAN, WAN들 간의 회선의 구분이 없음
• 결과
  • 컴퓨터와 통신 산업간의 중복이 증가(보완 발전)
  • 모든 형태의 데이터와 정보를 전송하고 프로세싱하는 통합 시스템 구축 → ISDN(Integrated Service Digital Network)

---

데이터 통신의 정의

• 데이터(data) - 0과 1로 이루어진 디지털 이진 형태의 정보 단위
• 정보(information) - 데이터를 처리, 가공한 결과로서 사용자에게 의사 결정을 도와주는 의미 있는 데이터
• 통신(communication) - 정보 공여자(source)와 정보 수여자(sink)간의 정보 이동 현상(원격 통신-telecommunication)

 

데이터 통신의 분류

분류의 관점 통신의 종류

전송 채널	유선/무선
송수신자의 이동 여부	고정/이동
신호 형태	아날로그/디지털
신호 종류	전기/광
이용 대상	공중통신(public), 전용 통신
정보의 표현 형태	음성, 데이터, 화상, 영상, 멀티미디어 통신

---

데이터 통신의 목표

1. 정확성

• 데이터 전송 중 신호 감쇄, 잡음 등에 의한 형태의 변경 → 잘못된 정보 전송
• 채널 코딩: 전송 데이터에 잉여 정보를 추가함으로써 비트 오류율 성능을 개선시키기 위한 과정
• 정확성을 위한 기술: 채널 코딩(channel coding), 에러 제어 코딩(error control coding), 동기 기술, 스위칭 기술, 어드레싱/네이밍 기술, 흐름 제어 기술, Hamming Code, CRC, Convolutional Code

2. 효율성

• 획득 정보의 가치가 데이터 전송 장비의 가치보다 작으면 비효율적
• 소스 코딩: 디지털 형식으로 변환, 압축하는 과정, 소스의 효율성을 높이기 위해 평균 코드 길이가 최소화하도록 하는 과정
• 효율성을 위한 기술: 소스 코딩(허프만 코드), 다중화(multiplexing) 기술

3. 안정성

• 데이터의 내용이 제 3자에게 누출되거나 변형되면 안됨
• 보안 코딩(Secrecy Coding): 전송 데이터 내용에 안전성을 제공하기 위한 과정
• 안전성을 위한 기술: 보안/비화 코딩(secrecy coding) - 대칭키 및 비대칭키 암호 알고리즘

 

---

2. 구성요소

데이터 통신 시스템

• 컴퓨터와 원거리에 있는 터미널 또는 다른 컴퓨터를 통신 회선으로 결합하여 정보를 처리하는 시스템

데이터 통신 시스템의 요소

• 메시지: 통신의 목적이 되는 정보
• 송신자: 메시지의 생성 및 송신을 담당하는 장치
• 수신자: 전송매체를 통해 전송된 메시지를 수신하는 장치
• 전송매체: 메시지가 송신자로부터 수신자에게 전달되는 물리 경로(Channel, 통신 회선0
• 프로토콜: 데이터통신을 제어하는 약속 또는 규칙들의 집합\

 

데이터 통신 시스템의 구성

• 데이터 전송계와 데이터 처리계로 구성

1. 데이터 단말장비(DTE: Data Terminal Equipment)

• 데이터 수신/송신 장치 혹은 송수신 장치
• 데이터 통신 제어 기능을 갖고 있는 단말장치나 주 컴퓨터

2. 데이터 통신장비(DCE, Data Communication (Circuit termination) Equipment)

• DTE와 데이터 전송로 사이에서 접속을 설정, 유지, 해제하며 부호 변환과 신호 변환을 위한 기능 제공
• 사용자 DTE와 상호접속을 위한 물리적 인터페이스 제공
• 변복조기(MODEM, MOdulation DEModulation)
  • 컴퓨터나 단말 등을 전화회선과 같은 아날로그 통신 회선과 접속하기 위한 장치

• 디지털 서비스 유니트(DSU: Digital Service Unit)
  • 디지털 회선용의 회선 종단 장치로서, 주 컴퓨터나 각종 DTE를 고속 디지털 전송로에 접속하여 데이터 통신을 하는데 필요한 장치
  • 디지털 데이터를 디지털 신호로 변환해주는 역할

• 채널 서비스 유니트(CSU, Channel Service Unit)
  • 회선의 물리적 특성을 관리하는 장치
  • 회선 조절 기능, 회선 유지 보수 기능 등

 

---

3. 프로토콜

프로토콜의 정의

• 정보의 송수신측 또는 네트워크에서 정보를 신뢰성 있고 효율적이며 안전하게 주고받기 위해 사전에 약속된 규약, 규범
• 전달되는 정보의 형태, 오류 제어, 동기 방식 등의 약속

 

프로토콜의 주요 요소

1. 구문(Syntax)
   • 데이터의 형식(Format), 부호화(Coding), 신호 레벨(Signal Levels) 정의
   • 데이터 구조와 순서에 대한 표현
2. 의미(Semantics)
   • 해당 패턴에 대한 해석과, 그 해석에 대한 전송제어, 오류 수정 등에 관한 제어정보를 규정
3. 타이밍(Timing)
   • 두 객체간의 통신 속도 조정
   • 메시지의 전송 시간 및 순서 등에 대한 특성

주요 요소 예시

구문	어떤 프로토콜에서 데이터의 처음 8비트는 송신지의 주소를 지의 주소를 나타내고, 다음 8비트는 수신지의 주소를 나타냄
의미	주소부분 데이터는 메시지가 전달될 경로 혹은 최종 목적지를 나타냄
타이밍	송신자가 데이터를 10Mbps의 속도로 전송하고 수신자가 1Mbps의 속도로 처리를 하는 경우 타이밍이 맞지 않아 데이터 유실이 발생 할 수 있음

---

 

프로토콜의 전송 방식

1. 문자 전송 방식
   • 전송 데이터의 처음과 끝을 알기 위해 특정 문자를 사용하는 방식
2. 비트 전송 방식
   • 정보의 처음, 끝을 임의의 정의된 비트열을 사용하여 전송

 

프로토콜의 기능

• 단편화와 재결합(Fragmentation and Reassembly)
  • 단편화: 응용 계층의 연속적인 비트스트림 메시지를 하위 계층에서는 작은 블록으로 나눔
    • 메시지 → 패킷 → 프레임 → 비트 단위로 전송
  • 재결합: 단편화된 데이터를 받아 다시 하나로 합치는 기능
• 연결 제어(Connection Control)
  • 비연결형 데이터로 전송(Connectionless Data Transfer) - 데이터를 송수신하는 개체 간에 논리적 연결 없이 데이터를 전송
    • 속도는 빠르나 신뢰성이 떨어짐
  • 연결형 데이터로 전송(Connection-oriented data transfer) - 데이터를 송수신하는 개체 간에 논리적 연결을 맺은 후 데이터를 전송
    • 신뢰성은 높으나 오버헤드가 큼
• 흐름 제어(Flow Control)
  • 송신측 개체간의 데이터 양이나 속도를 조절하는 기능
  • 송신측, 수신측의 속도차이나 네트워크 내부 문제 등으로 인한 정보 유실 방지
  • 정지-대기(stop-and-wait) 흐름 제어
    • 수신측의 확인 신호를 받기 전에 데이터를 전송하지 않음
  • 슬라이딩 윈도우(sliding window) 기법
    • 확인 신호를 수신하기 전에 데이터의 양을 미리 정해주는 기법
• 에러 제어(Error Control)
  • 정보 전송 시 채널이나 네트워크 요소의 불완전성으로 데이터나 제어 정보가 파손되는 경우에 대비하는 기법
  • 프레임의 순서를 검사하여 오류를 찾고, 프로토콜 데이터 단위를 재전송
    • 패리티 검사 코드 방식(Parity Bit Check)
• 동기화(Synchronization)
  • 두 개체 사이에 정보를 송수신 할 때 초기화/종료 상태 등의 동기를 맞춤
• 순서화(Sequencing)
  • 데이터를 단편화하여 전송할 때 데이터들이 올바른 순서로 전송되기 위해 필요한 기능
  • 비연결 중심의 데이터 전송에만 사용

 

---

프로토콜의 구성

• 프로토콜의 계층화
  • 상위 계층과 하위 계층으로 분리된 계층 상에서 인접 계층 간의 서비스의 이동
• 계층적 독립성
  • 한 계층의 내부적인 변화가 다른 계층의 변화에 영향을 주지 않음

 

네트워크 프로토콜의 종류

• SNA(System Network Architecture)
  • IBM사가 개발, 발표한 컴퓨터 통신망 구조와 체계
  • 7개 계층으로 구성
  • OSI 기본 참조 모델과 호환성 없음
• OSI(Open Systems Interconnection)
  • 국제 표준화 기구(ISO)에서 제정한 국제적 표준화 망 구조
  • 7계층의 기본 참조 모델을 제정
• TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
  • 미국 국방부에서 개발한 프로토콜
  • TCP와 IP를 조합, 4계층으로 구성한 것으로 현재 인터넷에서 사용됨

 

---

4. 네트워크 기본 개념

네트워크의 정의

• 통신선로에 의해 서로 연결되어 있는 일련의 노드(Node)와 **링크(Link)**의 집합
• 두 대 이상의 컴퓨터를 연결, 근거리나 원거리 통신을 제공하고 연결된 요소들 간의 데이터 등을 전송하는 통신망 (여러 컴퓨터 ↔ 프린터)

네트워크의 장점

• 데이터 교환 수단 - 광범위한 지역에 있는 여러 컴퓨터들의 데이터 교환
• 자원의 공유
  • 주변 장치, 파일, DB 등의 자원 공유
  • 한 컴퓨터의 작업 일부를 네트워크 내의 다른 컴퓨터에 할당 처리하여 부하를 분산
• 유연성 있는 작업 환경 - 네트워크를 통한 가정 내 근무 (스마트워크)
• 위험 예방 가능
  • 치명적인 고장 등에 대한 위험성 분산
  • 동일한 기능을 하는 컴퓨터를 두 대 이상 네트워크에 연결하여 한 컴퓨터가 고장인 경우 다른 컴퓨터가 기능을 대신

 

네트워크의 분류

접속 형태에 따른 분류

• 버스형, 성형, 원형, 계층형, 그물형(Mesh)

공간적 거리에 따른 분류

• 근거리 통신망 (LAN, Local Area Network)
• 도시권 통신망 (MAN, Metropolitan Area Network)
• 광역 통신망 (WAN, Wide Area Network)

 

---

5. 표준기구/표준안

• 표준(Standard) : 최적의 사회이익의 증진을 목적으로 하여, 과학 기술 및 경험의 종합적 결론이나 이해 관계자의 협력과 모든 의견, 대다수의 승인에 의해서 작성된 기술 사양서(technical specification) 또는 그 외의 문서이고 국가, 지역 또는 국제 레벨에서 인정된 단체에 의해 승인된 것
  • 표준은 정확하교 효율적 통신을 위해 필요
  • 표준을 제정하는 여러 표준기구 및 그 표준안이 존재
• De facto (by fact 라는 의미) 표준화: 권위를 인정받는 단체 혹은 조직에 의해 승인되지는 않았지만, 일반에 널리 사용되는 표준 (ex) UNIX)
• De jure (by law) 표준화: 공식적인 권위를 인정받은 단체 혹은 기관에서 제정된 표준
• 국제표준기구(ISO, International Standardization Organization)
  • 분야별로 TC(Technical Committee, 기술 위원회), SC(Sub-Committee, 분과 위원회), WG(Working Group, 작업 그룹)로 나눔
    • ex) ISO/IEC JTC1 SC27 WG1
• OSI(Open Systems Interconnection)
  • 다른 기종간의 상호접속을 가능케 하는 표준 개방형 통신망에 대한 제반 사항을 규정
  • 네트워크를 위한 7계층의 참조 모델을 정의

• 미국 국립표준기구(ANSI, American National Standards Institute)
  • 미국의 규격공업 표준을 제정
  • 국제 표준화 기구(ISO)의 미국 대표 단체
  • ex) ANSI-C 표준
    • 1972 벨 연구소에서 개발된 C언어에 대한 표준안
    • C언어로 작성된 프로그램에 대한 호환성 제공
• 전기전자공학자협회(IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers)
  • 세계 최대의 전기, 전자, 전기 통신, 컴퓨터 분야의 전문가 단체
  • IEEE 802 표준안 - 현재 널리 사용되고 있는 LAN관련 권고 표준안
• 전자산업협회(EIA, Electronic Industries Association)
  • 정보통신 분야로 일반적 전기 특성, 데이터통신, 수치 제어 등에 관한 표준 제정
• 한국 산업 표준(KS, Korean Standards)
• 한국 정보통신 표준(KICS, Korean Information and Communication Standards)

 

 

 

Key Tasks in Computer Network Communication

• Transmission System Utilization
  • 전송 설비를 다수의 이용자의 효율적인 이용
    • multiplex technique
    • congestion control technique
• Interface: device와 transmission system간의 interface
• Signal Generation
  • 전송 시스템을 통한 전파 가능
  • 수신기에서 데이터로서 해석 가능
• Synchronization: 송수신 사이의 동기 (Bit, Frame Synch.)
• Management
  • 데이터 전달 모드: half duplex, full duplex, simple duplex
  • the mount of data to be sent at one time
  • format of data
  • error 및 돌발 사건 발생 시 처리 방법
• Error Detection and Correction
  • data processing system에서 요구됨
    • forward/backward control
• Flow Control
  • 송신단이 destination에서 처리할 수 없는 속도로도 데이터를 전송할 수 없도록 제어
• Addressing: destination의 identity 지정
• Routing: 통신 망에서 특정 route를 선택
• Recovery: 데이터베이스 transaction이나 file transfer시
• Message Formatting: the form of data to be exchanged or transmitted
• Protection
  • sender가 지정한 receiver만이 data수신 가능
  • 전송 도중 데이터 변조 방지 및 검출
  • cryptography technique 이용
• System Management
  • system status 감시
  • 장애나 과부하시 조치 사항
  • 미래의 확장성에 대한 계획

•