[데이터 통신] Introduction to Data Communication(2)

Data Communication & Networking

Chapter1 Introduction of Data Communication

Layering & Protocol Stacks

Protocol?

프로토콜(Protocol)이란 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 규칙과 절차의 집합을 의미한다. 즉, 서로 다른 장치들이 데이터를 정확하고 원활하게 주고받을 수 있도록 정의된 표준 통신 규약이다.

쉽게 말해, 컴퓨터 간의 “언어”이며, 모든 네트워크 장치는 같은 프로토콜을 따라야 한다.

• 프로토콜이 필요한 이유

• 데이터 통신 환경에서는 다양한 장치(컴퓨터, 스마트폰, 서버 등)와 네트워크(이더넷, Wi-Fi, 5G 등)가 존재하며, 각기 다른 하드웨어와 소프트웨어를 사용한다.
• 이들이 원활하게 데이터를 주고 받기 위해서는 표준화된 통신 방식이 필요하다.

• 프로토콜이 없다면 데이터가 어떤 형식으로 전송되고 해석되어야 하는지 알 수 없어, 통신이 불가능하다.

• 프로토콜의 목적
  • 이기종 시스템 간 상호 운용성(Interopoerability) 제공 : 서로 다른 제조사의 장비가 문제없이 통신 가능하도록 함
  • 데이터 전송의 신뢰성 보장 : 오류 검출, 흐름 제어 등을 통해 데이터가 손상되지 않고 도착하도록 함
  • 효율적인 네트워크 운영 : 네트워크 자원을 효율적으로 사용하여 트래픽을 관리함
  • 보안 및 접근 제어 : 암호화 및 인증 기능을 포함하여 데이터를 안전하게 보호함
• 프로초콜의 주요 특징
  • 구문(Syntax) : 데이터의 형식과 구조(비트 수, 전송 방식 등)
  • 의미(Semantics) : 송신자와 수신자가 데이터를 이해하는 방법(에러 처리, 제어 신호 등)
  • 시간(Timing) : 데이터 전송 속도와 동기화(언제 데이터를 보낼지, 얼마나 빨리 보낼지)
  • 즉, 프로토콜은 데이터 형식, 전송 방식, 흐름 제어, 오류 제어 등 모든 통신 과정을 정의한다.

Protocol Stack

프로토콜 스택이란, 네트워크에서 데이터를 주고받기 위해 계층적으로 정리된 프로토콜의 집합을 의미힌다.

대표적인 프로초콜 스택은 OSI 7계층, TCP/IP모델이 있다.

OSI reference model

OSI 모델(Open Systems Interconnection Model)은 네트워크 통신을 7개의 계층으로 나누어 정의한 표준 모델이다.

1. 물리 계층(Physical Layer)

• 목적 : 데이터를 전기적 신호(비트 스트림)로 변환하여 전송
• 전송 단위 : bit stream
• 주소 : 없음
• 실제 주소 예 : 없음
• 기능
  • 데이터 전송 매체(유선, 무선) 제어(전송 매체 : 트위스트 페어 케이블, 동축 케이블, 광섬유, 무선 전파(공기))
  • 데이터 전송 속도, 동기화 관리
  • 변조(Modulation) 및 복조(Demodulation)
  • 신호 세기 조정
• 프로토콜 예시 : UTP, 광케이블, Bluetooth, RS-232

2. 데이터 링크 계층(Data Link Layer)

• 목적 : 프레임(Frame) 단위의 데이터 전송 및 오류 감지 / Node to Node Delivery
• 전송 단위 : 프레임(Frame)
• 주소 : Physical Address(MAC 주소)
• 실제 주소 예 : 00:1A:2B:3C:4D:5E (이더넷 카드의 MAC 주소)
• 기능
  • Framing(그룹화)
  • MAC 주소 기반 통신(물리적 주소)
  • 오류 검출 및 수정(CRC, Parity Check)
  • 흐름 제어 및 충돌 방지(CSMA/CD, CSMA/CA)
• 프로토콜 예시 : Ethernet, Wi-Fi(802.11), PPP(Point-to-Point Protocol)

3. 네트워크 계층(Network Layer)

• 목적 : IP 주소 기반의 패킷 라우팅 및 전송 경로 설정 / end Node to end Node Delivery
• 전송 단위 : 패킷(Packet)
• 주소 : IP 주소
• 실제 주소 예 : 192.168.1.1 (IPv4), fe80::1 (IPv6)
• 기능
  • 라우팅(Routing) 및 경로 선택
  • 논리 주소(IP 주소) 할당
  • 패킷 분할(Fragmentation) 및 재조합
• 프로토콜 예시 : IP, ICMP, ARP, RIP, OSPF

4. 전송 계층(Transport Layer)

• 목적 : 신뢰성 있는 데이터 전송 및 흐름 제어 / Process(Port) to Process(Port) Delivery
• 전송 단위 : Segment
• 주소 : 포트 번호
• 실제 주소 예 : 80(HTTP), 443(HTTPS), 22(SSH)
• 기능
  • 데이터 흐름 제어(Flow Control)
  • 오류 검출 및 재전송(TCP)
  • 연결 지향(TCP) vs 비연결 지향(UDP)
• 프로토콜 예시 : TCP, UDP

5. 세션 계층(Session Layer)

• 목적 : 세션(Session) 생성, 유지 및 종료
• 전송 단위 : 데이터(Data)
• 주소 : 없음
• 실제 주소 예 : 없음
• 기능
  • 통신 세션 생성 및 동기화
• 프로토콜 예시 : NetBIOS, PPTP, RPC

6. 표현 계층(Presentation Layer)

• 목적 : 데이터 변환, 암호화, 압축 수행
• 전송 단위 : 데이터(Data)
• 주소 : 없음
• 실제 주소 예 : 없음
• 기능
  • 데이터 압축(Compression) : 전송 속도 향상
  • 데이터 암호화(Encryption) : 보안 강화
  • 문자 인코딩 변환(UTF-8, ASCII, EBCDIC)
• 프로토콜 예시 : JPEG, GIF, SSL, TLS

7. 응용 계층(Application Layer)

• 목적 : 사용자와 네트워크 간 인터페이스 제공
• 전송 단위 : 데이터(Data)/ 메세지
• 주소 : 도메인 이름(URL)
• 실제 주소 예 : www.google.com
• 기능
  • 웹, 이메일, 파일 전송 서비스 제공
  • 사용자와 직접 상호작용

• 프로토콜 예시 : HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, POP3

• OSI 7계층은 네트워크 통신을 논리적으로 구조화한 모델이다.
• 각 계층은 독립적으로 역할을 수행하며, 상위 계층과 하위 계층 간 데이터 변환 및 전송을 담당한다.
• TCP/IP 모델에서는 일부 계층을 통합하여 더 간단한 구조로 사용한다.
• 인터넷을 포함한 모든 네트워크 통신은 OSI 7계층 모델을 기반으로 동작한다.
• OSI 7계층은 네트워크의 “설계도”이며, 실제 인터넷에서는 TCP/IP 모델을 활용하여 동작한다.

TCP/IP Protocol

• TCP/IP 모델은 인터넷에서 사용되는 표준 프로토콜 스택이며, 실용적인 구조로 구성됨
• OSI 모델보다 간단하게 4계층으로 구성됨

• 인터넷에서는 OSI 7계층 보다 TCP/IP 4계층 모델이 더 많이 활용됨

Summary

• 프로토콜은 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 표준 규칙이다.
• 신뢰성, 오류 제어, 보안 등을 제공하여 안정적인 데이터 전송을 보장한다.
• 프로토콜 스택(OSI 7계층, TCP/IP 모델)은 계층별 역할을 구분하여 데이터 전송을 최적화한다.
• 인터넷은 TCP/IP 프로토콜을 기반으로 동작하며, HTTP, FTP, IP, TCP 등의 다양한 프로토콜이 사용된다.
• 즉, 프로토콜은 네트워크 통신을 가능하게 하는 “규칙”이며, 없으면 인터넷과 모든 네트워크 시스템이 동작할 수 없다.