A. 프로토콜 계층화 (Protocol Layering)
1. 프로토콜 계층화의 특징
통신과정이 복잡하다면, 여러 계층으로 분해하여 서로 다른 계층 간에 임무를 나누는 것이 유리하다. 하지만, 계층을 나눌수록 오버헤드는 증가된다.
- 모듈성 향상: 복잡한 작업을 여러 개의 작고 단순한 작업들로 나눈다.
- if 같은 입력에 같은 출력을 제공한다면 서로가 서로를 대체 가능: 호환시스템 - 서비스 구현으로부터 분리 가능: 한 계층은 하위 계층으로부터 서비스를 받고, 상위 계층에게 서비스를 제공해야 하는데, 이때 그 계층이 어떻게 구현되는지 신경 쓰지 않아도 됨.
2. 프로토콜 계층화의 원칙
- 양방향 통신이라면, 각 계층은 각 방향으로 한 가지씩, 상반되는 두 가지 기능을 수행해야함.
예) 말하기/듣기, 암호화/복호화 - 양측 각 계층의 객체는 동일해야 함.
예) 그림에서처럼 양측에 있는 3 계층의 객체는 모두 평문 이어야 하고, 양 측에 있는 2 계층의 객체는 모두 암호문이어야 한다. (평문은 평문끼리, 암호문은 암호문끼리!)
3. 대등 대 대등 프로세스 (Peer-to-Peer Process)
계층-대-계층 통신을 갖는다는 의미로, 한 장치의 x번째 계층은 다른 장치의 x번째 계층과 통신한다.
- 장치들 사이에서 프로토콜이라는 협의된 규칙과 규약에 의해 제어됨.
4. 프로토콜과 인터페이스
- 프로토콜: 서로 다른 호스트에 위치한 동일 계층 간의 통신 규칙
- 인터페이스(접점): 같은 호스트에 위치한 상하위계층 간의 규칙으로, 한 계층이 인접한 계층에게 제공해야 하는 정보 및 서비스
- 서비스: 하위 계층이 상위 계층에게 제공하는 인터페이스
B. OSI 모델
1. Layer역할
| 7 | 응용(application) | 응용에 대한 서비스 제공, 프로세스 간의 정보 교환 |
| 6 | 표현(presentation) | 문자코드, 데이터 압축, 암호화 등의 데이터 변환 |
| 5 | 세션 계층(session) | 세션의 설정, 관리, 종료 및 dialog synchronization |
| 4 | 전송(transport) | 데이터 전달 보장, 분할과 조립, 다중화, 분리, 흐름제어, 에러제어 |
| 3 | 네트워크(network) | 경로 설정 및 논리 주소 결정 |
| 2 | 데이터 링크(data link) | 네트워크 기기 간의 데이터 전송 및 물리주소 결정, 흐름제어, 에러제어, 정보 프레임화 |
| 1 | 물리(physical) | 물리적 연결과 전기 신호 변환 및 제어 (부호화, 변조, 복조, 신호전파) |
C. TCP/IP 모델
- TCP/IP 모델: 현재의 인터넷에서 사용하는 프로토콜 그룹 (여러 계층들에서 조직된 프로토콜 집합)
- TCP/IP 프로토콜에는 세션층과 표현층이 없다. (응용, 전송, 네트워크, 데이터링크, 물리)
각 장치에 있는 각 계층은 동일한 객체를 가짐.
TCP/IP 모델
계층 1: 물리층 (Physical Layer)
장치 간의 물리적인 접속을 제어하기 위한 기능을 제공하는 계층
- 물리적인 매체를 통해 비트 스트림을 신호로 전달하는 책임
- 물리적인 장치와 인터페이스가 전송을 위해 필요한 기능과 처리 절차를 규정.
역할
- 데이터 부호화 방식, 신호 형식, 데이터 충돌 감지 등을 정의
- 기계적, 전기적, 기능적 및 절차적 특성 고려
- 연결 유형 (매체에 대한 장비의 연결 방법), 물리적인 접속 형태, 전송 속도 등을 규정
- 인터페이스와 매체의 물리적인 특서 규정: 전송매체의 유형, 장치와 전송 매체 간의 인터페이스 규정
계층 2: 데이터 링크층 (Data Link Layer)
물리 계층에서 사용되는 통신 매체를 통해 데이터 frame의 전송, 에러 검출 및 에러 제어를 관리하고 규정하는 계층
- 한 node에서 다른 node로 프레임을 전송하는 책임.
역할
- 프레임 구성: 네트워크층으로부터 받은 비트 스트림을 프레임 단위로 캡슐화
- 물리주소 지정
- 프레임의 송/수신자의 물리주소 정보를 헤더에 추가
- 흐름제어 (flow control): 송수신자 사이의 전송률을 제어
- 오류제어: 전송 시 오류나 분실한 프레임을 찾아 재전송
- 접근제어 (access control): 같은 링크에 다수 장치가 연결되어 있을 때, 주어진 순간에 링크를 사용하는 장치 결정
계층 3: 네트워크층 (Network Layer)
사용자 데이터에 대한 경로선택, 데이터 교환 및 중계 기능 (라우팅)
각 패킷을 발신지로부터 여러 네트워크를 통해 최종 목적지로 전달하는 책임이 있음.
역할
- 라우팅 메커니즘 제공: 패킷이 최종 목적지에 전달되도록 경로를 지정하거나 교환하는 기능
- 라우터: 독립적인 네트워크를 연결해 inter-network를 구성할 때 사용하는 장치
- 논리주소 (logical address) 지정: 헤더에 발신지와 목적지의 논리주소 추가
계층 4: 전송층 (Transport Layer)
종단-대-종단(process-to-process)에 대해 하나의 process로부터 다른 process로 메시지를 전달하는 책임
역할
- 서비스 지점 주소 (포트 주소) 지정: 전체 메시지를 해당 컴퓨터의 정확한 프로세스에 전달
- 분할과 재조립: 메시지를 전송 가능한 세그먼트(datagram) 단위로 캡슐화
- 연결제어, 흐름제어, 오류제어, 혼잡제어
주요 프로토콜
- TCP (Transmission Control Protocol): 연결형 프로토콜로, 흐름제어/오류제어/혼잡제어 제공
- UDP(User Datagram Protocol): 비연결형 프로토콜로, 흐름제어/오류제어/혼잡제어를 제공하지 않음
- SCTP(Stream Control Transport Protocol): 멀티미디어 응용을 위해 설계
- 네트워크층과의 차이점: 네트워크 층은 컴퓨터에서 컴퓨터 사이의 관계라면, 전송층은 컴퓨터 내의 프로세스와 프로세스 사이의 관계라고 생각할 것
계층 5: 응용층 (Application Layer)
사용자에게 서비스를 제공하는 책임: 종단 대 종단에 대해 응용 프로세스들의 정보 교환이 되는 계층
캡슐화(Encapsulation)
각 프로토콜에 적합한 데이터 블록을 만들려고 데이터에 정보를 추가(헤더 추가)하는 것
플래그, 주소, 제어 정보, 오류 검출 부호 등을 부착하는 기능
- 상위계층에서 하위계층으로 갈수록 헤더 증가
역캡슐화 (Decapsulation)
캡슐화의 반대 작업을 통해 데이터와 헤더 분리
- 하위계층에서 상위계층으로 갈수록 헤더 제거
TCP/IP를 사용하는 인터넷: 4종류의 주소 사용
- 1,2 계층: 물리주소 (MAC 주소)
- 3 계층: IP 주소 등 광역으로 사용하기 위한 주소
- 4 계층: 포트주소
- 5 계층: 특정 프로세스가 사용하는 별정주소 (URL)
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