5장 통신 프로토콜

정보처리기사 필기 - 5과목 데이터 통신

5장 통신 프로토콜

178 통신 프로토콜의 개념

① 통신 프로토콜의 정의

통신 프로토콜(Communication Protocol)은 서로 다른 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 수행할 수 있도록 표준화시켜 놓은 통신 규약

· 통신을 제어하기 위한 표준 규칙과 절차의 집합으로 하드웨어와 소프트웨어, 문서를 모두 규정

② 통신 프로토콜의 기본 요소

· 구문(Syntax) : 전송하고자 하는 데이터의 형식, 부호화, 신호 레벨 등을 규정

· 의미(Semantics) : 두 기기 간의 효율적이고 정확한 정보 전송을 위한 협조 사항과 오류 관리를 위한 제어 정보 규정

· 시간(Timing) : 두 기기 간의 통신 속도, 메시지의 순서 제어 등을 규정

③ 통신 프로토콜의 기능

단편화와 재결합

송신 측에서 전송할 데이터를 전송에 알맞은 일정 크기의 작은 블록으로 자르는 작업을 단편화(Fragmentation)라 하고, 수신 측에서 단편화된 블록을 원래의 데이터로 모으는 것을 재결합(Reassembly)

· 단편화를 통해 세분화된 데이터 블록을 프로토콜 데이터 단위(PDU; Protocol Data Unit)

· 데이터를 단편화하여 전송하면 전송 시간 빠르고, 통신 중의 오류를 효과적으로 제어 가능

· 너무 작은 블록으로 단편화 할 경우 재결합시 처리 시간이 길어지고, 실제 데이터 외에 부수적인 데이터가 많아지므로 비효율적

캡슐화

캡슐화(Encapsulation)는 단편화된 데이터에 송·수신 주소, 오류 검출 코드, 프로토콜 기능을 구현하기 위한 프로토콜 제어 정보 등의 정보를 부가하는 것으로, 요약화라고도 함

· 대표적인 예가 데이터 링크 제어 프로토콜의 HDLC 프레임

· 정보 데이터를 오류 없이 정확하게 전송하기 위해 캡슐화 수행

흐름 제어

흐름 제어는 수신 측의 처리 능력에 따라 송신 측에서 송신 데이터의 전송량이나 전송 속도를 조절하는 기능

· 정지-대기, 슬라이딩 윈도우 방식 이용

오류 제어

오류 제어는 전송중에 발생하는 오류를 검출하고 정정하여 데이터나 제어 정보의 파손에 대비하는 기능

동기화

동기화(Synchronization)는 송·수신 측이 같은 상태를 유지하도록 타이밍을 맞추는 기능

순서 제어

순서 제어는 전송된 데이터 블록(PDU)에 전송 순서를 부여하는 기능으로, 연결 위주의 데이터 전송 방식에만 사용됨

· 송신 데이터들이 순서적으로 전송되도록 함으로써 흐름 제어 및 오류 제어를 용이하게 하는 기능

주소 지정

주소 지정은 데이터가 목적지까지 정확하게 전송될 수 있도록 목적지 이름, 주소, 경로를 부여하는 기능

· 목적지 이름은 전송할 데이터가 가리키는 곳, 주소는 목적지의 위치, 경로는 목적지에 도착할 수 있는 방법

다중화

다중화는 한 개의 통신 회선을 여러 가입자들이 동시에 사용하도록 하는 기능

경로 제어

경로 제어는 송·수신 측 간의 송신 경로 중에서 최적의 패킷 교환 경로를 설정하는 기능

전송 서비스

전송하려는 데이터가 사용하도록 하는 별도의 부가 서비스

· 우선순위 : 특정 메시지를 최대한 빠른 시간 안에 목적지로 전송하기 위하여 메시지 단위에 우선순위를 부여하여 우선순위가 높은 메시지가 먼저 도착하도록 함

· 서비스 등급 : 데이터의 요구에 따라 서비스 등급을 부여하여 서비스

· 보안성 : 액세스 제한 같은 보안 체제 구현

179 OSI 참조 모델

① OSI 참조 모델의 개요

OSI 참조 모델은 다른 시스템 간의 원활한 통신을 위해 ISO(국제표준화기구)에서 제안한 통신 규약(Protocol)

· 개방형 시스템(Open System)간이 데이터 통신 시 필요한 장비 및 처리 방법 등을 7단계로 표준화하여 규정

· OSI 7계층 : 하위 계층(물리계층→데이터 링크 계층→네트워크 계층)→상위계층(전송계층→세션 계층→표현 계층→응용 계층)

7계층	응용 계층	응용 프로토콜
6계층	표현 계층	표현 프로토콜
5계층	세션 계층	세션 프로토콜
4계층	전송 계층	전송 프로토콜
3계층	네트워크 계층	네트워크 프로토콜
2계층	데이터 링크 계층	데이터 링크 프로토콜
1계층	물리 계층	물리 프로토콜

② OSI 참조 모델의 목적

· 서로 다른 시스템 간을 상호 접속하기 위한 개념 규정

· OSI 규격을 개발하기 위한 범위 정함

· 관련 규정의 적합성을 조절하기 위한 공통적 기반 제공

③ OSI 참조 모델의 기본 원칙

· 적절한 수의 계층으로 나누어 시스템의 복잡도를 최소화

· 서비스 접점의 경계를 두어 상호 자용이 적어질 수 있도록 함

· 프로세스나 기술적인 면에서 명백히 다른 기능을 처리하도록 계층 분리

· 비슷한 기능은 하나의 계층으로 모음

· 인접한 상·하위 계층 간에는 인터페이스 둠

· 한 계층을 수정할 때는 다른 계층에 영향을 주지 않도록 함

④ OSI 참조 모델에서의 데이터 단위

프로토콜 데이터 단위

프로토콜 데이터 단위(PDU;Protocol Data Unit)는 동일 계층 간에 교환되는 정보의 단위

· 물리 계층(1) : 비트

· 데이터 링크 계층(2) : 프레임

· 네트워크 계층(3) : 패킷

· 전송 계층(4) : 세그먼트

· 세선, 표현, 응용 계층(5,6,7) : 메시지

서비스 데이터 단위

서비스 데이터 단위(SDU; Service Data Unit)는 서비스 접근점(SAP)을 통해 상·하위 계층끼리 주고받는 정보의 단위

⑤ 물리 계층(Physical Layer)

물리 계층은 전송에 필요한 두 장치 간의 실제 접속과 절단 등 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 특성에 대한 규칙을 정의

· 물리적 전송 매체와 전송 신호 방식을 정의, RA-232C, X.21등의 표준이 있음

⑥ 데이터 링크 계층(Data Link Layer)

데이터 링크 계층은 두 개의 인접한 개방 시스템들 간에 신뢰성 있고 효율적인 정보 전송을 할 수 있도록 함

· 송신 측과 수신 측의 속도 차이를 해결하기 위한 흐름 제어 기능

· 프레임의 시작과 끝을 구분하기 위한 프레임 동기화 기능

· 오류의 검출과 회복을 위한 오류 제어 기능

· 프레임의 순서적 전송을 위한 순서 제어 기능

· HDLC, LAPB, LLC, LAPD, PPP 등의 표준이 있음

⑦ 네트워크 계층(Network Layer, 망 계층)

네트워크 계층은 개방 시스템들 간의 네트워크 연결을 관리하는 기능과 데이터의 교환 및 중계 기능

· 네트워크 연결을 설정, 유지 해제하는 기능

· 경로 설정(Routing), 데이터 교환 및 중계, 트래픽 제어, 패킷 정보 전송을 수행

· 관련 표준 : X.25, IP 등

⑧ 전송 계층(Transport Layer)

전송 계층은 논리적 안정과 균일한 데이터 전송 서비스를 제공함으로써 종단 시스템(End-to-End)간에 투명한 데이터 전송을 가능하게 함

· OSI 7계층 중 하위 3계층과 상위 3계층의 인터페이스 담당

· 종단 시스템 간의 전송 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제 기능

· 주소 설정, 다중화, 오류 제어, 흐름 제어 수행

· TCP, UDP 등의 표준 있음

⑨ 세션 계층(Session Layer)

세션 계층은 송·수신 측 간의 관련성을 유지하고 대화 제어를 담당하는 계층

· 대화(회화) 구성 및 동기 제어, 데이터 교환 관리 기능

· 송·수신 측 간의 대화(회화) 동기를 위해 전송하는 정보의 일정한 부분에 체크점을 두어 정보의 수신 상태를 체크하며, 이때의 체크점을 동기점이라고 함

· 동기점은 오류가 있는 데이터의 회복을 위해 사용하는 것으로, 종류에는 소동기점과 대동기점이 있음

⑩ 표현 계층(Presentation Layer)

표현 계층은 응용 계층으로부터 받은 데이터를 세션 계층에 보내기 전에 통신에 적당한 형태로 변환하고, 세션 계층에서 받은 데이터는 응용 계층에 맞게 변환하는 기능

· 서로 다른 데이터 표현 형태를 갖는 시스템 간이 상호 접속을 위해 필요한 계층

· 코드 변환, 데이터 암호화, 데이터 압축, 구문 검색, 정보 형식(포맷) 변환, 문맥 관리 기능

⑪ 응용 계층(Application Layer)

응용 계층은 사용자(응용 프로그램)가 OSI 환경에 접근할 수 있도록 서비스 제공

· 응용 프로세스 간의 정보 교환, 전자 사서함, 파일 전송, 가상 터미널 등의 서비스 제공

180 X.25

① X.25의 개요

X.25는 DTE(데이터 터미널 장치, Data Terminal Equipment),와 DCE(데이터 회선 종단장치, Data Circuit-terminating Equipment)간의 인터페이스를 제공하는 프로토콜로, 통신을 원하는 두 단말장치가 패킷 교환망을 통해 패킷을 원활히 전달하기 위한 통신 절차

· X.25는 ITU-T에서 제정한 국제 표준 프로토콜로, 우수한 호환성을 가짐

· 연결형 프로토콜로 흐름 제어, 오류 제어 등의 기능 있음

· 강력한 오류 체크 기능으로 신뢰성 높음

· 한 회선에서 장애가 발생하더라도 정상적인 경로를 선택하여 우회 전송 가능

· 디지털 전송을 기본으로 하므로 전송 품질이 우수

· 가상 회선 방식을 이용하여 하나의 물리적 회선에 다수의 논리 채널을 할당하므로 효율 높음

· X.25의 모든 패킷은 최소 3옥텟의 헤더 갖음

· 축적 교환 방식을 사용하므로, 전송을 위한 처리 지연 발생 가능

② X.25의 계층 구조

물리 계층	물리 계층은 단말장치(DTE)와 패킷 교환망(DCE) 간의 물리적 접속에 관한 인터페이스를 정의하는 계층으로 X.21 사용
프레임 계층	프레임 계층은 패킷의 원할한 전송을 위해 데이터 링크의 제어를 수행하는 계층으로 링크 계층이라고도 함  · OSI 7계층의 데이터 링크 계층(2계층)에 해당  · 전송 제어를 위해 HDLC 프로토콜의 변형인 LAPB 사용  · 다중화, 순서 제어, 오류 제어, 흐름 제어 기능 등 수행
패킷 계층	· OSI 7계층의 네트워크 계층(3계층)에 해당  · 패킷 계층의 수행 절차 : 호 설정(Call Setup)→데이터 전송(Data Transfer)→호 해제(Call Cleaning)  · 데이터 전송 시 오류 제어, 순서 제어, 흐름 제어, 다중화, 망 고장시 복구 등의 데이터 전송 제어 기능 수행  · 호(Call)를 설정한 후 호 해제 시까지 가상 회선을 이용하여 통신 경로를 유지하므로, 패킷을 끝까지 안전하기 전송 가능

※ LAPB

· LAPB(Link Access Procedure on Balanced)는 HDLC의 원리를 이용한 비트 중심의 프로토콜로, X.25의 2계층에서 사용

· LAPB는 프레임의 순서 번호를 유지하므로 오류 발견 및 회복 용이함

181 TCP/IP

① TCP/IP의 개요

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)는 인터넷에 연결된 서로 다른 기종의 컴퓨터들이 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 표준 프로토콜

· TCP/IP는 1960년대 말 ARPA에서 개발하여 ARPANET(1972)에서 사용하기 시작함

· TCP/IP는 UNIX의 기본 프로토콜로 사용되었고, 현재 인터넷 범용 프로토콜로 사용됨

· TCP/IP는 다음과 같은 기능을 수행하는 TCP 프로토콜과 IP 프로토콜이 결합된 것을 의미함

TCP(Transmission Control Protocol)	· OSI 7계층의 전송 계층(4)에 해당  · 신뢰성 있는 연결형 서비스 제공  · 패킷의 다중화, 순서 제어, 오류 제어, 흐름 제어 기능 제고  · 스트림(Stream) 전송 기능 제공  · 헤더에는 순서 제어를 위한 긴급 포인터, 순서 번호와 오류 제어를 위한 체크섬등이 포함됨
IP(Internet Protocol)	· OSI 7계층의 네트워크 계층(3)에 해당  · 데이터그램을 기반으로 하는 비연결형 서비스 제공  · 패킷의 분해/조립, 주소 지정, 경로 선택 기능을 제공  · 헤더의 길이는 최소 20Byte에서 최대 60Byte임

② TCP/IP의 구조

OSI		TCP/IP	기능
응용 계층(7) 표현 계층(6) 세션 계층(5)		응용 계층	· 응용 프로그램 간의 데이터 송·수신 제공  · TELNET, FTP, SMTP, SNMP 등
전송 계층(4)		전송 계층	· 호스트들 간의 신뢰성 있는 통신 제공  · TCP, UDP
네트워크 계층(3)		인터넷 계층	· 데이터 전송을 위한 주소 지정, 경로 설정을 제공  · IP, ICMP, IGMP, ARP, RARP
데이터 링크 계층(2) 물리 계층(1)		네트워크 액세스 계층	· 실제 데이터(프레임)을 송·수신하는 역할  · Ethernet, IEEE 802, HDLC, X.25, RS-232C 등

③ 응용 계층의 주요 프로토콜

응용 계층 : 세션 계층(5), 표현 계층(6), 응용 계층(7)

FTP(File Transfer Protocol)	파일 전송 서비스
SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)	전자 우편을 교환하는 서비스
TELNET	가상 터미널 서비스
SNMP(Simple Network Management Protocol)	간이 망 관리 프로토콜  · TCP/IP의 네트워크 관리 프로토콜로, 라우터나 허브 등 네트워크 기기의 네트워크 정보를 네트워크 관리 시스템에 보내는 데 사용되는 표준 통신 규약
DNS(Domain Name Service)	도메인 네임을 IP 주소로 매핑(Mapping)하는 서비스

④ 전송 계층의 주요 프로토콜

전송 계층 : 전송 계층(4)

TCP(Transmission Control Protocol)	· 양방향 연결형 서비스 제공  · 가상 회선 연결 형태의 서비스 제공  · 스트림 위주의 전달(패킷 단위)  · 신뢰성 있는 경로 확립하고 메시지 전송 감독함  · 순서 제어, 오류 제어, 흐름 제어 기능  · 패킷의 분실, 손상, 지연이나 순서가 틀린 것 등이 발생할 때 투명성이 보장되는 통신 제공  · TCP를 사용하는 서비스 : FTP, SMTP, TELNET, HTTP 등
UDP(User Datagram Protocol)	· 데이터 전송 전에 연결을 설정하지 않는 비연결형 서비스 제공  · TCP에 비해 상대적으로 단순한 헤더 구조를 가지므로, 오버헤드 적음  · 고속의 안정성 있는 전송 매체를 사용하여 빠른 속도를 필요로 하는 경우, 동시에 여러 사용자에게 데이터를 전달할 경우, 정기적으로 반복해서 전송 할 경우에 사용  · 실시간 전송에 유리하며, 신뢰성보다는 속도가 중요시되는 네트워크에서 사용됨  · 헤더에는 Source Port Number, Destination Port Number, Length, Checksum이 포함됨
RTCP(Real-Time Control Protocol)	· RTP(Real-time Transport Protocol) 패킷의 전송 품질을 제어하기 위한 제어 프로토콜  · 세선에 참여한 각 참여자들에게 주기적으로 제어 정보 전송  · 하위 프로토콜은 데이터 패킷과 제어 패킷의 다중화를 제공  · 데이터 전송을 모니터링하고 최소한의 제어와 인증 기능만을 제공  · RTCP 패킷은 항상 32비트의 경계로 끝남

⑤ 인터넷 계층의 주요 프로토콜

IP(Internet Protocol)	· 전송할 데이터에 주소를 저장하고, 경로를 설정하는 기능 수행  · 비연결형인 데이터그램 장식을 사용하는 것으로 신뢰성 보장되지 않음(패킷이 목적지에 성공적으로 도달하는 것을 보장하지 않는다는 의미)
ICMP(Internet Control Message Control,  인터넷 제어 메시지 프로토콜)	IP와 조합하여 통신중에 발생하는 오류의 처리와 전송 경로 변경 등을 위한 제어 메시지를 관리하는 역할을 하며, 헤더는 8Byte로 구성됨
IGMP(Internet Group Management Protocol,  인터넷 그룹 관리 프로토콜)	멀티캐스트를 지원하는 호스트나 라우터 사이에서 멀티 캐스트 그룹 유지를 위해 사용됨
ARP(Address Resolution Protocol,  주소 분석 프로토콜	호스트의 IP 주소를 호스트와 연결된 네트워크 접속 장치의 물리적 주소(MAC Address)로 바꿈  논리 주소→물리주소
RARP(Reverse Address Resolution Protocol)	ARP와 반대로 물리적 주소를 IP 주소로 변환하는 기능을 함  물리 주소→논리주소

⑥ 네트워크 액세스 계층의 주요 프로토콜

네트워크 액세스 계층 : 물리 계층(1), 데이터 링크 계층(2)

Ethernet(IEEE 802.3)	CSMA/CD 방식의 LAN
IEEE802	LAN을 위한 표준 프로토콜
HDLC	비트 위주의 데이터 링크 제어 프로토콜
X.25	패킷 교환망을 통한 DTE와 DCE 간의 인터페이스를 제공하는 프로토콜
RS-232C	공중 전화 교환망(PSTN)을 통한 DTE와 DCE 간의 인터페이스를 제공하는 프로토콜

출처 : 2017 시나공 정보처리기사 필기