정보처리산업기사 - 응용 SW 기초 기술 활용 - 통신 프로토콜

※ 공부 내용의 복습 개념으로 정리된 글입니다. - 출처 시나공 

 

통신 프로토콜의 정의

통신 프로토콜(Communication Protocol)은 서로 다른 기기 간의 데이터 교환을 정확하고 원활하게 수행할 수 있도록 표준화한 통신 규약입니다.

• 통신을 제어하기 위한 표준 규칙과 절차의 집합으로 하드웨어와 소프트웨어, 문서를 모두 규정합니다.

 

통신 프로토콜의 기본 요소

• 구문(Syntax) : 전송하고자 하는 데이터의 형식, 부호화, 신호 레벨 등을 규정합니다.
• 의미(Sernantics) : 두 기기 간의 효율적이고 정확한 정보 전송을 위한 협조 사항과 오류 관리를 위한 제어 정보를 규정합니다.
• 시간(Timing) : 두 기기 간의 통신 속도, 메세지의 순서 제어 등을 규정합니다.

프로토콜의 전송 방식

프로토콜은 전송하고자 하는 데이터 프레임의 구성에 따라 문자 방식, 바이트 방식, 비트 방식으로 구분할 수 있습니다.

• 문자 전송 방식
  • 전송 제어 문자(SOH, STX, ETX, EOT 등)를 사용하여 데이터 프레임의 시작과 끝을 나타내는 방식으로, 대표적인 프로토콜 BSC가 있습니다.
• 바이트 방식
  • 데이터 프레임의 헤더(Header)에 전송 데이터 프레임의 문자 개수, 메시지 수신 상태 등의 제어 정보를 삽입하여 전송하는 방식으로, 대표적인 프로토콜로 DDCM이 있습니다.
• 비트 방식
  • 데이터 프레임의 시작과 끝을 나타내는 고유한 비트 패턴(플래그)을 삽입하여 전송하는 방식으로, 대표적인 프로토콜로 HDLC, SDLC, ADCCP가 있습니다.

 

※ DDCM(Digital's Data Communication Message) 프로토콜

DDCM은 바이트 방식의 프로토콜로 전이중·반이중 통신, 동기·비동기 전송을 지원하며, 포인트 투 포인트, 멀티 포인트 방식에서 사용 가능합니다.

 

※ ADCCP(Advenced Data Communication Control Procedures) 프로토콜

ADCCP는 미국표준협회(ANSI)에서 재정한 비트 방식의 프로토콜로 국제표준화협회(ISO)의 HDLC, 그리고 IBM사의 SDLC와 연결 제어 방식이 거의 같은 절차로 이루어집니다.

 

 

OSI 7계층

OSI(Open System Interconnection) 참조 모델은 다른 시스템 간의 원활한 통신을 위해 ISO(국제표준화기구)에서 제안한 통신 규약(Protocol)입니다.

 

OSI 7계층

하위 계층 → 상위 계층

• 하위 계층
  • 물리 계층 → 데이터 링크 계층 → 네트워크 계층
• 상위 계층
  • 전송 계층 → 세션 계층 → 표현 계층 → 응용 계층

계층별 프로토콜 데이터 유닛(PDU)

• 물리 계층 : 비트
• 데이터 링크 계층 : 프레임
• 네트워크 계층 : 패킷
• 전송 계층 : 세그먼트
• 세션, 표현, 운영 계층 : 메시지

OSI 7계층의 기능

• 물리 계층(Physical Layer)
  • 전송에 필요한 두 장치 간의 실체 접속과 절단 등 기계적, 전기적, 기능적,절차적 특성의 정의합니다.
• 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
  • 두 개의 인접한 개방 시스템들 간에 신뢰성 있고 효율적인 정보 전송을 할 수 있도록 합니다.
  • 흐름 제어 기능, 프레임 동기화 기능, 오류 제어 기능, 순서 제어 기능을 수행합니다.
  • 논리 링크 제어 및 매체 엑세스 제어를 담당합니다.
  • HDLC, PPP, LLC, ADCCP, LAPB, X.25 등의 프로토콜을 사용합니다.
  • 데이터 링크 연결의 설정과 해제를 담당합니다.
• 네트워크 계층(Network Layer, 망 계층)
  • 개방 시스템들 간의 네트워크 연결 관리(네트워크 연결을 설정, 유지, 해제), 데이터의 교환 및 중계 기능을 수행합니다.
  • 경로 설정(Routing), 트래픽 제어, 패킷 정보 전송을 수행합니다.
• 전송 계층(Transport Layer)
  • 종단 시스템(End-to-End) 간에 투명한 데이터 전송을 가능하게 합니다.
  • 전송 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제 기능을 수행합니다.
  • 주소 설정, 다중화, 에러 제어, 흐름 제어를 수행합니다.
  • TCP, UDP 등의 프로토콜을 사용합니다.
• 세션 계층(Session Layer)
  • 송 · 수신 측간의 관련성을 유지하고 대화 제어를 담당합니다.
  • 프로세스들 간의 대화(회화) 구성 및 동기 제어, 데이터 교환 관리 기능을 수행합니다.
  • 체크점(=동기점) : 오류가 있는 데이터의 회복을 위해 사용하는 것으로 소동기점과 대동기점이 있습니다.
• 표현 계층(Presentation Layer)
  • 응용 계층으로부터 받은 데이터를 세션 계층에 맞게, 세션 계층에서 받은 데이터는 응용 계층에 맞게 변환하는 기능을 수행합니다.
  • 코드 변환, 데이터 암호화, 데이터 압축, 구문 검색, 정보 형식(포맷) 변환, 문맥 관리 기능을 수행합니다.
• 응용 계층(Application Layer)
  • 사용자(응용 프로그램)가 OSI 환경에 접근할 수 있도록 서비스를 제공합니다.
  • 응용 프로세스 간의 정보 교환, 전자사서함, 파일 전송 등의 서비스를 제공합니다.

 

X.25

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

• ITU-T에서 제정(1976년 승인)한 국제 표준 프로토콜이며, 우수한 호환성을 가지고 있습니다.
• 강력한 오류 체크 기능으로 신뢰성이 높습니다.
• 한 회선에 장애가 발생하더라도 정상적인 경로를 선택하여 우회 전송이 가능합니다.
• 디지털 전송을 기본으로 하므로 전송 품질이 우수합니다.
• 가상 회선 방식을 이용하여 하나의 물리적 회선에 다수의 논리 채널을 할당하므로 효율성이 높습니다.
• 축적 교환 방식을 사용하므로, 전송을 위한 처리 지연이 발생할 수 있습니다.

X.25의 계층 구조

• 물리 계층
  • 단말장치(DTE)와 패킷 교환망(DCE) 간의 물리적 접속에 관한 인터페이스를 정의하는 계층으로 X.21을 사용합니다.
• 프레임 계층
  • 패킷의 원활한 전송을 위해 데이터 링크의 제어를 수행하는 계층으로, 링크 계층이라고도 합니다.
  • OSI 7계층의 데이터 링크 계층에 해당합니다.
  • 전송 제어를 위해 HDLC 프로토콜의 변형인 LAPB를 사용합니다.
  • 다중화, 순서 제어, 오류 제어, 흐름 제어 기능 등을 수행합니다.
• 패킷 계층
  • OSI 7계층의 네트워크 계층에 해당합니다.
  • 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 등의 데이터 전송 제어 기능을 수행합니다.
  • 호(Call)를 설정한 후 호(Call) 해제 시까지 가상 회선을 이용하여 통신 경로를 유지하므로, 패킷을 끝까지 안전하게 전송할 수 있습니다.

 

TCP / IP

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

 

TCP/IP는 TCP 프로토콜과 IP 프로토콜이 결합된 것을 의미합니다.

• TCP(Transmission Control Protocol)
  • OSI 7계층의 전송 계층에 해당합니다.
  • 신뢰성 있는 연결형 서비스를 제공합니다.
  • 패킷의 다중화, 순서 제어, 오류 제어, 흐름 제어 기능을 제공합니다.
• IP(Internet Protocol)
  • OSI 7계층의 네트워크 계층에 해당합니다.
  • 데이터그램을 기반으로 하는 비연결형 서비스를 제공합니다.
  • 패킷의 분해/조립, 주소 지정, 경로 선택 기능을 제공합니다.

TCP/IP 계층 구조

• 응용 계층
  • 응용 프로그램 간의 데이터 송 · 수신 제공(TELNET, FTP, SMTP, SNMP, E-Mail 등)
• 전송 계층
  • 호스트들 간의 통신 제공(TCP, UDP)
• 인터넷 계층
  • 데이터 전송을 위한 주소 지정, 경로 배정 제공(IP, ICMP, IGMP, ARP, RARP 등)
• 네트워크 액세스 계층
  • 실제 데이터(프레임)를 송 · 수신하는 역할(Ethernet, IEEE 802, HDLC, X.25, RS-232C 등)

주요 프로토콜

• FTP(File Transfer Protocol)
  • 파일 전송 프로토콜
• SMTP(Simple Mail Trasfer Protocol)
  • 전자 우편을 전송하기 위한 프로토콜
• TELNET
  • 가상 터미널 프로토콜
• SNMP(Simple Network Management Protocol)
  • 간이 망 관리 프로토콜
• UDP(User Datagram Protocol)
  • 데이터 전송 전에 연결을 설정하지 않는 비연결형 서비스를 합니다.
  • 실시간 전송에 유리하며, 신뢰성보다는 속도가 중요시되는 네트워크에서 사용됩니다.
• ICMP(Internet Control Message Protocol)
  • 인터넷 제어 메시지 프로토콜이라 하며, IP와 조합하여 통신중에 발생하는 오류 처리와 전송 경로 변경 등을 위한 제어 메시지 관리하는 역할을 합니다.
• ARP(Address Resolution Protocol)
  
  • 주소 분석 프로토콜이라 하며, 호스트의 IP 주소를 호스트와 연결된 네트워크 접속장치와 물리적 주소(MAC Address)로 바꿉니다.
• RARP(Reverse Address Resolution Protocol)
  • ARP와 반대로 물리적 주소를 IP 주소로 변환하는 기능을 합니다.

 

※ 연결형(접속) 통신

연결형 통신은 송 · 수신 측 간을 논리적으로 연결한 후 데이터를 전송하는 방식으로, 가상 회선 방식이 대표적입니다.

데이터 전송의 안정성과 신뢰성이 보장되지만, 연결 설정 지연이 일어나며, 회선 이용률이 낮아질 수 있습니다.

 

※ 비연결형(비접속) 통신

비연결형 통신은 송 · 수신 측 간에 논리적 연결 없이 데이터를 전송하는 방식으로, 데이터그램 방식이 대표적입니다.

 

※ SNMP(간이 망 관리 프로토콜, Simple Network Management Protocol)

SNMP는 TCP / IP의 네트워크 관리 프로토콜로, 라우터나 허브 등 네트워크 기기의 네트쿼으 정보를 네트워크 관리 시스템에 보내는 데 사용되는 표준 통신 규약입니다.

 

※ 물리적 주소(MAC Address)

물리적 주소는 랜 카드 제작사에서 랜 카드(네트워크 접속장치)에 부여한 고유 번호입니다.

 

경로 제어 프로토콜

경로 제어 프로토콜(Rounting Protocol)이란 효율적인 경로 제어를 위해 네트워크 정보를 생성, 교환, 제어하는 프로토콜로 총칭합니다.

 

대표적인 경로 제어 프로토콜에는 IGP, EGP. BGP가 있습니다.

 

IGP(Interior Gateway Protocol, 내부 게이트웨이 프로토콜)

• 하나의 자율 시스템(AS) 내의 라우팅에 사용되는 프로토콜입니다.
• RIP(Routing Information Protocol)
  • 현재 가장 널리 사용되는 라우팅 프로토콜로 거리 벡터 라우팅 프로토콜이라고 도 불리며, 최단 경로 탐색에 Bellman-Ford 알고리즘이 사용됩니다.
  • 소규모 동종의 네트워크(자율 시스템, AS) 내에서 효율적인 방법입니다.
  • 최대 홉(Hop) 수를 15로 제한하므로 15를 초과하는 경우는 도달할 수 없는 네트워크를 의미하는데 이것은 대규모 네트워크에서 RIP를 사용할 수 없음을 의미합니다.
  • 라우팅 정보를 30초마다 네트워크 내의 모든 라우터에 알리며, 180초 이내에 새로운 라우팅 정보가 수신되지 않으면 해당 경로를 이상 상태로 간주합니다.
• OSPF(Open Shortest Path First protocol)
  • RIP의 단점을 해결하여 새로운 기능을 지원하는 인터넷 프로토콜로, 대규모 네트워크에서 많이 사용됩니다.
  • 인터넷 망에서 이용자가 최단 경로를 선정할 수 있도록 라우팅 정보에 노드 간의 링크 상태 정보를 실시간으로 반영하여 최단 경로로 라우팅을 지원합니다.
  • 최단 경로 탐색에 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 사용합니다.
  • 라우팅 정보에 변화가 생길 경우 변화된 정보만 네트워크 내의 모든 라우터에 알립니다.
  • 하나의 자율 시스템(AS)에서 동작하면서 내부 라우팅 프로토콜의 그룹에 도달합니다.

EGP(Extorior Gateway Protocol, 외부 게이트웨이 프로토콜)

• 자율 시스템(AS) 간의 라우팅, 즉 게이트웨이 간의 라우티에 사용되는 프로토콜입니다.

BGP(Border Gateway Protocol)

• 자율 시스템(AS) 간의 라우팅 프로토콜로 EGP의 단점을 보완하기 위해 만들어진 거리 벡터 라우팅 프로토콜입니다.
• 초기에 BGP 라우터들이 연결될 때에는 전체 경로 제어포(라우팅 테이블)를 교환하고, 이후에는 변화된 정보만을 교환합니다.

 

※ 자율 시스템(AS. Autonomous System)

자율 시스템은 하나의 도메인에 속하는 라우터들의 집합을 말합니다.

그러므로 하나의 자율 시스템에 속한다는 것은 하나의 도메인에 속한 다는 것과 같은 의미입니다.

 

※ 밸만-포드 알고리즘(Bellman-Ford Algorithm)

밸만-포드 알고리즘은 두 노드간의 최단 경로를 구하는 알고리즘 입니다.

예를 들어, A, B, C 노드가 있을 때 A와 C 노드 간의 최단 경로를 구한다면 A와 C 사이에 있는 B 노드까지의 거리를 먼저 구한 후 가중치를 더하여 실제 거리를 구하는 방식을 사용합니다.

이와 유사한 다익스트라 알고리즘(Dijkstra Algorithm)과는 다르게 가중치가 음수인 경우에도 처리할 수 있다는 특징이 있습니다.

 

※ 홉(Hop)

홉이란 데이터가 목적지까지 전달되는 과정에서 거치는 네트워크의 수를 의미합니다.

예를 들어, 어떤 목적지 까지의 홉이 3이라면 그 목적지까지 가기 위해서는 세 개의 네트워크를 경유함을 의미합니다.