[컴퓨터일반] 데이터 통신 #1

17 Aug 2024

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데이터 전송기술

Baud(보) : 변조속도

아날로그 단위로 1초 동안에 전송된 주기의 수를 의미함
BPS = Baud x 주기(cycle) 당 전송 비트수
ex. 80baud 변조속도일때 1분동안 전송할수 있는 full word수는? (변조방식은 2위상 편이 변조)
- 2위상 편이 변조 = 1비트, 4위상 = 2비트, 8위상 = 3비트
- 1baud = 1bps로 동일해짐
- 80bps x 60초 = 4800비트
- full word = 32bit
- 4800bit / 32bit = 150 따라서 정답은 150

데이터 전송 방식

단방향 통신(Simplex)

한방향으로만 전송가능
무선 호출기, 라디오, 모니터, 키보드, 아날로그 TV방송

반이중 통신(Half Duplex)

양방향 통신 가능하지만 동시엔 불가능
휴대용 무전기

전이중 통신(Full Duplex)

동시에 데이터 송수신하는 통신 양방향 가능
전화

전송 방식

직렬 전송

하나의 전송로를 통해 순차적으로 송신
속도 느림
원거리 전송에서 사용

병렬 전송

한 문자를 이루는 각 비트들이 각자의 전송로를 통해 한번에 전송
비용이 비싸지만 빠름
근거리 전송에서 사용

비동기식 전송(asynchronous transmission)

동기식 전송을 하지않는다는 의미는 아님
블록 단위가 아닌 문자 단위로 동기정보를 부여해 보내는 방식
전송 되는 각 문자는 앞쪽에 1개의 시작비트, 뒤쪽에 1~2개의 정지비트 시작(0) 정지(1)
문자 단위로 동기로 이뤄지지만 항상 동기상태아니여도 되서 비동기식 전송이라함

동기식 전송

데이터 앞에 동기문자 추가
블록으로 구성되는 문자들 사이에는 휴지간격이없음(비동기식은 휴지간격있음)
데이터 많거나 고속처리에는 비동기식보다 효율적임

정보 전송의 다중화

다중화 기법

데이터 전송시 각 채널들은 하나의 회선을 공유하므로 회선을 통과하는 데이터들을 구별하기 위한 기준이 있어야함
분류
- 주파수 분할 다중방식
- 시분할 다중방식
- 코드분할 다중방식

주파수 분할 다중화(FDM; Frequency Division Multiplexing)

하나의 전송로 대역폭을 작은 대역폭, 채널 여러개로 분할해 여러 단말기가 동시에 전송 가능
같은 시간 전송을 위해 별도의 주파수 채널을 설정해야함
채널 간섭을 막는 보호 대역 필요
TV, 라디오, CATV등에 이용
구조 간단, 가격 저렴

시분할 다중화(TDM; Time Division Multiplexing)

대역폭 하나를 시간 슬롯으로 나눈 채널에 할당해 채널 몇개가 한 전송로의 시간을 나눠 사용

동기식 시분할 다중화(STDM)

채널 여러개가 전송로 1개의 시간을 분할하여 사용
각 터미널에 타임슬롯 위치가 항상 일정해 전송 없을 경우 타임슬롯 낭비됨

비동기 시분할 다중화(ATDM)

실제로 전송 요구 있는 채널만 시간 슬롯을 동적으로 할당
대역폭의 이용률 높음
데이터 내에 터미널 주소가 필요

코드분할 다중화(CDMA;Code Division Multiplex Access)

FDM + TDM 혼합방식, 동일한 주파수 시간을 이용해 다중화하는 방식
대역확산 기법을 사용
압축과 에러 복구에 용이, 무선 디지털 전송방식에서 많이 이용
큰 전송용량 확보, 멀티미디어 서비스 가능
비밀보장가능
간섭의 최소화로 회선품질이 양호
정밀한 전력제어 기능이 요구됨
높은 하드웨어 기술이 필요함

OSI 참조 모델

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물리 계층(Physical Layer)

데이터 전달의 역할
데이터는 0과 1 비트로 전기적 신호 상태로 이뤄져 데이터를 전달

데이터링크 계층(Data Link Layer)

이웃한 노드간의 데이터 전송을 담당
데이터 단위를 일반적으로 프레임이라함
접근제어, 흐름제어, 에러제어, 동기화의 기능이 있음
프로토콜로는 BSC와 HDLC가 있음

BSC(Binary Synchronous Communication)

문자 단위로 전송하는 문자 지향 동기 방식
반이중 방식
일정한 전송 제어문자를 사용

HDLC(High-level Data Link Control)

비트 단위로 전송하는 비트 지향 동기 방식
전이중 방식
고속 전송, 신뢰성이 높음
Flag(8비트로 동기화에 사용), Address(8비트로 전송할 목적지 주소), Control(8or16비트로 프레임별 기능 다름), Data(가변길이,실제 데이터), FCS(16or32비트로 에러 검출에 사용),Flag

흐름제어

처리속도가 다를때 조절하는 기능
정재 대기 방식 : 송신측에서 한번에 프레임 1개, 수신측에선 결과를 송신측에 전송
슬라이딩 윈도우 방식 : 송신측에서 윈도 크기만큼 프레임을 연속으로 전송

에러제어

패리티 비트검사(parity bit check) 에러 검출 방식

비동기 전송에서 사용
짝수 패리티, 홀수 패리티 방식이 있음
해당 패리티를 맞추기 위해 패리티 비트로 0이나 1을 전송함
짝수개의 오류가 동시에 발생 하면 감지 못함

블록 합 검사(block sum check) 에러 검출 방식

패리티 검사 단점 보완으로 2차원적 에러 검출방식
각 문자 블록에 수평 패리티(짝수), 수직패리티(홀수) 적용
짝수개 에러 검출 가능

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프레임의 마지막 문자는 블록 합 검사가 된다.(사실 봐도 잘모르겠음 문제 나오면)

에러 정정 방식 - 자동 재전송 요청(ARQ;Auto Repeat reQuest) 방식

정지 대기 ARQ 방식

흐름 제어에서 설명함
송신측이 블록 하나 전송 -> 수신측이 에러 검사후 ACK나 NAK를 보낼 때까지 기다림
NAK보내면 다시 블록 보냄

Go-Back N ARQ 방식

송신측에서 프레임 연속해 송신하고 수신측에서 에러 발생시 송신측에 NAK와 에러프레임번호 알림
송신측이 NAK와 에러프레임번호 확인후, 해당 프레임부터 나머지까지 계속 송신
만약 5번 프레임까지 보냈는데 3번 에러나면 3,4,5 다시 보냄 3개 다시 보낸단 소리

선택적 ARQ 방식

에러가 발생한 프레임만 다시 전송

적응형 ARQ 방식

블록 크기를 동적으로 해 에러 발생률 높으면 짧은 프레임, 적으면 긴 프레임 전송

네트워크 계층(Network Layer)

패킷 단위로 전송
가장 좋은 경로 선택하는 라우팅을 수행함
논리 주소인 IP 주소를 헤더에 포함해 송신지부터 수신지까지 주소가 변경x

물리주소(MAC주소)는 패킷이 이동될 때마다 변경되지만
논리주소(IP주소)는 변함없이 유지됨
라우터는 그러한 논리주소를 기반으로 연결하는 기능을 제공

경로설정 프로토콜

RIP(Routing Information Protocol)

라우터의 대수(hop의 수량)에 따라 최단 경로를 동적으로 결정하는 거리 벡터 알고리즘(벨만-포드) 사용
간단히 구현되며 분산된 환경에서 동작 가능
일반 기업의 구내 정보 통신망(LAN)에 주로 이용
소규모 네트워크에 효과적
대신 최대 15홉이며
최적 상태 수렴하는데 시간이 오래걸릴 수 있음

OSPF(Open Shortest Path First, OSPF)

링크 상태 라우팅 알고리즘(다익스트라) 사용
RIP의 단점을 해결
대기업망에서 널리 쓰이는 내부 게이트웨이 프로토콜(IGP)로 간주됨
대신 비싸서 아직 RIP많이 사용함

BGP(Border Gateway Protocla)

외부 게이트웨이 프로토콜(EGP)로 간주
자율 시스템의 네트워크 내에서 호스트끼리 라우팅 정보 교환을 위한 프로토콜

전송 계층(Transport Layer)

전송계층을 기점으로 하위계층(물,데,네)로 이뤄진 네트워크 계층과
상위계층(세,표,응)으로 이루어진 사용자 서비스로 구별할 수 있음
이 두 서비스간의 종단간 전송을 수행하는 역할을 담당
프로토콜(TCP,UDP)와 관련된 계층으로 에러 복구, 흐름 제어등을 담당
두 시스템 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장

이후 파트에서 전송계층의 프로토콜인 TCP와 UDP를 설명하도록 하겠다(밑에있음)

세션 계층(Session Layer)

세션 관리
복구를 위한 동기점 제공
대화제어

표현 계층(Presentation Layer)

코드 변환
암호화, 보안
압축

응용 계층(Application Layer)

네트워크 가상 터미널
파일접근, 전송 및 관리
이메일 서비스

인터넷 계층과 TCP UDP

인터넷의 기본이 되는 프로토콜
전송 제어 프로토콜(TCP; Transmission Control Protocol)과
인터넷 프로토콜(IP; Internet Protocol)을 의미

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네트워크 접근 계층

하드웨어적인 요소와 관련된 모든것을 지원하는 계층
송신기 단말기는 인터넷 계층으로 전달받은 패킷에 물리적 주소인 MAC 주소 정보를 갖는 헤더를 추가하여 프레임을 만들어 전달함
대표 프로토콜 : 이더넷, 802.1x, MAC/LLC, SLIP,PPP

네트워크 접근 계층 대표 프로토콜

이더넷 : 근거리통신망(LAN)의 대표 통신 프로토콜
MAC/LLC : IEEE 802를 표준으로 규정하는 각정 연결방식에서 공통으로 사용하는 통신 규약
SLIP(Serial Line Internet Protocol) : IP에 대한 기본 프레임을 제공하는 간단한 2계층 프로토콜
PPP(Point-To-Point Protocol) : 프레임, 보안, 성능을 강화하기 위한 추가기능을 제공하는 프로토콜

인터넷 계층

IP는 네트워크의 주소 체계를 관리하며, 데이터그램을 정의, 전송을 위한 경로 결정을 담당
대표 프로토콜 : IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP

인터넷 계층 대표 프로토콜

IP : 네트워크의 주소 체계를 관리하며, 데이터그램을 정의, 전송을 위한 경로 결정을 담당
ARP(Address Resolution Protoocl) : IP주소 -> MAC 주소 변환
RARP(Reverse ARP) : MAC주소 -> IP주소 변환
ICMP(Internet Control Message Protocol) : 에러 보고, 경로 제어하는 정보 전달 기능
IGMP(Internet Group Message Protocol) : 멀티캐스팅 기능

전송 계층

신뢰성있는 전송 기능 제공
시스템의 논리 주소와 포트를 가지므로 각 상위 계층의 프로세스를 연결
대표 프로토콜 : TCP, UDP

TCP

연결 지향형 프로토콜

데이터 전송전 송수신을 위한 연결 통로를 만들고 전송
송신전 수신측 연결상태 확인후 전송 시작, 통신 종료때까지 연결 상태 유지

3-way-handshaking

TCP는 송신측과 수신측 연결을 위해 신호를 3단계로 교환함
1. 송신측 -> 수신측 SYN 세그먼트를 보내 연결 설정 요청
1. 수신측 -> 송신측 수신 확인으로 SYN 세그먼트와 ack를 전송
1. 송신측 -> 수신측 응답 세그먼트의 확인 응답으로 ack 전송
여기서 SYN 세그먼트 보내는 단계를 악용한게 SYN Flooding 공격

4-way-handshaking

TCP는 송신측과 수신측 연결을 해제하기 위해 신호를 4단계로 교환함
송->수 FIN 세그먼트 보내 연결 해제 요청
수->송 확인 ack세그먼트 전송
수->송 FIN 세그먼트 전송해 연결 해제 요청
송->수 응답 ack를 보냄

포트 번호

까지는 시험이나 어디에도 잘 안나올듯하다 굳이 외우기보단 필요할때마다 볼 느낌?
나중에 TCP 헤더와 UDP헤더 차이나 보도록 하자

TCP 흐름제어

수신측은 정상 도착 여부를 송신측에게 알림
에러난 패킷은 재전송
슬라이딩 윈도우 방식 사용
윈도우 크기 : 한번에 전송되는 패킷의 개수, 수신 버퍼의 크기

혼잡제어

네트워크 내에서 패킷수가 과도하게 증가하는 현상을 혼잡이라함
TCP에서는 혼잡 제어로 Slow-Start 알고리즘 사용
Slow Start 알고리즘 : 1개 2개 4개 8개 16개.. 씩으로 크기 늘리다가 재전송 발생시 다시 한계치를 반으로 줄이고 한개의 패킷을 송신

UDP

비연결 지향 프로토콜
패킷, 흐름제어, 단편화 및 전송보장등의 기능 제공 X
TCP 헤더에 비해 간단, 상대적으로 통신 과부화 적음
대표 응용 계층 프로토콜 : DNS, DHCP, SNMP

TCP 헤더 vs UDP 헤더

checksum(검사합)
수신측에서 이 정보를 이용해 UDP 헤더와 데이터 및 IP헤더의 에러검사
UDP 표준에서는 검사합이 선택사항

응용 계층

사용자에게 서비스 제공
대표 프로토콜 : FTP(file transfer protocol), SMTP(simple mail transfer protocol), SNMP(simple network management protocol)

응용 계층 대표 프로토콜

FTP : 파일 전송 프로토콜
TFTP : FTP보다 단순한 방식으로 파일 전송, 임베디드 시스템에서 운영체제 업로드용
RTP(Real-Time Transport protocol) : 실시간 음성 동화를 송수신하기 위한 통신 규약, 보통 UDP의 상위 통신 규약으로 이용
HTTP : 인터넷에서 하이퍼텍스트 문서 교환에 사용하는 통신 규약, 웹에서 HTML 문서 송수신에 사용 다양한 형태의 데이터 전송 가능
SMTP : 두 메일 서버 사이에서 이메일 송신~
POP3 : 이메일 수신~
SNMP : 다른 네트워크 장치를 원격에서 관리 하기위한~
DHCP(Dynamic Host Configuration P) : 네트워크의 각 노드들에게 유일한 IP주소 자동으로 할당, 관리해주는 서비스
DNS(Domain name system) : 호스트 이름과 IP주소를 매핑해 주는 분산 네이밍 시스템