[컴퓨터 네트워크] 프로토콜 계층 구조

통신 프로토콜 정의

• 통신 장치들간에 교환될 메시지의 형식 정의(Syntax)
• 메시지 교환 순서 정의(Timing)
• 메시지를 교환할 때 수행해야할 행위를 정의(Semantics)

프로토콜 구조: 계층 구조

계층 구조의 예

웹 브라우저와 웹 서버 사이의 웹 페이지를 안전하고 효과적으로 전달하기 위해 여러 개의 프로토콜들이 사용되고, 이 프로토콜을 정의할 때 계층 구조가 사용되게 된다.

계층 구조의 장점

• 새로운 프로토콜 정의 용이
• 특정 통신 기능 또는 서비스 수정 용이
• 전체 시스템 이해 용이

계층 구조의 단점

• 최적 시스템 구현의 어려움(프로토콜 단위 사용, 계층 간 서비스 인터페이스 구현)

프로토콜

• 특정 통신 서비스를 위한 정보 교환 규칙 정의
• 유사한 통신 서비스를 위해 유사한 프로토콜 다수 정의 가능
• 물리 매체 프로토콜: UDP, 광케이블, 무선 채널
• 인터넷 응용 프로토콜: HTTP(웹 서비스), SMTP(이메일 서비스)

계층

• 유사한 프로토콜들의 집합
• 1개의 계층에 다수의 프로토콜 존재 가능

TCP / IP 계층 구조

• 인터넷의 프로토콜 구조
• 5계층 구조

OSI(Open System Interconnection) 구조

• ISO(International Standardization Organization)에서 정의
• 7계층 구조
• 실제 사용되지 않고 참조 모델로 활용

TCP / IP와 OSI 구조

• physical: 정보를 전달하는 물리 매체를 정의하는 프로토콜
• link: 물리 매체를 연결하는 통신 장치들이 있을 때, 통신 장치와 장치간의 물리 매체를 이용해서 패킷을 전송하는 절차를 정의한 계층 프로토콜
• network: 링크와 링크를 연결하는 장치들 간의 패킷을 어떻게 교환할 것인지를 담당하는 프로토콜
• transport: 패킷 단위로 큰 메시지를 나누고, 패킷이 손실됬을 때, 복구할 수 있는 기능, 전송하는 정보가 효과적으로 손실없이 목적지까지 안전하게 전달할 수 있게 하는 규칙을 정의한 프로토콜
• application: 최종 사용자가 필요로 하는 웹 페이지를 교환하는 규칙, 파일을 교환하는 규칙 등을 정의하는 프로토콜

OSI 계층에서는 application 계층을 3가지로 나눈다.(session, presentation, application)

응용 계층(Application Layer)

• 인터넷 최종 사용자 서비스를 위한 정보(메시지) 교환 규칙 정의
• 사용자 서비스 종류에 따라 서로 다른 응용 프로토콜 정의
• 웹 서비스: HTP(Hyper Text Tranfer Protocol)
• 이메일 서비스: SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)
• 파일 전송 서비스: FTP(File Transfer Protocol)
• 도메인 네임 서비스: DNS(Domain Name System)

트랜스포트 계층(Transport Layer)

• 응용 계층 프로토콜 간에 메시지를 작은 전송 단위(Segment)로 나누고 전송하는 규칙 정의
• 응용 프로토콜 지정(End-point, Port 번호), 오류 제어(Error control), 흐름 제어(Flow control), 혼잡 제어(Congestion control)
• 대표적인 트랜스포트 계층 프로토콜: TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Datagram Protocol)

네트워크 계층(Network Layer)

• 네트워크 상에서 최적 경로를 찾는다.
• 출발지 트랜스포트 프로토콜의 전송단위(Segment)를 네트워크 전달 단위인 데이터그램(Datagram)으로 변환
• 목적지 트랜스포트 프로토콜까지 데이터그램을 교환하고 전달
• 데이터그램 전달 프로토콜: IP
• 최적 경로 찾기 프로토콜: Routing Protocol

링크 계층(Link Layer)

• 네트워크 경로를 구성하는 각 링크 상에서 네트워크 전송단위(데이터그램)을 프레임(Frame)으로 변환하고, 링크의 끝까지 전송하는 규칙 정의
• 링크의 유형에 따라 다양한 링크 프로토콜 정의
• 유선 LAN: Ethernet, 무선 LAN: WIFI, 전용회선: PPP

물리 계층(Physical Layer)

• 디지털 비트와 물리적인 신호의 변환과 물리 매체 접속 규격 정의
• 물리 매체의 유형에 따라 다양한 물리 프로토콜 정의
• Ethernet 링크를 위해 UTP, 광케이블 물리 프로토콜 정의
• WIFI 채널의 디지털 비트와 물리 신호의 변환 방법에 따라 다양한 물리 프로토콜 정의

OSI 프레젠테이션 계층(Presentation layer)

• 응용 프로토콜이 교환하는 정보의 의미를 동일하게 해석하도록 표현하는 규칙 정의
• 데이터 표현, 압축(Compression) 방식, 암호(Encryption) 방식 등
• TCP/IP 구조에서는 필요한 경우 응용 프로토콜에서 정의

OSI 세션 계층(Session Layer)

• 점검 전 입력으로(Checkpointing) 교환되는 정보를 구분하고(Delimiting), 교환 정보를 상호 동기화하며(Synchronization), 복구할 수 있는(Recovery) 규칙 정의
• TCP/IP 구조에서는 필요한 경우 응용 프로토콜에서 정의

프로토콜 교환 정보

• 데이터 정보(Data information): 사용자가 통신 상대방 사용자에게 전송을 의뢰한 정보
• 제어 정보(Control information): 프로토콜의 규칙을 수행하기 위해 상대방 프로토콜에게 제공하는 정보
• Encapsulation(캡슐화): 상위 계층에서 전달을 요청한 데이터 앞에 프로토콜이 규칙을 수행하기 위한 제어정보를 추가해서 전달하는 개념

프로토콜 제어 정보와 데이터

캡슐화(Encapsulation)