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컴퓨터 네트워크의 계층

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By Gyun
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🎬 Intro

컴퓨터 네트워크의 계층에 대해 알아보겠습니다.

✅ 네트워크 종류

Circuit switch 네트워크 (버스)

  • 자원과 통신의 경로가 정해져 있기 때문에, 하나의 경로가 고장 나면 문제가 발생할 수 있습니다.
  • 지속적으로 자원을 사용할 때 유리합니다.
  • 전화(음성) 통신에서 주로 사용됩니다.

Packet switch 네트워크 (택시)

  • 자원과 경로가 정해져 있지 않으므로, 하나의 경로가 고장 나면 다른 경로로 우회할 수 있습니다.

  • 자원이 할당되지 않아서 많은 양의 데이터를 사용할 수 있습니다.

    → 케이블 모뎀처럼 사용자가 많지 않으면 많은 양의 데이터를 사용할 수 있는 것과 동일합니다.

✅ 네트워크 품질

품질 요소

전송률(속도), 패킷 손실(신뢰도), 지연시간

전송률 (속도)
  • 대역폭(BandWidth = 주파수 넓이)은 전송률(DataRate = throughput)과 비례합니다. 즉, 대역폭이 넓을수록 시간당 보낼 수 있는 데이터의 양이 많아집니다.
  • MB/s (바이트), Mbps (비트) 1MB/s = 8Mbps (8bit는 1byte이므로)
패킷 손실 (신뢰도)
  • 패킷 손실이 높아지면 네트워크는 대역폭을 줄여 혼잡을 관리합니다. (패킷 손실: 전송된 데이터 패킷 중 일부가 도착하지 않는 것)
  • 혼잡은 갑자기 많은 사람이 네트워크를 사용할 때 발생합니다. 잡음은 전선의 물리적 문제, 환경 문제 등에서 발생할 수 있습니다.
  • 네트워크 서비스는 일정하게 유지되어야 합니다.
  • 신뢰도를 높이기 위해선 최악의 상황을 대비해 충분한 자원을 미리 할당해두어야 합니다.
  • 일관성, 범위(coverage), 보안도 중요합니다.
지연시간
  • 지연시간은 신뢰도와도 연관이 있습니다.
  • Processing delay: 패킷의 정보를 처리하는 데 걸리는 시간으로, 거의 일정합니다.
  • Queueing delay: 패킷이 대기하는 시간으로, 병목현상을 해결하면 줄일 수 있습니다.
  • Transmission delay: 라우터가 패킷을 링크로 밀어내는 데 걸리는 시간입니다. 패킷의 크기가 크거나 링크의 대역폭이 작을수록 전송 시간이 길어집니다.
  • Propagation delay: 패킷이 물리적인 전선을 타고 이동하는 데 걸리는 시간입니다. 이는 물리적인 거리에 따라 결정됩니다.
  • 대역폭이 높아도 지연시간이 길 수 있습니다.
  • 지연시간이 중요한 애플리케이션으로는 전화, 실시간 방송, 주식 거래, 교통 시스템, IoT 등이 있습니다.

✅ 네트워크 계층 모델

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OSI 7계층은 네트워크 통신을 체계적으로 설명하는 데 유용한 모델입니다.

1계층 (응용 계층)

  • 사용자가 인터넷 서비스를 이용할 때 가장 먼저 마주하는 계층입니다. 브라우저, 이메일과 파일 전송, 구글링, 클라우드 등의 서비스를 직접적으로 이용하는 계층입니다.
  • HTTP/HTTPS (웹 페이지 요청 및 전송), SMTP (이메일 전송) 등이 해당됩니다.

2계층 (표현 계층)

  • 데이터를 인코딩하거나 디코딩하여 서로 다른 디바이스에서 읽을 수 있는 형식으로 변환하는 계층입니다.
  • 문자 코드, 압축, 암호화 등을 통해 데이터 형식 차이를 줄여줍니다. HTML이 대표적인 예입니다.
  • HTML (웹 문서 형식), TLS/SSL (데이터 암호화) 등이 있습니다.

3계층 (세션 계층)

  • 온라인 게임에서 플레이어 간의 연결을 설정하고 게임이 끝나면 연결을 종료하는 것과 유사합니다.
  • 세션을 체결하고 통신 방식을 결정합니다. 세션이란 두 개의 디바이스 간에 데이터를 주고받는 것을 의미합니다.
  • SIP (멀티미디어 통신 세션 관리), PPTP (VPN 연결 설정) 등이 있습니다.

4계층 (전송 계층)

  • 데이터 전송 중 오류를 제어해 신뢰성 있는 통신을 가능하게 하는 계층입니다.
  • 데이터 손실 없이 순서대로 전달되도록 보장합니다. TCP (신뢰성 있는 연결형 전송), UDP (비연결형 전송) 등이 있습니다.

5계층 (네트워크 계층)

  • 네트워크와 통신하기 위해 경로를 찾아주는 역할을 합니다. 라우터가 이 계층에서 동작합니다.
  • IP (데이터 패킷 전송 및 라우팅), ICMP (네트워크 오류 메시지 전달) 등이 있습니다.

6계층 (데이터 링크 계층)

  • 네트워크 기기 간의 데이터 전송을 신뢰성 있게 보장합니다.
  • Ethernet (유선 네트워크 데이터 전송), Wi-Fi (무선 네트워크 데이터 전송) 등이 있습니다.

7계층 (물리 계층)

  • 전선을 통해 데이터를 전송하는 실제적인 물리적 매체를 다루는 계층입니다.
  • Ethernet (물리적 전송 표준), Bluetooth (단거리 무선 통신) 등이 있습니다.

✨ Summary

컴퓨터 네트워크는 Circuit switch와 Packet switch 두 가지 방식으로 나뉩니다.
Circuit switch는 전화 통신처럼 고정된 경로를 사용하며, Packet switch는 데이터가 다양한 경로를 통해 이동하는 방식입니다.
네트워크의 품질은 전송률(속도), 패킷 손실(신뢰도), 지연시간에 따라 평가됩니다.

  • 전송률: 대역폭이 넓을수록 데이터 전송 속도가 빠릅니다.
  • 패킷 손실: 전송된 데이터의 손실 여부를 관리합니다.
  • 지연시간: 데이터를 전송하는 데 걸리는 시간입니다.

OSI 7계층 모델

  1. 응용 계층: 웹 브라우저, 이메일 서비스
    • 프로토콜: HTTP/HTTPS, SMTP
  2. 표현 계층: 데이터 형식 변환
    • 프로토콜: HTML, TLS/SSL
  3. 세션 계층: 연결 설정 및 종료
    • 프로토콜: SIP, PPTP
  4. 전송 계층: 신뢰성 있는 데이터 전송
    • 프로토콜: TCP, UDP
  5. 네트워크 계층: 데이터 경로 설정
    • 프로토콜: IP, ICMP
  6. 데이터 링크 계층: 물리적인 네트워크 기기 간 데이터 전송
    • 프로토콜: Ethernet, Wi-Fi
  7. 물리 계층: 실제 데이터 전송 매체
    • 프로토콜: Ethernet, Bluetooth

Reference

KOCW_네트워크_김철기_교수님

CS, Network
네트워크 network CS
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