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[강의 미리보기]Ch 01 네트워크 소개 04 TCP IP Suite 비교와 캡슐화

[네트워크] 프로토콜과 TCP/IP

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프로토콜이란

프로토콜이 필요한 이유는 무엇인가

인터넷 표준 프로토콜(TCPIP)

TCPIP 구조

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[네트워크] 프로토콜과 TCP/IP

프로토콜이란?

서로 다른 시스템에 있는 개체 간에 성공정으로 데이터를 전송하는 통신 규약

(네트워크에 연결된 컴퓨터들끼리 데이터를 주고받을 수 있도록 미리 약속한 전송 규약 및 규칙)

프로토콜은 계층적 구조로 정의되어 있고, 계층별 역할이 구분됨

예를 들어서 인터넷을 이용한다고 하면

인터넷의 기본 프로토콜 – TCP/IP

원하는 웹사이트의 웹페이지를 볼 수 있는 – HTTP

메일을 주고 받을 시 – SMTP, POP3

인터넷으로 데이터나 파일의 업로드, 혹은 다운로드 시 – FTP

등의 프로토콜이 사용된다.

프로토콜이 필요한 이유는 무엇인가?

사용자 별로 환경이 다르고 통신의 규칙이 없으면 충돌, 지연 등 여러가지 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

예를 들어 한쪽은 맥북(Linux 기반)을 사용하고, 다른 한쪽은 Windows 기반의 삼성 컴퓨터를 사용한다고 하자.

두 컴퓨터의 환경이 다르기 때문에 중간에 규약을 지정해주지 않는다면 서로 제멋대로 데이터를 요청하거나 전송할 것이다.

이를 방지하기 위해 프로토콜(통신 규약)을 만듦으로써 사전에 발생할 수 있는 여러가지 문제들(통신 순서, 오류 제어 및 수정 등)을 해결할 수 있다.

인터넷 표준 프로토콜(TCP/IP)

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) = 전송 제어 및 인터넷 프로토콜

FTP(File Transfer Protocol) = 파일 전송 프로토콜

Telnet = 원격 로그인

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) = 이메일

TCP/IP는 TCP/IP를 지원하는 소프트웨어만 있으면 아무런 문제 없이 다른 기종의 컴퓨터와 통신할 수 있다.

TCP/IP 프로토콜은 네트워크 접속 계층(Network Access), 네트워크 계층(Internet), 전송 계층(Transport), 응용 계층(Application)으로 구분된다.

1) 네트워크 접속 계층(Network Access)

– 운영체제의 네트워크 카드와 디바이스 드라이버 등 하드웨어적인 요소와 관련된 모든 것을 지원하는 계층

– 데이터 링크 계층의 역할을 하는 TCP/IP 프로토콜에는 Ethernet, 802.11x, MAC/LLC, SLIP, PPP 등이 있음

– 네트워크 접속 계층의 송신 측 컴퓨터는 상위 계층으로부터 받은 패킷에 물리 주소인 MAC 주소를 헤더에 추가하여 프레임을 만든 뒤 하위 계층인 물리 계층에 전달함

– 수신 측 컴퓨터는 데이터 링크 계층에서 추가한 헤더 제거 후 상위 계층인 네트워크 계층에 전달

– 이 때, 프레임의 크기는 네트워크 토폴로지가 결정

2) 네트워크 계층(Internet)

– 네트워크 패킷 전송 제어

– IP, ARP(Address Resolution Protocol), ICMP(Internet Control Message Protocol), IGMP(Internet Group Management Protocol) <- 전부 중요한 것들, 꼭 알아두는 것을 추천 - IP는 네트워크의 주소 체계를 관리하고 데이터그램을 정의하며 전송에 필요한 경로를 결정 - 네트워크 계층의 역할은 데이터그램(IP 프로토콜에서 다루는 패킷 데이터)을 정확한 수신지로 전송하는 것 - 데이터그램에 있는 정보는 송신지 주소, 수신지 주소, 보내는 데이터, 몇 가지 제어 필드 등 3) 전송 계층(Transport) - 호스트 간의 데이터 전송을 담당하는 계층으로 TCP, UDP(User Datagram Protocol) - TCP는 전송되는 패킷에 오류와 중복이 없게 하고, 보낸 순서대로 상대편이 받을 수 있도록 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 프로토콜 - 때문에 신뢰성 보장을 위해 헤더 안에는 오류 코드에 대응할 수 있는 각종 정보가 들어있음 - TCP는 패킷을 정확히 전송하기 위해 패킷 헤더 부분에 일련번호 등을 추가하여 보내지만 UDP는 정확한 패킷 전송을 보장하지 않기 때문에 패킷 헤더 부분에 추가 정보가 없음 - TCP는 전송되지 않은 패킷이 있으면 재전송하기 때문에 원본 데이터와 일치하는 데이터 재결합 가능 - 전송된 패킷의 도착 순서가 바뀌어도 패킷의 일련번호를 이용하여 원본과 일치하는 데이터를 받을 수 있음 - UDP는 전송되지 않은 패킷이 있어도 이를 무시하고 패킷이 도착하는 순서대로 데이터를 재결합하기 때문에 원본과 일치하는 데이터의 재결합을 보장하지 않음 4) 응용 계층(Application) - FTP, SMTP, SNMP(Simple Network Management Protocol : 네트워크 관리) - 웹 브라우저(인터넷 익스플로러, 크롬 등)나 인터넷 메일 프로그램(아웃룩 익스프레스 등)이 해당됨 - TCP/IP 프로토콜을 지원하려면 서버 컴퓨터에 프로토콜을 서버 형태로 서비스하는 데몬(Daemon)이라는 프로그램이 있어야 함 TCP/IP 구조

<물리 주소 + 인터넷 주소 + 포트 주소> 로 구성됨

1) 물리 주소

– MAC 주소를 의미하며 이더넷 네트워크 인터페이스 카드(NIC 카드)의 6바이트(48비트)를 의미함

– MAC 주소는 고유식별번호로 전세계에 하나밖에 존재하지 않음

– 실행 – cmd – ipconfig/all을 통해 확인 가능함

– 프레임에서 사용됨

2) 인터넷 주소

– IP주소를 의미하며, 168.32.133.12 와 같은 형태의 주소를 의미함(우리가 아는 IP주소가 이에 해당)

3) 포트 주소

– 하나의 컴퓨터에서 여러 대의 컴퓨터와 통신하고 있는 경우, 동시 발생하는 프로세스 처리를 위해 프로세스들을 식별하기 위한 방법이 필요한데 포트 주소를 통해 해결함

– TCP/IP 구조에서는 포트 주소를 사용하여 이를 식별하며, TCP/IP의 포트 주소 길이는 16비트임

네트워크 프로토콜 정리

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1. 프로토콜의 세 가지 요소

1) 구문(syntax) : 데이터의 형식이나 신호로, 부호화 방법 등을 정의

2) 의미(semantics) : 오류 제어, 동기 제어, 흐름 제어 같은 각종 제어 절차에 관한 제어 정보 정의

3) 순서(timing) : 송/수신자 간 혹은 양단(end-to-end)의 통신 시스템과 망 사이의 통신 속도나 순서 등을 정의

2. 프로토콜의 기능

1) 주소 설정(Addressing) : 각 전송 계층에 맞는 송신자와 수신자의 주소 지정

2) 순서 제어(Sequence Control) : 데이터 단위가 전송될 때 보내지는 순서 명시

3) 데이터 대열의 단편화 및 재조합(Fragmentation & Reassembly) : 전송 효율이 높은 작은 단위로 단편화 및 응용 프로그램에서 사용하기 위해 재조합

4) 캡슐화(Encapsulation) : 데이터에 제어 정보를 덧붙임

5) 연결 제어(Connection Control) : 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제에 대한 통제 수행

6) 흐름 제어(Flow Control) : 송신측 개체로부터 오는 데이터의 양이나 속도 조절

7) 오류 제어(Error Control) : 데이터를 교환할 때 SDU(Service Data Unit)나 PCI(Protocol Control Information)에 대한 오류 검사

8) 동기화(Synchronization) : 두 개체 간에 데이터가 전송될 때 각 개체는 특정 타이머 값이나 윈도우 크기 등을 서로의 상태를 일치시킴

9) 다중화(Multiplexing) : 여러 시스템이 동시에 통신할 수 있는 기법

10) 전송 서비스 : 우선순위 결정, 서비스 등급과 보안 요구 등을 제어

3. 데이터 링크 계층에서 동작하는 프로토콜

1) 이더넷 프로토콜 : 흔히 랜이라고 부르는 네트워크 구간 또는 네트워크 하드웨어 사이에서 MAC(Media Access Protocol) 주소를 기반으로 통신을 위한 프로토콜. 이더넷 패킷의 최소 길이는 64KBytes, 최대길이는 1,518KBytes

4. 네트워크 계층에서 동작하는 프로토콜

1) ARP(Address Resolution Protocol) : 통신 대상 시스템에 도달하기 위한 다음 네트워크 인터페이스의 MAC 주소를 알아내야 할 때 사용

2) RARP(Reverse Address Resolution Protocol) : 데이터 링크 계층의 주소인 MAC 주소를 가진 네트워크 계층의 주소, 즉 IP를 확인하는 프로토콜

3) IP(Internet Protocol) : 랜의 영역을 넘어서는 회선이 서로 다른 두 노드 사이(WAN 구간)의 데이터를 전송. IP 주소는 A, B, C, D, E클래스로 구분하고 각 클래스는 네트워크 부분과 호스트 부분으로 구성

4) ICMP(Internet Control Message Protocol) : 호스트 서버와 인터넷 게이트웨이 사이에서 메시지를 제어하고 오류를 알려주는 프로토콜

5) IGMP(Internet Group Management Protocol) : 멀티캐스트에 관여하는 프로토콜로, 멀티캐스트 그룹을 관리하는 역할 수행

5. 전송 계층에서 동작하는 프로토콜

1) TCP(Transmission Control Protocol) : 전송 계층에서 동작하는 연결 지향형(connection-oriented) 프로토콜로 데이터의 흐름을 관리하고, 데이터가 정확한지 검증하며 통신. 쓰리웨이 핸드쉐이킹(three-way handshaking)을 통해 연결 설정

2) UDP(User Datagram Protocol) : TCP와 달리 비연결 지향형 프로토콜. 상대방이 보낸 응답을 확인하지 않으며, 송신 시스템이 전송하는 데이터에 대한 목적지 시스템의 확인 절차를 생략하므로 네트워크에 부하를 주지 않는 장점이 있음. 그러나 데이터 자체의 신뢰성이 없으므로 수신한 데이터는 무결성을 보장받지 못함

6. 응용 계층에서 동작하는 프로토콜

1) FTP(File Transfer Protocol, 20, 21) : 파일 전송을 위한 가장 기본 프로토콜로, RFC 114로 1971년에 만들어짐

2) Telnet(23) : 사용자가 원격에 있는 서버에 로그인하도록 TCP 연결을 설정하며, 단말기가 원격 컴퓨터 바로 옆에 있는 것처럼 조작할 수 있게 해줌

3) SMTP(Simple Mail Transfer Protocol, 25) : 메일 전송을 위한 프로토콜

4) DNS(Domain Name Service, 53) : 도메인 이름 주소를 통해 IP 주소를 확인할 수 있는 프로토콜

5) TFTP(Trivial File Transfer Protocol, 69) : 1985년에 만들어졌으며 FTP 처럼 파일을 전송하는 프로토콜

6) HTTP(HyperText Transfer Protocol, 80) : 인터넷 서비스를 위한 프로토콜

7) POP3(Post office Protocol 3, 110) & IMAP(Internet Message Access Protocol, 143) : 메일 서버로 전송된 메일을 확인할 때 사용하는 프로토콜. IMAP도 POP3와 기본적으로 같으나, 메일을 읽은 후에도 메일이 서버에 남는다는 점이 다름.

8) RPC(Remote Procedure Call, 111) : 썬(Sun)의 Remote Procedure Call을 가리킴.

9) NetBIOS(Network Basic Input/Output System, 138) : 사무기기와 윈도우 시스템 간의 파일 공유를 위한 프로토콜

10) SNMP(Simple Network Management Protocol, 161) : 네트워크 관리와 모니터링을 위한 프로토콜

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[넷알못 사전] 프로토콜은 무엇인가요?

[IT동아]
프로토콜(protocol)은 ‘약속’, ‘규약’, ‘협약’ 등을 의미하는 단어로, 네트워크 분야 외에도 여러 분야에서 통용된다. 상호간 원활한 교류, 소통, 통신을 위해 서로 동일하게 어떠한 설정/규칙을 정한다는 뜻이다. 전화 통화 시 ‘여보세요’라고 시작하는 게 사회적 협약인 것과 같다.

컴퓨터 네트워크 환경 내 모든 기기가 서로 통신하며 데이터를 주고 받으려면, 각 기기에는 사전 협의된 통신 협약/규약이 필요하다. 이 규약을 ‘네트워크 프로토콜’이라 하는데, 현존하는 네트워크 프로토콜은 수십 여종이 있다.

우리가 인터넷을 사용하며 자주 접하는 건 몇 가지 안되는데, 요즘 같은 ‘인터넷 시대’, ‘클라우드 시대’에 간단히 알아두면 유용하리라 여긴다.

컴퓨터 네트워크에는 수 많은 프로토콜이 사용된다 (출처=Agilent Technololgy)

인터넷 접속을 위한 기본 프로토콜 – TCP/IP

컴퓨터 네트워크에서 TCP/IP 프로토콜은 인터넷 연결에 있어 핵심이면서 대단히 중요한 역할을 한다. 어디선가 얼핏 보고 들은 듯한 TCP/IP는, ‘TCP 프로토콜’의 특성과 ‘IP 프로토콜’의 특성을 합친 것이다. 즉 IP주소 체계(IP 프로토콜의 특성)를 통해, 신뢰성 높은 데이터 송수신(TCP 프로토콜의 특성)을 보장한다.

윈도 운영체제의 ‘네트워크 및 인터넷 설정’ 항목을 보면, ‘Internet Protocol Version 4(TCP/IPv4)’와 ‘Internet Protocol Version 6(TCP/IPv6)’ 옵션이 있는데, 현재 우리가 사용하는 TCP/IP 버전이 ‘v4’다.

윈도 내 TCP/IP 설정 항목

TCP/IPv6는 현행 v4의 IP주소 구조를 확장해, IP주소 고갈/부족 문제를 해결할 수 있다. 다만 대중적으로 확산되기까지 시간이 좀더 필요하다.

‘IP주소’, ‘서브넷마스크’, ‘게이트웨이 주소’, ‘DNS 서버 주소’ 등을 통해 인터넷 웹사이트에 접근하려면, 해당 웹사이트 서버와 사용자 PC는 모두 TCP/IP 프로토콜을 사용한다는 규약이 적용돼 있어야 한다.

홈페이지를 제대로 띄우기 위한 프로토콜 – HTTP

일반적으로 웹브라우저로 특정 홈페이지를 여는 건 ‘인터넷 접속’의 한 방식일 뿐이다. 인터넷 홈페이지/웹페이지는 기본적으로 ‘하이퍼 텍스트(hyper-text)’라는 프로그래밍 언어(HTML)로 제작되는데, 이 하이퍼 텍스트 웹페이지를 제공, 제어하는 프로토콜이 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)다.

웹브라우저 주소창에 ‘http://~’라 입력하는 건, HTTP 프로토콜을 통해 HTML로 제작된 웹페이지에 연결하겠다는 의미다. 즉 여기서 ‘http’ 대신 다른 프로토콜(예, ftp)을 입력하면 다른 방식으로 해당 사이트에 접속하게 된다.

HTML 웹사이트를 열기 위한 HTTP 프로토콜

참고로, 요즘에는 웹브라우저 주소창에 ‘http’를 따로 입력하지 않아도, http가 자동 포함된 것으로 간주된다. 아울러 http가 아닌 ‘https’ 프로토콜도 많이 사용되는데, 이는 http와 동일하지만 보안(Secure) 기능을 추가한 것이다.

https 프로토콜은 서버와 PC 간 송수신되는 데이터를 암호화하는데, 대개 홈페이지 로그인이나 회원가입, 온라인 결제 등에 자동 적용된다.

빠른 파일 송수신을 위한 프로토콜 – FTP

화려한 홈페이지 형식이 아닌, 파일 송수신 만을 위한 최소한의 환경만 제공해 다른 프로토콜보다 파일 송수신 속도가 빠르다. 위 HTTP 프로토콜로도 파일 송수신(업로드/다운로드)은 가능하지만, 많은 파일을 처리하기에는 적합하지 않다. 이에 FTP(File Transfer Protocol)는 대량의 파일을 빠르게 송수신할 수 있는 프로토콜이다.

특정 사이트가 ftp 서비스를 제공한다면, 앞선 ‘http://~’ 주소창에 ‘http’ 대신 ‘ftp를 넣어 ‘ftp://~’ 형식으로 FTP 서비스에 접속할 수 있다. 즉 인터넷 주소가 같아도 http로 접속하는 사이트와 ftp로 접속하는 사이트는 서로 다르다.

알드라이브로 FTP 접속(위), 윈도 탐색기로 FTP 접속(아래)

일반 웹브라우저나 윈도 탐색기로도 ftp 사이트에 접속할 수 있지만, 아무래도 FTP 전용 프로그램을 사용하는 게 여러 모로 편리하다. ‘알드라이브(구. 알FTP)’나 ‘FileZilla(파일질라)’ 같은 무료 프로그램이 있다. 이들 프로그램은 사용자 PC를 FTP 서버로도 운영할 수 있는 서버 기능도 제공한다.

이메일을 보내고 받을 수 있는 프로토콜 – SMTP와 POP

인터넷으로 이메일을 보내고 받을 때도, 서버와 사용자간 상호 규약이 필요하다. 메일 보낼 때는 SMTP 프로토콜을, 받을 때는 POP 프로토콜을 사용한다. (SMTP = Simple Mail Transfer Protocol, POP = Post Office Protocol)

대부분 네이버 메일이나 다음 메일, 구글 지메일 등의 이메일 서비스를 사용할 텐데, 각 홈페이지에서 메일을 보내고 받을 때는 이들 프로토콜에 대해 굳이 알 필요는 없다. 각 포털의 메일 서버에 미리 설정돼 있기 때문이다.

네이버 메일 서비스의 SMTP/POP 설정 정보

다만 메일 송수신 전용 프로그램(윈도10 ‘메일’ 앱 등)을 사용하려 한다면, 해당 포털의 메일 서버의 SMTP 설정과 POP 설정을 직접 입력해야 한다(이 설정 정보는 각 포털에 공개돼 있다). 이를 설정하면 해당 포털의 메일 홈페이지에 접속하지 않아도, 메일 프로그램을 통해 바로 메일 송수신이 가능하다. 포털 사이트가 아닌, 자체 메일 서버를 구축, 운영 중인 기업/기관 내 사용자라면 알아둘 만하다.

참고로, 메일 수신 프로토콜로 POP 외 ‘IMAP’이라는 프로토콜도 자주 사용된다(Internet Messaging Access Protocol). 몇 가지 특징이 있을 뿐 POP와 동일한 역할이다.

인터넷 주소를 자동 할당, 설정하는 프로토콜 – DHCP

DHCP 프로토콜에 대해서는 이전 [넷알못 사전]에서 자세히 살펴봤다(https://it.donga.com/31810/ 참고). IP주소+서브넷마스크+게이트웨이 주소+DNS 서버 주소 등의 인터넷 주소 세트를 자동으로 할당 받아 설정하는 프로토콜이다. 즉 DHCP 서버의 자동 할당 설정에 따라, 사용자 PC도 DHCP 서비스를 실행해 인터넷 주소를 자동 할당 받는다. 윈도를 비롯해 PC용 운영체제는 기본적으로 DHCP 서비스가 자동 실행된다.

윈도에서 DHCP 서비스가 항상 실행돼 있어야 인터넷 주소를 자동 할당 받을 수 있다

기억할 건, 프로토콜은 ‘통신 약속’.

글 / IT동아 이문규 ([email protected])

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