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1. 전송과 교환의 개념을 설명하시오

• 교환(Switching)은 전달 경로가 둘 이상일 때 라우터에서 데이터를 어느 방향으로 전달할지를 선택하는 기능이다. 올바른 경로를 선택하기 위해 교환 기능을 수행하는 호스트는 경로 선택과 관련된 정보를 관리한다.
• 전송(Transmission)은 특정한 물리 매체에 의하여 일대일로 직접 연결된 두 시스템 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하기 위한 것. 즉, 전송에는 라우팅 개념이 포함되지 않는다. 즉, 두 호스트를 전송 매체로 직접 연결해 송신 호스트가 전송한 데이터가 수신 호스트에 직접 도착하도록 해야 한다.

2. 점대점 방식과 브로드캐스팅 방식을 차이점 위주로 비교하여 설명하시오.

• 점대점(Point-to-Point) 방식에서는 호스트 간의 데이터 전달 과정에서 송신 호스트가 중개 호스트와 일대일로 연결되므로 다른 호스트에는 데이터가 전달되지 않는다. 이때 각 호스트는 데이터를 송수신하는 호스트일 수도 있고, 중간에 있는 교환 호스트일 수도 있다. 원거리에 있는 시스템 사이의 통신 방식으로, WAN 환경에서 주로 사용한다.
• 브로드캐스팅 방식에서는 공유 전송 매체 하나에 여러 호스트를 연결하기 때문에 네트워크에 연결된 모든 호스트에 데이터가 전송된다. 따라서, 데이터 전달 과정에는 별도의 교환 기능이 필요없다. 대신, 자신을 목적지로 하지 않은 데이터를 수신 호스트가 버리고, 목적지 호스트만 데이터를 수신하도록 설계해야 한다. LAN처럼 지리적으로 가까운 호스트 사이의 통신에서 주로 사용한다.

3. 멀티포인트 유니캐스팅 방식과 멀티캐스팅 방식을 비교하여 설명하시오.

• 멀티포인트 유니캐스팅은 일대일 통신을 지원하는 유니캐스팅 방식을 이용해 일대다 통신을 하는 방식이다. 송신 호스트가 여러 개의 수신 호스트와 개별적으로 연결 설정이 되어야 한다. 데이터 전성 과정에서도 개별 수신 호스트에 별도로 각각 전송하므로 데이터를 여러 번 전송한다. 응답 기능 및 재전송 기능 등을 구현하기 좋지만 수신 호스트가 많아지면 성능 면에서 문제가 나타날 수 있다.
• 멀티캐스팅은 프로토콜 자체에서 일대다 전송 기능을 구현하여 통신 환경을 설정 요구 한 번으로 지원할 수 있다. 멀티캐스팅에서는 송신 호스트의 전송 요구 한 번으로 모든 수신 호스트에 데이터를 전달할 수 있다. 비디오, 오디오, 화상통화 등의 서비스와 같이 등록된 다수 고객을 대상으로 하는 데이터 서비스에 쓰인다. 따라서, 멀티캐스팅을 구현하려면 멀티캐스트 그룹을 생성하고 관리하는 기능이 필요하다.

4. 데이터 링크 계층에서 전송 오류 문제를 해결하기 위해 필요한 응답 프레임, 타임아웃, 순서 번호 등의 기능을 설명하시오.

• 데이터 링크 계층의 프레임 전송 오류에는 데이터가 깨져서 도착하는 프레임 변형과 데이터가 목적지에 도착하지 못하는 프레임 분실이 있다. 이 오류를 감지하면 복구하는 과정이 진행되는데, 일반적으로 데이터를 재전송하는 기법을 사용한다.
• 응답 프레임 : 송신 호스트가 전송한 데이터 프레임의 일부가 깨지는 프레임 변형 오류를 확인한 수신 호스트는 송신 호스트에 응답 프레임을 전송해 원래의 데이터 프레임을 재전송하도록 요구할 수 있다. 이 때 정상이면 긍정 응답 프레임(Positive Acknowledgement), 비정상이면 **부정 응답 프레임(Negative Acknowledgement)**으로 응답하여 송신 호스트에게 재전송을 요청할 수 있다.
• 타임 아웃 : 송신 호스트가 보낸 프레임이 도착하지 못하면 프레임 분실 오류이다. 이 때 수신 호스트는 어떤 응답도 하지 않으므로 송신 호스트는 데이터 프레임 전송 후 일정 시간 이내 응답 프레임이 오지 않으면 타임아웃 기능을 동작하여 데이터 프레임을 재전송한다.
• 순서 번호 : 타임아웃 등으로 송신 호스트가 같은 데이터 프레임을 중복으로 보내는 경우에 수신 호스트가 중복 데이터 프레임을 가려내려면 각 프레임 내부에 **순서 번호(Sequence Number)**를 기록해야 한다.

*흐름 제어(Flow Control) : 송신 호스트가 수신 호스트가 감당할 수 있을 정도의 전송 속도를 유지하면서 데이터 프레임을 전송하기 위한 기능. 수신 호스트가 송신 호스트에 다음 전송 시점을 통지하는 방식. 대표 프로토콜로는 슬라이딩 윈도우 프로토콜이 있다.

5. 데이터 프레임이 전송되었을 때 발생 가능한 오류의 종류와 이를 해결하기 위한 방안을 설명하시오.

4번에서 같이 설명

6. 데이터 프레임의 정보 중에서 순서 번호가 제공되지 않았을 때 문제점을 순서 번호가 있는 경우와 비교해서 설명하시오.

4번에서 같이 설명

7. 문자 프레임에서 문자 스터핑의 필요성과 원리를 설명하시오.

• 데이터 링크 계층에서는 전송 데이터를 프레임이라는 작은 단위로 나누어 처리한다. 상위 계층에서 보낸 전송 데이터의 오류를 확인하기 위한 체크섬(Checksum), 송수신 호스트의 주소, 기타 제어 코드 같은 정보가 포함된다.
• 문자 프레임(Character Frame)은 프레임 내용이 문자로 구성되므로 문자 데이터를 전송할 때 사용한다. 문자 프레임 방식은 8비트 단위(또는 ASCII 문자 코드)의 고정 크기로 동작한다.
• 각 프레임의 시작 위치에 DLE·STX 문자를 추가하는 끝나느 위치에 DLE·STX를 추가해 프레임의 다른 정보와 구분할 수 있도록 한다.
• 문자 프레임 내부에 DLE 문자가 포함되면 수신 호스트에서 혼란이 발생할 수 있다. 이 때 전송 데이터가 DLE를 포함하면 DLE 문자 하나를 강제로 추가하여 수신 호스트가 연속된 DLE를 발견하면 임의 추가된 문자로 판단할 수 있도록 한다. 이를 문자 스터핑(Character Stuffing)이라고 한다. 즉, 문자 프레임의 전송 과정에서 제어 문자를 추가하는 기능을 문자 스터핑이라고 한다.

8. 비트 프레임에서 비트 스터핑의 필요성과 원리를 설명하시오.

• 비트 프레임은 문자 단위가 아닌 임의의 비트 패턴 데이터를 전송하는 방식이다. 프레임의 시작과 끝 위치에 Flag라는 특수 비트 패턴(01111110)을 사용해 프레임 단위를 구분한다.
• 비트 프레임 방식에서는 비트 데이터 중에 1인 패턴이 연속해서 5번 발생하면 강제로 0을 추가하는 조작을 한다. 이러면 1이 연속으로 6번 나오는 패턴을 발견하는 경우 이를 플래그라고 판단할 수가 있게 된다. 이렇게 0을 추가하여 수신 호스트가 특수 비트 패턴을 판단하도록 유도하는 기법을 비트 스터핑이라고 한다.

9. 패리티 비트의 목적과 사용 방법을 설명하시오.

• 패리티 비트는 8비트 구조에서 7비트의 ASCII 코드를 제외한 나머지 1비트를 말한다. 이는 전송 과정에서 1비트의 오류가 발생하는 것을 검출하기 위한 것으로 패리티 비트를 포함에 1의 개수가 짝수(Even Parity)가 되거나 홀수(Odd Parity) 개가 되도록 한다.

10. 다항 코드 1001011을 사용하는 프로토콜에서 데이터 101101001을 전송할 때의 체크섬 값을 구하고, 송수신 호스트가 오류 제어 기능을 수행하는 방법을 설명하시오.

• CRC(Cyclic Redundancy Code)라고도 알려진 다항 코드(Polynomial Code)방식은 현재 통신 프로토콜에서 가장 많이 사용되는 오류 검출 기법이다.
• 데이터를 다항코드로 나누어 체크섬을 계산한다. 이 때는 모듈러-2 방식으로 한다. 덧셈의 자리 올림이나 밸셈의 자리 빌림 과정없이 배타적 논리합(Exclusive OR) 연산과 동일한 결과를 얻는다.
• 데이터 뒤에 다항코드의 다항식 최대 차수 + 1 만큼을 0으로 채우고 다항코드로 나누어 나머지를 얻는다. 여기서는 6개의 0을 추가해 101101001000000을 1001011로 나누는 것.
• 계산된 체크섬은 101001 이며, 송신할 최종 데이터는 1001011101001 가 된다.

1. 교환 시스템의 종류인 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식을 차이점 위주로 설명하시오.

• 회선 교환 방식
  • 데이터 전송 전 미리 연결 경로 설정
  • 고정 대역의 전송 선로 할당받음. 이 때문에 전송 선로 독점으로 인한 비효율 발생
  • 안정적인 데이터 전송률
• 패킷 교환 방식
  • 패킷이라는 단위로 데이터를 전송
  • 동적 방식으로 전송 대역을 공유하여 전송 선로의 효율 극대화. 보내는 패킷마다 경로가 달라 전송에 걸리는 시간이 일정치 않음
  • 고정 대역 할당이 없으므로 이론상 호스트를 무한히 수용 가능. 하지만, 호스트가 늘면 혼잡도가 높아져 패킷 전송 지연 심화.
  • 패킷에 전송 우선순위를 부여하여 전송할 수 있음.
  • 회선 교환 방식에 비해 더 많은 지연 발생. 예를 들어, 라우터 내부 버퍼에 패킷 보관하는 과정에서의 지연, 대기 큐를 거치는 과정에서의 지연 등으로 가변적인 지연이 발생한다. 이런 가변적인 전송 지연의 분포를 지터(jitter)라고 함.

2. 패킷 교환 시스템에서 제공하는 가상 회선 방식과 데이터그램 방식을 설명하시오.

• 가상 회선 방식 : 연결형 서비스를 지원하기 위한 기능으로 가상의 논리적 통신 매체(파이프)를 설정하는 것. 동일 경로로 패킷이 전달되므로 보낸 순서와 도착 순서가 같다.
• 데이터그램 방식 : 전송할 정보의 양이 적거나 신뢰성이 중요하지 않은 비연결형 서비스의 경우 사용하는 방식. 미리 경로를 설정하지 않고 패킷들이 독립적인 경로로 전달된다. 따라서 출발한 순서와 도착한 순서가 다를 수 있다. 각 전송 경로의 속도는 네트워크 혼잡도에 따라 가변적이다.

3. 프레임 릴레이에서 전송 효율을 높이는 원리를 설명하시오.

• 프레임 릴레이(Frame Relay) 방식은 데이터링크 계층에서 동작하며, 기존 패킷 교환 방식보다 단순한 방식으로 동작하여 전송 효율을 높인다.
• 기존 패킷 교환 방식은 각 홉(라우터)마다 흐름 제어와 오류 제어를 수행하며, 이를 위해 매번 응답(ACK) 프레임을 회신해야 하므로 전체 트래픽이 증가한다.
• 반면, 프레임 릴레이는 중간 노드(라우터)는 프레임을 단순히 중계(relay)하는 역할만 수행하며, 오류 제어나 흐름 제어는 송·수신 호스트 간 종단 간(end-to-end)에서만 처리한다.
• 이로 인해 중간 노드에서의 제어 오버헤드가 줄어들고, 전체 네트워크를 흐르는 제어용 트래픽이 감소하여 전송 효율이 향상된다.

4. 버스형과 링형의 구조를 설명하고, 충돌 문제를 해결하는 방안을 비교하시오.

• 공통 : 둘 다 공유 통신 매체(버스, 링)를 사용하며, 여러 호스트가 하나의 통신 매체(버스, 링)를 사용하여 데이터를 전송한다.
• 버스형 구조
  • 구성: 하나의 공유 버스에 여러 호스트가 직접 연결된다.
  • 전송 방식: 브로드캐스트 방식으로, 모든 호스트에게 데이터가 전달된다.
  • 데이터 처리: 목적지 호스트만 수신, 나머지는 폐기.
  • 충돌 문제:
    • 문제점: 두 호스트가 동시에 전송하면 충돌(Collision) 발생.
    • 해결 방식:
      • 사후 해결 방식 사용.
      • 대표적 프로토콜: CSMA/CD (Ethernet)
      • 충돌 발생 → 대기 후 재전송 (랜덤 백오프)
• 링형
  • 구성: 각 호스트가 순환 구조로 연결되어 있고, 데이터는 한 방향으로 순환.
  • 전송 방식: 한 호스트가 보낸 데이터는 링을 타고 순환하며 전달됨.
  • 데이터 처리:
    • 각 호스트는 경유하되, 목적지 호스트만 수신
    • 전송 호스트는 자신에게 되돌아온 데이터는 회수해야 함.
  • 충돌 문제:
    • 해결 방식: 사전 제어 방식
    • 토큰 패싱(Token Passing) 기법 사용
    • 네트워크 내에 하나의 토큰만 존재 → 전송 권한을 분산 제어하여 충돌 방지

5. 네트워크 연동을 위한 게이트웨이의 역할을 설명하시오.

게이트웨이는 서로 다른 네트워크 간 데이터 통신을 중계하고, 필요 시 프로토콜 변환을 수행하는 장비이다. 일반적으로 하나의 네트워크가 외부 네트워크와 통신할 수 있도록 해주는 출입구 역할을 하며, 이기종 네트워크 연동, 주소 변환, 보안 통제 등의 역할도 함께 수행할 수 있다.

6. 브리지의 역할을 헤더 정보를 중심으로 설명하시오.

브리지는 OSI 모델의 데이터 링크 계층에서 동작하는 네트워크 장비로, 서로 다른 LAN을 연결하여 통신을 가능하게 한다. 예를 들어 LAN1과 LAN2가 각각 이더넷과 토큰링을 사용한다고 가정할 때, 브리지는 LAN1로부터 수신한 데이터 프레임의 MAC 계층 헤더를 해석하고 제거한 후 LAN2로 전송할 때 토큰링 형식에 맞는 MAC 헤더를 재구성한다. 따라서, 브리지는 연결된 LAN의 종류만큼 MAC 계층과 물리 계층을 해석할 수 있어야 하며, 프레임 포맷 변환 기능을 수행한다.

또한, 동작 방식에 따라 다음과 같이 분류된다.

• 트랜스페런트 브리지 : 목적지 MAC 주소를 학습하고, 해당 MAC 주소가 있는 포트로만 프레임을 전달하여 불필요한 브로드캐스트를 줄이는 방식
• 소스 라우팅 브리지 : 프레임을 전소할 때 발신 측에서 경로를 지정하여 해당 경로를 따라 전달하는 방식. 주로 토큰링 네트워크에서 사용한다.

7. 트랜스페런트 브리지에서 데이터를 중개하는 방식을 설명하시오.

브리지가 가진 라우팅 테이블의 정보를 이용하여, 송신 호스트와 수신 호스트가 같은 방향이라면 데이터 프레임은 중개하지 않고 폐기하고, 다른 LAN으로 가야할 경우 수신 호스트가 있는 방향의 포트로 프레임을 중개한다.

호스트와 LAN의 매핑 정보를 보유하기 위해서 플러딩 알고리즘을 이용한다. 플러딩 알고리즘이란 입력된 프레임을 모든 포트 방향으로 전달하여 수신 받는 위치에 호스트가 있음을 인지하고 라우팅 테이블에 MAC주소와 수신 포트를 기록하는 방식이다.

8. 역방향 학습 알고리즘을 설명하고, 이 방식의 문제점과 해결 방안을 제시하시오.

1. 역방향 알고리즘이란 트랜스페런트 브리지가 사용하는 프레임 전달 방식이다. 수신된 프레임의 출발지 MAC 주소와 수신 포트 정보를 학습하여 라우팅 테이블을 자동 구성한다. 이 때, 테이블에 정보가 없다면, 모든 포트로 프레임을 전송하는 플러딩(Flooding)을 수행한다.
2. 이 방식에서 이중 경로 존재로 순환 구조가 불가피하게 만들어지면 브리지로 연결된 네트워크에서 프레임이 무한히 반복 전송되는 문제가 발생한다.
3. 이를 해결하기 위해 비순환 형태로 간주하도록 스패닝 트리 프로토콜(STP)을 사용하여 비순환 구조를 구성한다.
   1. 스패닝 트리 알고리즘은 고유 번호가 가장 낮은 브리지를 트리 구조의 최상위 브리지인 루트로 지정한다.
   2. 각 브리지는 루트 브리지까지 도달하는 최단 경로를 계산한다
   3. 루프를 유발할 수 있는 포트는 차단 상태(blocked)로 전환하여 순환 구조를 제거한다.

9. 인터넷 라우팅의 원리를 예를 들어 설명하시오.

라우터의 역할은 수신된 IP 데이터그램을 적절한 경로로 전달하는 것이다. 대표적인 라우팅 방식은 고정 경로 배정과 적응 경로 배정이 있다.

• 고정 경로 배정(Fixed Routing)

송수신 호스트 사이에 영구불변의 경로를 배정한다. 단점은 전송 경로가 고정되므로 트래픽 변화에 따른 동적 경로 배정이 불가능하다는 점이다. 그러나 송수신 호스트 사이의 트래픽을 미리 측정하여 고정 경로를 적절히 배정하면 간단하고 효율적인 라우팅이 가능하다.

• 적응 경로 배정(Adaptive Routing)

인터넷에서 사용되는 라우터는 적응 경로 배정 방식을 채택한다. 인터넷 연결 상태가 변하면 이를 데이터그램의 전달 경로에 반영한다. 이 때 결정에 영향을 주는 2가지 요소가 있다. 하나는 특정 네트워크나 라우터가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 다른 하나는 네트워크의 특정 위치에서 혼잡이 발생하는 경우이다.

네트워크의 변화 발생을 정보 불일치성을 해소하기 위해 라우터 사이의 정보교환이 빠르게 자주 이뤄지게 되면, 이는 트래픽을 증가시켜 라우터의 부담을 늘리는 단점이 있다.

10. 자율 시스템이 연동하는 원리를 간단히 설명하시오.

자율 시스템은 공통의 프로토콜을 사용하여 정보를 교환하는 라우터들의 논리적인 단일 구성체로 볼 수 있다. 자율 시스템 내부에서는 내부 라우팅 프로토콜(Inerior Routing Protocol)을 사용하여 라우터 간 정보를 교환한다. 외부 자율 시스템과의 통신을 위해서는 외부 라우팅 프로토콜(Exterior Routing Protocol)을 사용한다. IRP에는 RIP, OSPF 등이 있고, ERP에는 BGP 등이 있다.

11. 대표적인 QoS 매개변수를 나열하고, 각각을 설명하시오.

• 연결 설정 지연(Connection Establishment Delay) : request 프리미티브 발생과 confirm 프리미티브 도착 사이의 경과 시간
• 연결 설정 실패 확률(Connection Establishment Failure Probability) : 임의의 최대 연결 설정 지연 시간을 기준으로 연결 설정이 이루어지지 않을 확률
• 전송률(Throughput) : 초당 전송할 수 있는 바이트 수
• 전송 지연(Transit Delay) : 송신 호스트가 전송한 데이터가 수신 호스트에 도착할 때까지 경과한 시간
• 전송 오류율(Residual Error Rate) : 전송된 총 데이터 수와 오류 발생 데이터 수의 비율
• 우선순위(Priority) : 다른 연결보다 먼저 처리함을 의미. 우선순위가 높은 연결은 더 좋은 서비스를 제공받음.

1. 모듈화된 계층 구조 프로토콜의 장점을 설명하시오.

• 기능별로 작게 분류하여 간단하고 작은 시스템으로 재구성할 수 있다. 이는 전체 시스템을 이해하기 쉽고, 설계하고 구현하기에도 편리하게 해준다.
• 분할된 모듈이 연동할 수 있는 표준 인터페이스를 제공한다. 각 모듈이 분할되어 독립성을 가지게 되면 전체 시스템 구조가 단순해진다.
• 전송 매체 양단에 있는 호스트가 사용하는 프로토콜은 좌우 대칭구조이다. 따라서, 동일 계층 사이의 프로토콜을 단순화할 수 있다.
• 각 계층의 기능 오류를 수정하거나 개선해야 하는 경우에 해당 계층의 모듈만 수정하면 된다. 계층 간의 인터페이스를 유지하면 특정 계층 모듈 내부의 변경이 다른 모듈의 동작에 영향을 미치지 않게 된다.

2. 계층 구조의 네트워크 프로토콜을 설계할 때 고려할 사항을 나열하시오.

주소 표현 방법, 오류 제어, 흐름 제어, 데이터 전달 방식 등

• 주소 표현 방법 : 호스트(시스템)을 구분하여 지칭하기 위한 주소체계
• 오류 제어(Error Control) : 데이터 변형 오류와 데이터 분실 오류를 해결하는 오류제어 기능. 데이터 링크 계층이 물리적인 전송 오류를 해결하고, 상위 계층이 논리적인 전송 오류를 해결한다.
  • 데이터가 변형되어 수신 호스트에게 도착하는 데이터 변형 오류는 수신 호스트가 오류를 검출하고, 데이터가 도착하지 않는 데이터 분실 오류는 송신 호스트가 재전송을 통해 해결한다.
• 흐름 제어(Flow Control) : 수신 호스트의 버퍼 처리 속도보다 송신 호스트의 전송 속도가 빠르면 논리적인 데이터 분실 오류가 발생할 수 있다. 수신 호스트가 송신 호스트에게 전송 허가를 내주는 방식으로 흐름을 제어하는 방식으로 오류를 해결할 수 있다.
• 데이터 전달 방식 : 단방향(Simplex), 전이중(Full Duplex), 반이중(Half Duplex) 방식이 있다. 일반적인 프로토콜은 전이중 방식을 지원한다.

3. 임의의 송신 호스트가 수신 호스트에 데이터를 전송했을 때 발생할 수 있는 오류에는 무엇이 있는가?

전송 오류에는 데이터가 깨져서 도착하는 데이터 변형 오류와 데이터가 도착하지 못하는 데이터 분실 오류가 있다.

• 데이터 변형 오류는 수신 호스트가 주로 오류 검출 기법을 통해 감지
• 데이터 분실 오류는 수신 호스트의 감지가 힘들어 보통 송신 호스트에서 오류를 감지하는 방법을 사용
• 이러한 전송 오류들은 보통 데이터를 재전송하여 해소한다.

4. 흐름 제어 기능을 설명하시오.

수신 호스트의 버퍼 처리 속도보다 송신 호스트의 데이터를 전송하는 속도가 빠르면 수신 호스트가 버퍼에 수신한 데이터를 담지 못해 오류가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 흐름 제어 기능이 필요하다.

단순한 형태로는 송신 호스트가 수신 호스트로부터 명시적인 전송 허가를 받았을 때 데이터 전송을 하는 방식이다. 흐름 제어 기능은 보통 이렇게 수신 호스트에 의해 이루어진다.

5. 서비스 프리미티브에서 Request, Indication, Response, Confirm의 기능을 설명하시오.

• 서비스 피리미티브란 OSI 7 Layer 및 TCP/IP의 상위 계층과 하위 계층의 서비스 요구, 지시, 응답, 확인 통한 계층 간 통신 기능을 논리적으로 표현한 모델링(실제 물리적 흐름과는 다름)
• Request : 클라이언트가 서버에 서비스를 요청. N+1 → N 계층 간 통신
• Indication : 서버에 서비스 요청이 도착했음을 통지. N → N+1 계층 간 통신
• Response : 서버가 클라이언트 서비스 응답을 회신. N+1 → N 계층 간 통신
• Confirm : 클라이언트에 응답이 도착했음을 통지. N → N+1 계층 간 통신

예시) 응용 계층(HTTP) ↔ 전송 계층(TCP) 통신 시 서비스 프리미티브

• Request : 클라이언트 호스트의 웹브라우저(HTTP 계층)가 자신의 OS(TCP 계층)에게,(예: 사용자가 주소창에 URL 입력하고 Enter)
• 상대 서버 호스트로 연결을 요청하는 서비스 요청을 보냄. (TCP 소켓 연결 요청)
• Indication : 요청 패킷이 서버에 도달하면, 서버 호스트의 OS(TCP 계층)가 이를 받고,
• 서버 응용 계층인 웹 서버(예: nginx)에게 “요청 들어왔음”이라고 전달함.
• Response : 서버의 웹 서버(nginx)가 해당 요청을 처리하고,“이 응답을 클라이언트에게 보내” 라고 요청함.
• 응답 메시지를 작성하여 서버의 OS(TCP 계층)에게
• Confirm : 응답 메시지를 받은 클라이언트 OS(TCP 계층)가,“서버 응답 도착했어”라고 알려줌.
• 클라이언트 웹브라우저(HTTP 계층)에게

6. OSI 7계층 모델에서 각 계층의 역할을 설명하시오

• 물리 계층
  • 전송 매체의 물리적 인터페이스에 관한 사항을 기술. 즉, 개별 정보의 비트 교환 문제를 다룸.
  • 물리계층에서 다루는 전송 매체의 특성은 데이터 전송 속도, 호스트 사이의 클록 동기화 방법, 물리적 연결 형태 등이 있음.

*클록 동기화란 호스트 간 동일한 시간 기준을 갖도록 클록 신호를 일치시키는 과정

• 데이터 링크 계층
  • 물리 계층을 통해 전송되는 데이터의 물리적 전송 오류를 해결.
  • 이 계층을 통해 전송되는 데이터 단위를 프레임이라고 부름.
  • 프레임 헤더에는 송수신 호스트의 LAN카드에 내장된 MAC 주소가 기록된다.
  • 호스트 간 전송 속도 차이를 고려한 흐름 제어 기능도 지원 가능.
• 네트워크 계층
  • 송신 호스트가 전송한 데이터가 어떤 경로를 통해 수신 호스트에 전달되는지를 결정하는 라우팅 문제를 처리.
  • 이 계층을 통해 전송되는 데이터 단위는 패킷(packet).
  • 라우팅 과정에서 경로 선택의 기준이 되는 호스트 주소가 필요하며, 인터넷에서는 IP 프로토콜이 이 기능을 수행한다.
  • 네트워크 트래픽이 과도하게 증가하는 문제를 조절하는 혼잡 제어(Congestion Control) 기능도 담당.
• 전송 계층
  • 송신 프로세스와 수신 프로세스를 직접 연결하는 단대단(End-to-End) 통신 기능 제공
  • 전송 계층 아래 하위 계층은 호스트 간 데이터 전송의 문제들을 처리하는 반면, 전송 계층은 호스트 내부의 통신 당사자인 프로세스 사이의 통신 문제를 다룸
  • 전송 오류율, 전송 속도 등을 고려하고, 흐름 제어 기능도 제공
• 세션 계층
  • 전송 계층과 유사하지만, 파일 전송이나 로그인 등과 같은 상위적 연결 개념인 세션 기능 제공.
  • 토큰 제어, 동기화 기능 등을 제공
  • 토큰은 통신 양단에서 세션 연결을 관리하고 제어하기 위해 사용되는 특수한 메시지
  • ex) 동기 토큰을 사용하여 전송 중 오류 발생 시 복구 지점을 설정
• 표현 계층
  • 데이터의 의미(semantic)와 표현 방법(syntax)을 처리. 즉, 데이터를 코딩하는 문제를 다룸.
  • 데이터 암호화 기술과 데이터 크기를 줄이는 암축도 표현 계층의 주요 기능
• 응용 계층
  • 응용 환경에서 공통으로 필요한 기능. 인터넷에서 많이 사용하는 서비스는 FTP(File Transfer Protocol)의 파일 공유 서비스, Telnet이 제공하는 가상 터미널, 전자 메일 등이 그 예.

7. TCP/IP 모델의 구현 환경을 설명하시오.

• 시스템 공간(OS, 커널)과 사용자 공간(응용 프로그램)으로 나눌 수 있다.
• 시스템 공간
  • 인터넷 환경에서 사용하는 TCP/IP 모델은 LAN 카드 드라이버 루틴(물리 계층 인터페이스)부터 전송 계층(TCP, UDP)까지의 기능이 운영체제의 커널 공간에 구현되어 있다. TCP와 UDP는 커널 내부에 구현된 전송 계층 프로토콜로, 사용자 프로그램은 이를 사용하기 위해 소켓(socket) 이라는 전송 계층의 프리미티브를 시스템 콜 형태로 호출한다.
  • TCP는 연결형 서비스, UDP는 비연결형 서비스를 제공하며 IP는 네트워크 계층에서 동작하며, 전송 패킷의 경로 선택 및 전달 기능을 수행한다.
• 사용자 공간
  • 세션 계층부터 응용 계층까지의 기능은 사용자 영역의 응용 프로그램에서 직접 구현된다. 응용 프로그램은 소켓을 통해 TCP/UDP 기능을 사용하며, 이때 소켓에는 포트 번호가 부여된다. IP 주소와 포트 번호의 조합은 각 인터넷 응용 프로그램의 고유 주소가 되며, 이를 통해 텔넷, FTP, 웹 브라우저 등 다양한 서비스가 통신할 수 있다.

8. ARP, RARP의 필요성을 설명하시오.

• TCP/IP 모델에서 사용하는 주소는 데이터 링크 계층의 MAC주소, 네트워크 계층의 IP주소, 전송 계층의 포트 번호이다. 데이터 링크 계층 프로토콜을 이용해 데이터를 전송하려면 목적지의 MAC주소가 필요하다. IP주소는 응용 프로그램에서 입력되지만 MAC주소를 얻을 수 없기 때문에 상대방 호스트의 IP주소를 이용해 MAC 주소를 구하는 기능인 ARP가 필요하다.
• 예시) www.naver.com에 접속할 때의 흐름에서 ARP 사용.
  • DNS로부터 알아낸 IP를 223.130.200.104 라고 한다.
  • PC는 자신이 속한 LAN에 해당 IP가 없어 게이트웨이에게 보내야 함. 이 때, 게이트웨이의 MAC주소를 모르니 ARP 브로드캐스트로 게이트웨이를 찾는다.
  • 게이트웨이의 MAC 주소를 받아서 이더넷 프레임이 완성되면, dest MAC = 게이트웨이 MAC, src MAC = 내 PC가 된다.
  • 게이트웨이는 다음 라우터로 패킷을 보내고 다음 홉이 같은 네트워크에 있으면 ARP로 해당 홉 라우터의 MAC 주소를 얻고 MAC 헤더만 바꿔서 보내고 이 과정을 반복하여 네이버 서버로 도달. 즉, 각 홉마다 ARP로 MAC을 얻어서 프레임 헤더를 바꿔가며 최종적으로 IP 패킷이 네이버 서버까지 도달.
• RARP는 과거에 사용된 프로토콜. 자신의 MAC주소는 LAN 카드에 보관되어 있지만 IP는 자신의 시스템에 없을 때, 브로드캐스트로 RARP 요청을 같은 LAN의 RARP 서버에 보내 자신의 IP를 획득한다. 이 IP주소를 가지고 네트워크에 연결한다. RARP의 기능이 단순하고 확장성도 없기 때문에 현재에는 DHCP라는 기술을 사용한다.
• DHCP : 부팅 시 MAC 주소 기반으로 IP 주소, 서브넷 마스크, 게이트웨이, DNS 까지 통째로 받아오는 방식, 대부분의 네트워크 환경이 사용한다.

9. ICMP의 역할에 대하여 설명하시오.

• ICMP(Internet Control Message Protocol)는 사용자의 데이터 전송과정에서 발생한 오류에 알리기 위해 오류 메시지를 전송하는 기능을 담당하는 프로토콜. IP 패킷의 payload에 ICMP 메시지를 담아서 송신자에게 회신한다.
• 예시) 라우터가 중간에 TTL 다 쓴 경우, 해당 라우터가 ICMP “Time Exceeded” 메시지로 알려준다. 중간 라우터가 라우팅 경로를 못 찾을 때 ICMP “Destination Unreachable” 메시지를 담아 송신자에게 회신한다.
• 대표적인 예로는 명령어 ping, traceroute 등이 있다.
• (TTL : Time To Live의 약자로, 네트워크에서 데이터 패킷 데이터가 유효한 시간)

1장 네트워크 관련 기초 용어

1. 다음 용어를 설명하시오
   • 시스템, 인터페이스, 전송 매체, 프로토콜, 네트워크, 인터넷

• 시스템이란 내부 규칙에 따라 능동적으로 동작하는 물리적인 대상이나 논리적인 대상
• 인터페이스란 시스템과 시스템을 연결하기 위한 방법을 뜻함. 상호 간의 데이터 교환을 위한 논리적인 규격이나 물리적인 규격을 포함하는 개념.
• 전송 매체(Transmission Media)란 시스템끼리 정해진 인터페이스를 연동해 데이터를 전달하기 위해 사용하는 물리적인 전송 수단. 예) 동축 케이블, 무선 신호
• 프로토콜이란 상호 연동되는 시스템이 전송 매체를 통해 데이터를 교환할 때 따르는 표준화된 규칙. 프로토콜은 주고받는 정보의 형식과 그 과정에서 발생하는 절차적 순서에 무게를 둠.
• 네트워크란 통신용 매체를 공유하는 여러 시스템이 프로토콜을 사용하여 데이터를 주고 받을 때, 이 시스템들을 하나의 단위로 묶어 표현하는 개념. 네트워크 간에는 라우터라는 중개 장비를 사용한다.
• 인터넷이란 전 세계의 모든 네트워크가 유기적으로 연결되어 동작하는 통합 네트워크를 뜻함.

1. 다음 용어의 차이점을 비교하여 설명하시오.
   • 노드, 호스트
   • 클라이언트, 서버

• 노드는 인터넷에 연결되어 데이터를 주고받을 수 있는 모든 시스템을 통칭하는 용어. 호스트는 일반적으로 컴퓨팅 기능이 있는 시스템을 뜻함. 일반사용자가 네트워크에 접속하기 위해 사용하는 응용 프로그램이 실행되는 시스템을 호스트라고 부름.
• 호스트를 세분화하여 호스트 사이에 제공되는 서비스를 기준으로 서비스를 이용하는 시스템을 클라이언트라고 하며, 서비스를 제공하는 시스템을 서버라고 한다.

1. OSI 7계층 모델의 각 기능을 설명하시오.

• 물리 계층(Physical Layer) : 호스트를 전송 매체와 연결하기 위한 인터페이스 규칙과 전송 매체의 특성을 다룸.
• 데이터 링크 계층(Data Link Layer) : 물리적 전송 오류를 감지하는 기능 제공하여 호스트가 오류를 인지할 수 있도록 한다. 대표적인 물리적 오류에는 데이터 분실과 데이터 변형이 있다. 송신자는 오류를 재전송(Retransmission)하는 방식으로 주로 처리.
• 네트워크 계층(Network Layer) : 데이터가 여러 개의 중개 시스템을 거치며 올바른 경로를 선택할 수 있도록 지원하는 계층. 중개 기능은 보통 라우터(Router)라는 장비가 수행. 네트워크에 부하가 높을 시 혼잡 제어(Congestion)를 담당하는 계층.
• 전송 계층(Transport Layer) : 송신 프로세스와 수신 프로세스 간의 연결 기능을 제공. 프로세스 사이의 안전한 데이터 전송 지원.
• 세션 계층(Session Layer) : 세션 연결 지원. 응용 환경에서 사용자 간의 대화 개념의 연결로 사용.
• 표현 계층(Presentation Layer) : 전송되는 데이터의 의미(Semantic)를 잃지 않도록 표현(Syntax)하는 방법을 다룸. 데이터를 인식하는 표준화된 방법을 다룸. 압축(Compression)과 암호화 기능도 다룸.
• 응용 계층(Application Layer) : 사용자를 위한 다양한 네트워크 응용 환경 지원

1. 계층 구조 모델에서 프로토콜과 인터페이스의 차이를 설명하시오.

통신 양단의 한 쪽 호스트의 특정 계층 모듈과 상대 호스트의 특정 계층 모듈이 통신할 때 사용하는 규칙을 프로토콜이라고 하며, 한 호스트 안 에서 계층 간의 통신을 위한 규칙을 인터페이스라고 함. 이 떄 하위 계층이 상위 계층에 제공하는 인터페이스를 서비스라고 함

1. 인터넷 환경에서 계층 구조 프로토콜을 구현하는 모델을 운영체제와 사용자 프로그램 환경으로 구분하여 설명하시오.

OSI 7계층 중 5~7계층(세션, 표현, 응용 계층)은 응용 프로그램과 같은 사용자 프로그램 환경에서 합쳐져서 구현되며, 1~4계층(물리, 데이터 링크, 네트워크, 전송)의 기능은 주로 운영체제에서 구현된다. 이 기능은 일반적으로 시스템 콜 형태로 상위 계층에 제공된다.

1. 네트워크 연동을 위한 인터네트워킹 기능을 수행하는 장비의 종류를 나열하고, 각각에 대해 설명하시오.

인터네트워킹 기능을 수행하는 시스템을 게이트웨이라고 부른다.

• 리피터(Repeater) : 물리 계층 기능 지원. 신호를 물리적으로 증폭하여 다른 쪽으로 중개하는 역할
• 브리지(Bridge) : 리피터 기능에 데이터 링크 계층의 기능이 추가됨. 물리 계층에서 발생한 오류 해결
• 라우터(Router) : 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층의 기능을 지원한다. 네트워크 계층 기능을 지원하므로 경로 선택 기능 제공한다. 즉, 라우터는 특정 경로 사용 가능 여부와 빠른 데이터 전송 경로를 판단한다. 자신과 연결된 네트워크와 호스트들의 정보를 일반적으로 라우팅 테이블에 보관하여 관리한다.

1. 호스트를 구분하는 구분자의 특징을 나열하시오.

유일성, 확장성, 판단성, 정보의 함축

1. 32비트의 IP주소를 4개의 십진수로 축약하여 표현하는 방법을 설명하시오.

32비트의 이진수를 8비트씩 나누고 각각을 십진수로 변환한 후 점으로 구분한다.

예를 들면, 32비트 이진수 11010011 11011111 11001001 00011110을 211.223.201.30 으로 표기할 수 있다.

1. 호스트 이름의 필요성과 이름의 구조를 설명하시오.

인터넷에서 특정 호스트에 연결하려면 해당 호스트의 IP 주소를 알아야 한다. IP 주소는 기억하기 힘드므로 의미 파악이 쉬운 문자로 된 이름을 사용하는 것이 일반적이다.

호스트 이름의 구조는 주로 국가 도메인, 단체 종류, 단체 이름, 호스트라는 4개의 계층 구조로 나누고 점으로 구분해서 표기한다. ‘zebra.korea.co.kr’은 ‘호스트.단체 이름.단체종류.국가 도메인’으로 의미를 나눌 수 있다. ‘www.naver.com’ 은 ‘호스트.단체이름.최상위도메인(TLD)’로 나눌 수 있다.

1. 호스트 이름을 IP주소로 변환하는 DNS 시스템의 필요성을 설명하시오.

호스트 이름을 IP주소로 변환하는 방법에는 시스템 내부에서 직접 관리하는 방법이 있다. 하지만 이는 간단하지만 인터넷처럼 전 세계 컴퓨터가 연결된 네트워크 환경에서는 호스트 파일에 의한 주소와 이름의 변환 작업이 사실상 불가능하기 때문에 DNS라는 주소와 이름을 자동으로 유지하고 관리하는 분산 데이터베이스 시스템이 필요하다.

호스트 주소와 이름 정보는 DNS 시스템의 네임 서버라는 특정한 관리 호스트가 유지하고 주소 변환 작업이 필요한 클라이언트는 네임 서버에 요청해서 IP 주소를 얻는 방식으로 DNS 시스템이 동작한다.

1. 네트워크에서 사용하는 MAC 주소, IP 주소, 호스트 주소, 포트 주소의 고유한 특징을 설명하시오.

• MAC 주소 : 데이터 링크 계층에서 사용되는 네트워크 장치의 고유 식별 주소. 각 네트워크 인터페이스 카드(NIC)(LAN카드)에 할당된다.
• IP 주소 : 네트워크 계층의 기능을 수행하는 IP 프로토콜에서 사용. IP 패킷이 지나가는 경로를 결정하는 라우팅의 기준이 된다.
• 호스트 주소 : IP 주소 중에서 네트워크 안의 개별 장비를 식별하는 부분. 서브넷 내에서 고유한 장비를 구분하는 데 사용. 예) 192.168.1.15/24 → 15가 호스트 주소.
• PORT 주소 : 전송 계층에서 사용. 호스트의 OS에서 실행 중인 프로세스를 식별하는 주소(번호). TCP와 UDP가 독립적으로 포트 주소 관리. 예) HTTP(80), HTTPS(443), SSH(22), DB(3306)

• Demultiplexing : Internet Layer로부터 받은 segment나 datagram에 있는 payload를 적절한 socket으로 전달하는 것
• Multiplexing : Internet Layer로 socket들로부터 데이터를 수집해서 각각 segment나 datagram으로 만든 후 보내는 것
• Internet Layer의 TCP/UDP 정보가 있어 해당 정보를 확인하여 각 Transport Layer 양식에 맞춰 Transport Layer에 보내줌
• Transport가 어떤 프로세스(Socket)으로 데이터를 보내야 하는지 어떻게 판단할까?
  • port로 구분
    • UDP : Destination Port로 보내면 끝
    • TCP
      • syn flag가 1이면 listening socket으로 보내고
      • 이미 연결된 Connection이면 TCP, IP Address, Port 다 같은 곳으로 보냄

*Layer는 

Socket

• Application(process)이 시스템의 기능을 마음대로 사용하는 것은 불가능
• 대신 System은 네트워크 통신을 위한 Interface를 제공
• Application(process)이 Socket을 통해 데이터를 주고 받음(=통신)
• 개발자는 Socket Programming을 통해 네트워크 상의 다른 Process와 데이터를 주고 받을 수 있도록 구현한다.
• 대부분의 System(OS)은 Socket 형태로 네트워크 기능을 제공(Linux, Window 등)

• 개발자로서 일하면서 Socket Programming을 한 적이 없는 이유
  • 대체로 Application Layer의 프로토콜을 라이브러리로 가져와 사용하게 된다. 이 라이브러리가 보통 Socket을 사용한 네트워크 통신을 구현하고 있음. 즉, 실제로는 사용하고 있지만 잘 모르고 있는 것임.
  • 따라서 일반 Application 개발자는 Socket Programming을 직접할 일이 적다.

• Socket = < Protocol , IP address, Port number >
  • Port number는 Socket을 구분하기 위한 숫자
  • UDP는 3개(protocol, ip, port)로 식별할 수 있지만 TCP는 불가능
• TCP에서의 동작

- Connection A와 Connection B는 source의 IP, Port와 target의 IP, Port의 조합으로 연결을 식별한다.

- 그래서 서로 다른 프로세스(socket C1, socket C2)가 같은 정보의 소켓을 가지고 동일한 서버 프로세스와 연결을 생성하려고 하면 에러가 발생할 것이다. 

- 표준 문서에서는 TCP Socket이 IP address와 Port만으로 식별할 수 있다고 써있지만 실제 구현에서는 위와 같이 Connection을 구별하기 위해 양 프로세스의 Socket 정보를 모두 활용한다.

*UDP는 Connection 개념이 없이 그냥 데이터 주고 받는다.

TCP, UDP 각각의 사용처

• TCP : Connection(연결) 기반, 신뢰성 보장, 데이터 순서 보장 => 느림
  • 웹 - HTTP, HTTPS 통신
  • 파일전송 - FTP, SFTP
  • 이메일 - SMTP, IMAP, POP3
  • 원격접속 - SSH, Telnet
  • 데이터베이스와 클라이언트간 통신
• UDP : 신뢰성보다 속도와 효율성 중시, 비연결 지향 => 빠름
  • Streaming 서비스 - Youtube, Netflix
  • 온라인 게임
  • VoIP(Voice over Internet Protocol) - Skype, Zoom 
  • DNS(Domain Name Service) <= 도메인 이름을 IP주소로 바꿔주는 건 가볍고 빠르게 처리해야 함.
  • IoT 통신 - MQTT-SN, CoAP <= IoT 장치들은 제한된 리소스를 가지고 있어 빠른 UDP를 주로 사용

- 소켓과 포트가 속하는 위치는?

- process와 port가 1대1 반드시 구조여야 하는 것은 아니다.

- Port name으로 식별한다.(OS마다 다른 방식으로 port에 name을 부여한다)

- TCP/IP의 Internet 계층의 Internet Protocol(IP)를 이용하여 데이터를 전달하게 되는 데 프로세스간 이 때, IP는 unreliable(신뢰할 수 없는)하다는 특성을 지니고 있다. 

- Data loss와 out-of-order 위험이 있으므로 그 위에서 동작하는 Application(Process)간, 즉 transport 계층의 통신에 신뢰성을 부여해야 한다. => TCP 개념 등장

• TCP; Transmission Control Protocol 
  • 프로세스 사이에서 데이터를 안정적으로 주고받도록 함.
  • TCP 에서의 Connection이란 프로세스 간 안정적이고 논리적인 통신 통로를 의미한다.
    • 3-way handshake로 초기화(initialization)을 통해 데이터를 주고 받을 수 있는 환경인 Connection을 연다.
    • 4-way handshake로 Connection을 닫는다.
    • 이런 방식을 Connection-oriented 라고 부른다.

• 그렇다면 Connection을 구축하기 위해 인터넷 상에서 어떻게 port를 식별하는가?
  • port number(port라고도 부름)를 정의 : 16bit(0~65535)
  • port number만으로는 부족 => Internet Address(IP)와 port number로 인터넷 상에서 각 포트를 식별할 수 있음 => 이를 Socket이라고 부름
  • 즉, Socket은 각 포트를 유일하게 식별하기 위해 나온 개념이므로 Socket은 인터넷 상에서 unique해야 함.
  • TCP 표준에서는 한 쌍의 Socket으로 Connection을 유일하게 식별할 수 있다.
    
    • source의 IP address, port number
    • destination의 IP address, port number
    • 이렇게 4가지로 Connection을 유일하게 식별 가능.
  • 하나의 소켓은 여러 개의 연결에 사용될 수 있다. (서버의 경우 소수의 socket으로 여러 클라이언트의 connection을 상대해야 할 것이다.

• UDP : User Datagram Protocol 
  • Connection 없이 데이터를 주고 받음. 즉, Connectionless
  • Internet Protocol을 거의 그대로 사용하여 unreliable함. 그래서 UDP 공식문서에는 Socket이란 단어는 나오지 않지만 UDP에서도 Socket의 개념을 사용함(목적지 소켓이 있어야 하므로)

• TCP, UDP 통틀어서 Socket을 구별하기 위해서는 Protocol, IP address, Port number 3가지로 구성된다.
• 위 TCP 설명에선 Socket을 IP와 Port number의 조합이라고 했지만 UDP를 포함한 개념에서는 Socket을 3가지 조건으로 식별해야 한다.

- process A, B는 프로토콜이 다르므로 서로 다른 socket에 연결되어 있는 것이다. 

- 각각의 Connection은 서로 다른 조합의 Socket 한 쌍을 가지므로 유일하게 식별 가능하다.

- 위 내용들은 모두 표준에 관한 내용이기 때문에 실제 구현의 세계에서는 소켓의 개념이 좀 다르게 쓰인다고 함.

World Wide Web : 여러 정보들을 링크를 통해 효율적으로 접근할 수 있는 인터넷 상에서 동작하는 전 지구적인 정보시스템

• Hypertext 기반 링크 방식 시스템 개발
• Link는 어떤 서버로 가야 데이터를 요청할 수 있는지를 담고 있음 => URL 개념

Web Browser 발명

• CERN Httpd 서버 발명(최초의 Web Server)
• 최초의 Website 발명
• hypertext의 마크업 언어 HTML 개발
• HTML 통신 프로토콜 HTTP 개발 - web의 토대가 되는 프로토콜
• UDI(오늘날의 URL) : 데이터를 요청할 서버의 위치를 특정할 대상
• 1993년 4월 30일 www 관련 software, source code 무료 공개 후 급성장

- 최초의 웹서버, This machine is a server. DO NOT POWER IT DOWN!! 라고 쓰여 있다.