클라우드 기초 2주차

클라우드 기초 2주차

프로토콜(Protoclol)의 정의
 다수의 송신자와 수신자 사이에서 정보통신을 원활히 하기 위한 상호 간의 규칙 혹은 약속
 어떠한 정보를 전송할 건지, 정보를 전송하기 위해 어떠한 일을 할 것인지,
 정보를 어떻게 전송할 것인지 등을 결정하고 이를 준수하기로 약속한 규정
 (예) 교통신호등 : 세계 어디를 가든 빨간불(멈춤), 노란불(주의), 초록불(진행)
 
 OSI(Open Systems Interconnection) : 표준 프로토콜 모델
 국제 표준화 기구인 ISO에서 개발한 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 개방형 시스템 상호연결 모델
 TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol) : 인터넷 프로토콜
 IETF의 RFC(Refquests for Comments)라는 일련의 문서에 의해 정의됨
 IETF(Internet Engineering Task Force, 인터넷기술표준화위원회)

프로토콜의 3요소
 구문(Syntax)
  데이터의 구조나 형식(아날로그 or 디지털), 신호의 크기(전압의 세기, 표현의 방법), 부호화(ASCII, UNICODE)에 대한 표현을 정의

 의미(Semantics)
  해당 신호에 대한 해석 및 전송제어(동기화, 전송정지, 전송 재개, 전송완료, 재전송 등의 신호),
  오류관리(데이터 무결성 검사, 패리티 비트 검사, CRC 등)를 위한 제어 정보를 규정

 타이밍(Timing)
  송신자와 수신자 사이의 신호 지속 시간, 신호 순서 등을 조정하여 데이터 유실을 방지

프로토콜의 기능
 주소 지정(Addressing)
  네트워크의 노드(컴퓨터, 장치)다다 서로 식별할 수 있는 고유 번호 부여
  데이터 전송 시, 상대방의 주소와 이름을 알아야 함
  송신자 IP(주소), MAC(이름), 수신자 IP(주소), MAC(이름)의 4개 정보로 통신 가능

 단편화(Fragmentation)와 재조립(Reassembly)
  대용량의 데이터 교환시, 같은 크기의 데이터 블록(패킷)으로 분할(단편화)하여 전송하고,
  전송된 데이터를 원래 모양대로 하나로 붙이는(재조립) 과정이 필요
  라우터/스위치 간 이동 시 필요
  회선 별 대역폭이 다르므로 데이터를 더 분할하는 경우도 있음

 순서 지정(Sequencing)
  데이터가 단위(패킷) 별로 분할하여 전송될 때, 각 패킷에 시퀀스 번호를 부여하여 순서대로 도착할 수 있도록 제어
  연결지향형(Connection Oriented)에서만 사용

 데이터 흐름 제어(Data Flow Control)
  수신자 측에서 데이터 전송량이나 전송 속도 등을 조절
  디바이스 간의 데이터 처리 능력이 다르므로 속도조절, 재전송, 전송 중지 등을 명령
  (예) stop and waiting, 슬라이딩 윈도우

 연결 제어(Connection Control)
  연결지향형 데이터 전송의 경우 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제의 3단계로 구성
  (예) 3-way handshaking

 캡슐화(Encapsulation)
  네트워크의 각 계층별로 사용할 정보를 관리하기 편하도록 구분
  단계별로 헤더(제어정보)를 덧붙여 캡슐처럼 감싸는 것을 의미

 오류제어(Error Control)
  오류 발생을 검출하여 재전송을 요구하거나, 직접 오류 복구
  재전송 요구(Discard & Recall) : 기존에 받은 오류 데이터를 버리고 재전송 요청
  오류 복구(Fix & Use) : 기존에 받은 오류 데이터를 복구해 사용
  (짝수, 홀수) 패리티 비트 오류 검출

 동기화(Synfchronization)
  송신자와 수신자 사이 데이터를 전송할 때, 타이밍이나 윈도우 크기 등을 합의하는 것

 멀티플렉싱(Multiflexing)
  한 번에 여러 정보를 통신할 수 있도록 가상의 회선을 설정

 전송 서비스
  우선순위 : 우선순위가 높은 데이터가 먼저 도착하도록 설정
  서비스 등급 : 데이터에 따라 서비스 등급을 부여
  보안의 정도 : 액세스 제한 등 보안 시스템 설정
  QoS(Quality of Service) : 응용 프로그램, 사용자, 데이터 흐름 등에 우선 순위를 정하여 데이터 전송에 특정 수준의 성능을 보장하기 위한 능력

프로토콜 전송 방식
 비트(bit) 방식
  특별한 의미를 갖는 플래그 비트(Flag bit)를 데이터의 앞 혹은 뒤에 붙여 전송
  대표 프로토콜 : HDLC, SDLC, LAPB

 바이트(byte) 방식
  데이터의 헤더(Header)에 전송 데이터의 문자 개수, 메시지 수신 상태 등 각종 제어 정보를 붙여 전송
  대표 프로토콜 : DDCM

 문자 방식
  전송 제어 문자(SOH, ETX, ETB, STX, DLE, ENQ) 등을 사용하여 데이터의 시작과 끝을 나타냄
 대표 프로토콜 : BSC

프로토콜의 특성
 직접 & 간접
  직접적 프로토콜 : 점대점 형태로 직접 연결되어 통신
  간접적 프로토콜 : 여러 개의 통신 시스템이 하나의 커다란 시스템을 통해 간접적으로 연결

 단일체 & 구조
  단일체적 프로토콜 : 통신과 관련한 모든 기능을 하나의 프로토콜이 전부 수행
  구조적 프로토콜 : 여러 개의 계층으로 나누어진 프로토콜이 하위 계층에서 상위 계층 방향으로 서비스 제공

 대칭과 비대칭
  대칭적 프로토콜 : 서로 통신을 주고 받는 대등한 형태로 이루어지는 프로토콜
  비대칭적 프로토콜 : 서버-클라이언트 등 비대칭적인 관계에서 이루어지는 프로토콜

 표준 & 비표준
  표준 프로토콜 : 어느 시스템에서나 작동하는 일반적인 프로토콜
  비표준 프로토콜 : 정해진 환경이나 시스템상에서만 사용 가능한 프로토콜

 국내외 표준화 기구
  국제표준화기구(ISO : International Organization for Standardization)
  국제전기통신연합(ITU : International Telecommunication Union)
  미국표준협회(ANSI : American National Standards Institute)
  한국정보통신기술협회(TTA : Telecommunications Technology Association)
  한국전자통신연구원(ETRI : Electronics and Telecommunication Research Institue)

근거리 통신(LAN) 프로토콜
 알로하 프로토콜 ALOHA(Additive Links Online Hawaii Area)
  미국 하와이 대학에서 하와이의 여러 섬과 통신하기 위해 개발한 무선통신 근거리 통신망
  세계 최초로 경쟁법(Contention Method)을 도입한 다원 접속 프로토콜
  향후 이더넷(유선LAN)의 시초
  송신 측(중앙제어국)을 중심으로 하는 성형 토폴로지
 
 1. 송신 측은 제약 없이 데이터 전송 후, 수신측 으로부터 확인 응답
 (ACK)을 수신하기 위해 대기
 2. 송신 측과 수신 측 간의 최대 왕복 시간(RTT; Round Trip Time) 동안
 확인응답 ACK가 수신되지 않으면 재전송
 3. 전송 실패가 반복되면 전송을 포기

 슬롯 알로하 프로토콜 Slotted ALOHA
  전송 데이터를 슬롯화하고, 중앙 제어국에서 클럭 신호를 보내면 각 슬롯의 시작점에서만 패킷을 전송할 수 있도록 개선한 프로토콜
  충돌 확률이 줄어들어 순수 알로하 프로토콜에 비해 전송 효율 2배 개선

 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) ★
  슬롯 알로하 프로토콜의 발전 형태
  작은 단위의 패킷을 테스트용으로 전송
  LAN 선을 사용하는 다른 전송이 있다면 충돌을 방지하기 위해 앞의 전송이 끝날 때까지 전송X
  LAN 선이 비어 있을 때 재전송
  여러 대의 단말이 LAN 선에 충돌 없이 접속 가능

802.3 CSMA/CD, Ethernet
802.11 a/b/g/n/ac 무선 네트워크(Wireless LAN & Wi-Fi)
802.15 802.15.1 블루투스, 802.15.4 직비(Zigbee)

정보 신호
 아날로그 신호
  연속적으로 변화하는 전자기파(사람의 음성)
  거리가 멀어지면 점점 감쇄되는 현상 발생
  잡음 발생 가능성 높음

 디지털 신호
  0 혹은 1로 표현되는 디지털 펄스 신호
  아날로그 신호에 비해서 잡음이 적고 오류율이 적음

정보 전송의 방향
 단방향 통신(Simplex)
  데이터를 전송만 할 수 있고 받을 수는 없다. (예. 라디오)

 반이중 통신(Half Duplex)
  데이터를 송신하고 수신할 수 있지만, 동시에 할 수는 없다. (예. 무전기)

 전이중 통신(Full Deuplex)
  동시에 데이터를 주고 받을 수 있다. (예. 전화기)

정보 전송 단위
 직렬 전송
  전송선로 1개를 이용해 데이터를 순차적으로 전송
  대부분의 데이터 통신 시스템에서 사용
  상대적으로 비용이 적음
  설치 방법이 간단해서 장거리 통신에 많이 사용

 병렬 전송
  여러 개의 전송로(또는 채널)을 통해 한번에 기본 단위의 데이터를 전송
  빠른 데이터 전송
  상대적으로 근거리 통신에 사용
  시스템의 버스(FSB, BSB)에서 많이 사용

정보 동기화 여부
 비동기 전송
  비정기적인 데이터 전송
  송신할 데이터가 있을 때 전송
  Start Bit와 Stop Bit 사용
  문자 사이에 유휴 시간 발생
  주로 이벤트 데이터 전송에 활용
  예) 키보드 입력, 마우스 입력 등

 동기 전송
  정기적인 데이터 전송
  시간을 분배하여 할당된 시간에 데이터를 전송
  전송 효율이 높아 많은 양의 데이터를 빠르게 전송

변조 : 아날로그와 디지털 신호의 변환
 아날로그 → 아날로그 (AM, FM, PM)
  AM : 신호의 높낮이로 정보의 차이를 표현
  FM : 진폭의 밀도로 정보의 차이를 표현
  PM : 신호의 모양으로 정보의 차이를 표현

 아날로그 → 디지털 (PCM)
  표본화(Sampling) : 아날로그 파형을 일정한 시간 폭으로 나누어 비연속적인 직사각형으로 분할하는 단계.
  해당 시간 폭 동안의 여러 값을 하나의 대표(표본, 샘플)적인 값으로 변환
  양자화(Quantumization) : 표본화된 값들을 계산하기 쉬운 일정한 값으로 균일하게 만드는 단계.
  소수점을 반올림하여 정수로 바꾸어주는 단계라고 생각하면 이해하기 용이함
  부호화(Encoding) : 양자화된 값을 2진수로 변환 (아날로그 값 → 디지털 값)
  복호화(Decoding) : 디지털 값을 다시 펄스 신호로 변환
  필터링(Filtering): 각 펄스 신호 값 사이를 부드럽게 이어 본래의 아날로그 파형과 유사하게 만드는 단계

 디지털 → 아날로그 (ASK, FSK, PSK, APSK(QAM))
  ASK(진폭 편이 변조, Amplitude Shift Keying)
   위 아래 진폭의 차이로 0과 1을 구분
  FSK(주파수 편이 변조, Frequency Shift Keying)
   좌우 진폭의 밀도 차이로 0과 1을 구분

 디지털 → 아날로그 (ASK, FSK, PSK, APSK(QAM))
  PSK(위상 편이 변조, Phase Shift Keying)
   360도를 한 주기로 하는 하나의 그래프를 쪼개어 나타내는 여러가지 모양(위상)에 2진법 숫자를 대입하여 변조
  QAM(직교 진폭 변조, Quadrature Amplitude Modulation)
   구형을 기준으로 변조
   ‘진폭위상편이변조’라고도 함

 디지털 → 디지털
  리피터로 신호 증폭

흐름제어
 통신을 주고받는 두 개의 컴퓨터 간에 데이터 처리 속도가 달라서 발생하는 문제를 해결하는 방법
 Stop and Wait 방법
  패킷을 보낸 후 전송을 멈추고(Stop)
  상대방이 받았다고 확인 메시지(ACK)를 줄때까지 기다리는(Wait) 방식

 슬라이딩 윈도우(Sliding Window) 방법
  수신측에서 받을 수 있는 만큼 지속적으로 윈도우 크기 증가
  수신측에서 전송 성공, 확인 메시지(ACK)
  수신측에서 전송 실패, 간섭 등의 이유로 에러가 나면 NAK
  그러면 송신측에서 ½ 만큼 윈도우 크기를 줄여 데이터 전송
  시간이 지나면 적정 윈도우 크기로 설정됨

오류제어
전송 오류의 종류
 감쇠(Attenuation)
  데이터가 회선을 통하여 전송되는 도중에 신호가 약해져 신호를 정확히 판단할 수 없는 경우

 지연 왜곡(Delay Distortion)
  데이터 전송이 늦어지는 경우

 잡음(Noise)
  모니터, 전자레인지 등 주변 전자기기 영향으로 불필요한 신호가 추가 되거나 기존 신호 왜곡되는 경우

 혼선(Crosstalk)
  전기 신호적 결합에 의해 한 회선의 데이터가 다른 회선에 영향을 주는 경우

오류제어(오류 검사 방법)
 패리티 비트 검사
  전송 데이터에서 패리티 비트를 추가하여 비트의 홀/짝 여부 판단
  송수신자 간에 홀/짝 패리티 방식을 맞춰야 함
  8개 비트 중 오류가 2번 발생하면 판별 불가

 블록 합 검사(Block Sum Check)
  패리티 비트 검사의 단점을 극복하기 위해 수평/수직의 2차원 블록을 합쳐서 검사

 순환 중복 검사(CRC: Cyclic Redundancy Check)
  정확한 에러 검출을 위해 다항식을 사용하는 방법
  생성다항식을 송수신자 간에 공유하고, 송신자는 나머지를 전송할 데이터에 붙여 전송
  수신자는 수신한 데이터를 생성다항식으로 나누어, 나머지 없으면 에러X, 나머지 있으면 에러O)

오류제어
ARQ(Automatic Repeat Request) : 에러 발생시 재전송을 요구하는 방식
 Stop-and-Wait ARQ - 수신자가 신호를 보내올 때까지 기다린다.
 Go-back-N ARQ - 에러가 발생한 블록 이후의 모든 블록을 재전송한다.
 Selective ARQ - 수신 측에 오류가 발견된 프레임에 대해서 재전송 요청이 있을 경우,
 에러가 발생한 블록 중 에러가 발생한 해당 프레임만 다시 전송한다.
 Adaptive ARQ - 에러가 발생하면 전송하는 프레임의 크기를 조정하여 보낸다.

고속 LAN 및 광역대 기술
 이더넷(Ethernet) : 10Base-T
  LAN을 위해 개발된 근거리 유선 네트워크(IEEE802.3)
  CSMA/CD 방식으로 액세스 하는 방법 및 물리 계층의 사용을 정의한 국제표준

 고속 이더넷(Fast Ethernet) : 100Base-T
  인터넷이 활성화되면서 더 많은 양의 데이터 처리할 수 있는 네트워크의 필요성 대두
  기존의 UTP 케이블을 그대로 사용하여, 10Mbps를 100Mbps로 향상

 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet) : 1000Base-X
  대역폭을 1Gbps까지 확장시킨 네트워크 -> 전송속도가 1000
  기존의 이더넷 프로토콜과 동일하며, 이더넷과 고속 이더넷의 관리 시스템 및 CSMA/CD 프로토콜과 모두 호환 가능
  통신망의 형태는 대개 성형(Star Topology)으로 구축

 토큰링(Token Ring)
  IBM이 개발, 토큰 패싱 접속법을 이용한 네트워크
  각 노드들에 순차적으로 정보 전송을 위한 권한(토큰)을 부여하여, 토큰을 보유하고 있는 동안만 하나의 노드가 독점적으로 데이터를 전송
  링(Ring) 형태의 네트워크 토폴로지 사용, 충돌 발생X
  노드가 많으면 성능 떨어짐, 토큰에 대한 분실 발생 가능
  디퍼랜셜 맨체스터(Differntial Manchester) 방식 사용

 FDDI
  미국 ANSI에서 표준화한 프로토콜로 토큰 패싱 접속법을 이용

 프레임 릴레이(Frame Relay)
  과거식 네트워크인 X.25의 패킷 전송 기술을 고속 데이터 통신용으로 개선한 프로토콜
  패킷 대신 프레임 단위에 데이터를 넣고, 오류정정기능은 단말 지점에 맡기는 방식
  경로 설정 가능
  데이터의 전송 속도를 향상시켜 전송 지연 감소

 HDLC(High-Level Data Link Control)
  전이중 통신과 반이중 통신 양쪽에서 사용할 수 있는 비트 지향성 프로토콜
  동기식 전송 방식
  오류제어 : Go-back-N ARQ, Seletive ARQ
  흐름제어 방식 : 슬라이딩 윈도우
  프레임 구조

 셀 릴레이 ATM(Asynchronous Transfer Mode)
  가상회선을 사용하는 비동기 통신 기술
  고속으로 안정적인 통신 가능(음성, 영상, 데이터)
  셀이라고 부른 고정 길이 패킷을 이용하여 순서대로 자료를 전송하는 방식
  셀 전송 시에 우선 순위 기능을 부여해 네트워크 품질 향상
  회선 교환 네트워크와 패킷 교환 네트워크의 장점을 결합한 것