학습개요
컴퓨터 네트워크 서비스를 제공하며 정보 서비스 환경의 가용성과 컴퓨터에 대한 기대는 높아지고, 실제 활용 분야도 다양해지고 있다. 『컴퓨터과학개론』의 열다섯 번째 강의로서 컴퓨터 네트워크의 발전 역사와 기본적인 구성 요소에 대해 알아보고, 인터넷을 기반으로 하는 다양한 통신 프로토콜을 학습한다.
학습목표
- 컴퓨터 네트워크와 통신의 기본 개념을 이해한다.
- 컴퓨터 네트워크를 구성하는 방식을 이해한다.
- OSI 참조 모델의 계층 구조와 기능을 이해한다.
- 인터넷에서 사용되는 프로토콜과 특징을 이해한다.
연습문제
- 인터넷의 전신인 네트워크는 무엇인가?
- BITNET
- ARPANet
- ALOHAnet
- 이더넷
정답 : 2● ARPANet은 미국 국방 고등 연구 기획국(DARPA, Defense Advanced Research Project Agency)의 주도로 MIT를 중심으로 패킷 교환 네트워크로 현재의 인터넷의 시작이다. 1960년대 초부터 기획이 시작되어 최초의 서비스가 1969년에 시작되었고, 1973년에는 현재 인터넷의 주요 프로토콜인 TCP/IP가 개발되어 ARPANet에 적용되었다. Ethernet은 미국 제록스 파크(Xerox PARC) 연구소는 컴퓨터 간의 하드웨어 수준의 연결을 가능하게 해주는 인터페이스 장치의 하나인 이더넷(Ethernet)을 개발하였다. 개발 초기의 이더넷은 미국 하와이 섬들을 연결하기 위해 개발된 ALOHANet의 영향을 받았다. BITNET은 1981년 미국 대학들을 연결하기 위해 개발된 컴퓨터 네트워크이며, 인터넷으로 대체되기 전까지 교육기관을 중심으로 널리 사용되었다. 전송 시 이메일이나 파일 단위로 서버에서 서버로 전송되는 특이한 방식을 채택했다.
- 다음과 같은 특징을 가지고 있는 LAN의 위상 구조는 어느 것인가?
– 하나의 공용 회선을 사용하므로 구조가 간단하고 융통성이 있음
– 단말 장치의 증설이나 삭제용이
– 메시지가 모든 노드에게 전달 (브로드캐스팅)
– 메시지 전달 속도가 빠름- 환형
- 링형
- 별(star)형
- 버스형
정답 : 4● 버스(bus)형 컴퓨터 네트워크는 버스형의 경우 컴퓨터들이 하나의 버스(기본적으로 대역폭이 넓은 채널)를 공유하면서 메시지 송신시 버스에 방송하듯 버스에 연결된 모든 컴퓨터에 메시지를 보낸다. 메시지의 수신자만이 주소를 보고 선택적으로 수신하게 된다. 버스형 컴퓨터 네트워크의 대표적인 예는 이더넷이다. 성(star)형 컴퓨터 네트워크는 성형의 경우 중앙에 있는 컴퓨터가 모든 메시지의 중계자 역할을 하게 된다. 모든 메시지는 먼저 중앙의 컴퓨터로 보내지고, 중앙의 컴퓨터가 수신한 메시지를 다양한 목적지 컴퓨터에 전달한다. 성형의 대표적인 예는 와이파이 액세스 포인트(WIFI access point, AP)로 구성된 컴퓨터 네트워크이다. 원(ring)형 컴퓨터 네트워크는 메시지가 원형 네트워크를 돌면서 차례로 다음 컴퓨터로 전달되어 최종 수신 컴퓨터에 도달할 때까지 계속 전달된다. 원형 컴퓨터 네트워크의 대표적인 예로는 토큰링(token ring) 네트워크가 있다.
- 회선교환망과 메시지교환망의 장점을 결합한 전송망에서는 데이터 전체가 아니라 송신측주소와 수신측주소를 포함하는 일정형식의 데이터블록을 기본단위로 통신이 이루진다. 이와 같은 통신의 기본단위를 무엇이라고 하는가?
- 패킷
- 블록
- 코드
- 데이터그램
정답 : 1● 메시지를 패킷(packet)이라는 작은 단위로 나누어 패킷별로 보낸다. 중간 단계의 스위치들은 수신한 패킷을 목적지 방향의 스위치로 전달한다. 네트워크 계층은 패킷 단위의 전송이 이루어지며, 주소 지정에 있어서 계층적인 방식(hierarchical addressing scheme)을 쓴다. 또한, 패킷을 어떤 경로를 통해 송신 컴퓨터에서 수신 컴퓨터까지 전달할지 결정하는 라우팅이 일어난다. IP는 기본적으로 패킷의 출발지-목적지(end-to-end) 간 전송을 위한 프로토콜이다. 패킷 송신 호스트의 주소, 패킷 수신 호스트의 주소를 지정하기 위해 각 호스트 별로 IP 주소가 부여된다. 만일 여러 개의 네트워크 인터페이스가 가진 호스트는 여러 개의 IP 주소를 갖는다. IP를 사용해서 패킷을 보내게 되는데, 패킷을 데이터그램이라고 한다.
정리하기
- 네트워크의 구성 요소
- 채널(channel): 모든 통신은 전선, 전화선, 광케이블, 무선 링크 등 통신 매체를 통해서 통신 신호가 전달된다. 통신 신호가 실제로 전달되는 통로
- 주파수(frequency): 통신채널을 통해 전달되는 통신 신호는 디지털/아날로그 모두 주기성을 가지는 파형의 모습을 가지고 있는데, 이 통신 신호가 초당 몇 번 진동하는가를 계산한 것
- 대역폭(bandwidth): 대역폭은 통신 채널의 최대 주파수에서 최소 주파수 사이의 주파수 대역
- 노드(node): 네트워크에 연결된 컴퓨터나 관련 장비
- 네트워크 인터페이스(network interface): 컴퓨터와 네트워크를 연결해주는 장치
- 프로토콜(protocol): 통신 프로토콜은 컴퓨터 통신을 위해 통신을 하는 노드간의 합의된 통신 약속
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- 컴퓨터 네트워크의 연결 형태
- 버스(bus)형 컴퓨터 네트워크 : 버스형의 경우 컴퓨터들이 하나의 버스(기본적으로 대역폭이 넓은 채널)를 공유하면서 메시지 송신시 버스에 방송하듯 버스에 연결된 모든 컴퓨터에 메시지를 보내는 형태
- 성(star)형 컴퓨터 네트워크 : 중앙에 있는 컴퓨터가 모든 메시지의 중계자 역할을 하며, 모든 메시지는 먼저 중앙의 컴퓨터로 보내지고, 중앙의 컴퓨터가 수신한 메시지를 다양한 목적지 컴퓨터에 전달되는 형태
- 원(ring)형 컴퓨터 네트워크 : 원형 컴퓨터 네트워크는 메시지가 원형 네트워크를 돌면서 차례로 다음 컴퓨터로 전달되어 최종 수신 컴퓨터에 도달할 때까지 계속 전달되는 형태원(ring)형 컴퓨터 네트워크 : 원형 컴퓨터 네트워크는 메시지가 원형 네트워크를 돌면서 차례로 다음 컴퓨터로 전달되어 최종 수신 컴퓨터에 도달할 때까지 계속 전달되는 형태
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- 메시지 교환(switching) 방식
- 회선 교환 방식(circuit switching) : 메시지의 송신 컴퓨터에서 수신 컴퓨터까지 여러 개의 스위치를 통해 물리적으로 연결된 임시 전용 회선을 동적으로 구성한 후, 임시적으로 설정된 회선을 통해서 메시지를 주고받는 방식
- 메시지 교환 방식(message switching) : 송신하려는 메시지 전체를 한 단계씩 목적지 방향으로 스위치(또는 컴퓨터, 라우터 등)를 거쳐서 전송하는 방식
- 패킷 교환 방식(packet switching) : 메시지를 패킷(packet)이라는 작은 단위로 나누어 패킷별로 보내는 방식
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- OSI 참조 모델
- 물리 계층(physical layer) : 물리적으로 연결된 채널을 통해 비트 단위로 전송이 되는 계층
- 데이터링크 계층(datalink layer) : 직접 연결된 두 컴퓨터나 장비 간에 프레임(frame, 블록 단위의 정보) 단위로 전송하는 계층
- 네트워크 계층(network layer) : 패킷 단위의 전송이 이루어지는 계층
- 전송 계층(transport layer) : 세그먼트 또는 데이터그램 단위의 메시지가 송신 컴퓨터에서 수신 컴퓨터까지 신뢰성을 보장하며 전달하는 계층
- 세션 계층(session layer) : 통신 컴퓨터간 연결의 접속/차단과 데이터 통신 방식을 결정하는 계층
- 표현 계층(presentation layer) : 응용 계층에서의 데이터의 사용 방식과 무관하게 잘 작동할 수 있도록 해주는 계층
- 응용 계층(application layer) : 웹에서 사용하는 HTTP나 파일 전송을 위한 FTP, 이메일 전송을 위한 SMTP 등과 같은 응용 프로토콜의 기능을 지원하는 계층