Introduction to Computer Science

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주완 애
8 years ago
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1 컴퓨터공학 개론 6장 네트워크

2 학습 목표 컴퓨터들이 어떻게 연결되는 지를 배운다 여러 다른 유형의 전송 매체와 익숙해진다 유도 매체와 비유도 매체의 차이를 배운다 어떻게 프로토콜이 네트워킹을 가능하게 하는지 배운다 2

3 학습 목표 (계속) ISO/OSI 참조 모델에 관하여 학습한다 네트워크 유형의 차이점을 이해한다 근거리 네트워크 (LAN)에 관하여 공부한다 광역 네트워크 (WAN)에 관하여 공부한다 무선 근거리 네트워크 (WLAN)에 관하여 공부한다 3

4 학습 목표 (계속) 네트워크 통신 장치에 관하여 배운다 어떻게 WAN이 스위치 네트워크를 사용하여 통신하는 지를 배운다 어떻게 장치들이 통신 매체를 공유할 수 있는지를 배운다 DSL, 케이블 모뎀, 위성 통신에 관하여 배운다 4

5 네트워크를 배워야 하는 이유 네트워크는 컴퓨터와 주변 장치를 연결한다 효과적으로 시스템 버스를 확장한다 네트워킹의 핵심에 TCP/IP 프로토콜이 있다 네트워크는 모든 형태의 컴퓨팅의 중심이 되었다 전자상거래, 연구, 통신 컴퓨터 학자와 네트워킹 근본적인 지식 5

6 컴퓨터들의 연결 시스템 버스를 통해 컴퓨터들을 연결하는 것은 불가능하다 PCI 버스는 98 개의 선을 갖고 있다 원격 연결은 실질적으로 불가능하다 이러한 연결문제는 네트워크로 해결된다 전선과 같은 매체가 전기 신호를 나른다 통신 프로토콜 (TCP/IP)은 그 절차를 관리한다 6

7 전송 매체 전송 매체: 전기 또는 자기 신호를 전도하는 능력을 가진 물질 전송 매체는 4 가지 방식으로 등급을 매길 수 있다: 대역폭: 초당 비트 수로 측정되는 매체의 속도 신호 대 잡음 비: = 10 log10 (신호/잡음) 비트 오류율: 단위 시간 당 전송 받은 총 비트 수에서 오류를 가진 비트들의 비율 감쇠: 신호가 이동 거리에 따라 약해지는 것 7

8 전송 매체 (계속) 전송 매체의 두 가지 일반적인 유형 유도: 구리선과 같은 물리적 매체 비유도: 전자기적 신호를 전달하는 공기와 공간 8

9 유도 매체 두 가지 일반적 형태 구리선 차폐된 또 차폐되지 않은 전선쌍 동축 케이블 (coax) 광섬유 케이블 신호를 전달하기 위해 유리와 빛을 사용 9

10 그림 6-1 유도 매체인 동축선, 전선쌍, 광섬유 케이블 10

11 유도 매체 (계속) 구리선: 동축과 전선쌍 동축 케이블 (coax) 잡음을 줄이기 위해 구리선을 금속 막으로 감쌈 600 MHz 까지 대역폭 지원 예: 10Base2,10Base5 전선쌍 유도 현상의 효과를 감쇠시킨다 두 가지 유형: 차폐와 비차폐 (UTP) UTP가 차폐된 전선쌍이나 동축에 비하여 인기가 높다 11

12 표 6-1 EIA/TIA 전선쌍 케이블의 카테고리 12

13 유도 매체 (계속) 임피던스: 구리 선에서 신호가 감쇠되는 현상 광섬유 케이블 유리 섬유가 빛 파동을 유도한다 구리선에 비하여 감쇠의 영향이 적다 자기 유도 법칙이 적용되지 않는다 구리 선에 비하여 수백배의 대역폭 지원 규모의 경제가 제조 가격을 안정시켰다 13

14 비유도 매체: 무선 기술 무선 기술의 장점 케이블 비용을 없앰 장치의 이동성과 휴대성 무선 기술의 기반: 라디오 파 라디오, 휴대폰, 무전기, 차고용 리모콘, 전자 오븐이 같은 기술을 사용한다 14

15 그림 6-2 무선 기술 15

16 비유도 매체: 무선 기술 (계속) 라디오 파 조작 전자 신호를 증폭 신호를 전자파 형태로 전송 수신 안테나가 전자파를 전자 신호로 환원 여러 다른 주파수에서 전송 가능 산업계 표준 (2.4 GHz 대역에 기반) IEEE 시리즈: 가장 보편화 블루투스: 단파: 3 인치에서 328 피트 (마우스, 키보드, 프린터, 다른 I/O 장치) 16

17 비유도 매체: 무선 기술 (계속) 광 전송 짧은 거리에서 적외선 사용 가능 최대 4 Mbps의 전송 능력 송신자와 수신자 사이에 시야 확보 필요 마우스, 키보드, PDA, 휴대폰, 노트북 컴퓨터 및 다른 휴대형 장치에 사용 17

18 표 6-2 무선 기술 18

19 프로토콜 프로토콜: 통신을 가능하게 하도록 설계된 규칙의 집합 예: 교실에서의 질의 응답 타이밍 다이아그램을 통해 상호 작용 표현 많은 기계 사이의 프로토콜 정보 전달의 순차적 흐름을 정의 예: TCP (Transmission Control Protocol) 충실한 메시지 재생산을 가능하게 한다 오류 검출과 재전송을 수행 19

20 표 6-3 프로토콜 타이밍 다이아그램 20

21 표 6-4 통신 프로토콜을 위한 타이밍 다이아그램 21

22 ISO/OSI 참조 모델 7 개의 독자적 계층으로 구성된 개념적 모델 물리적 계층: 물리적 링크에 대한 명세를 정의 데이터 링크 계층: 데이터 전송, 물리적 주소 지정과 그에 대한 통지, 프레임의 순차적 전달, 흐름 제어를 담당 네트워크 계층: 연결성과 경로 선택 기능을 제공. 또 메시지에 주소를 할당 22

23 ISO/OSI 참조 모델 (계속) 전송 계층: 데이타그램의 전달을 보장. 또한, 결함 감지, 오류 복구 및 흐름 제어를 담당 세션 계층: 세션의 설정, 관리, 종료 프리젠테이션 계층: 번역, 포매팅, 구문 선택과 같은 데이터의 포매팅을 담당 응용 계층: 응용을 네트워크에 접속 23

24 ISO/OSI 참조 모델 (계속) 각 계층은 두 개의 구성 요소에 의해 정의 프로토콜 데이터 단위 (PDU) 헤더: 계층과 메시지에 관련된 정보 메시지 전송 응용에서 출발 프로토콜 스택을 따라 각 계층에 의해 확장되며 물리적 계층에 의해 전송 매체에 놓여진다 수신 노드는 역순으로 메시지를 해체 모듈화: 재설계와 변경을 쉽게 해준다 24

25 그림 6-3 OSI 모델이 데이터를 처리하는 과정 25

26 네트워크 유형 크기와 인접성에 의해 분류 LAN (근거리 네트워크) 근거리에서 작은 수의 컴퓨터를 연결 대개 건물이나 인접 건물로 제한 일반적으로 구리선으로 연결 WLAN (무선 근거리 네트워크) WAN (광역 네트워크) LAN들과 WLAN들을 연결 (넓은 지역) 26

27 네트워크 유형 (계속) MAN (도시 네트워크) 도시 또는 대도시 지역을 연결 유형에 따른 구별 표준화된 정의는 없다 인터넷은 WAN으로 분류 27

28 그림 6-4 WAN 구성 예 28

29 LAN의 토폴로지 네트워크 구성을 종종 네트워크 토폴로지라 부른다 노드: 네트워크에 연결된 컴퓨터 각 노드는 고유의 네트워크 주소를 갖는다 세가지 기본적인 LAN 토폴로지 링: 컴퓨터들을 케이블을 사용하여 루프로 연결 스타: 컴퓨터들이 중심 허브에 연결 버스: 컴퓨터의 시스템 버스와 같은 구조 (가장 인기) 29

30 그림 6-5 LAN 토폴로지 30

31 이더넷 LAN 통신 기술 가장 널리 사용되는 업계 표준 기술 버스 토폴로지에 기반 스타 토폴로지로도 연결 가능 (스타/버스) 원래의 이더넷은 10 Mbps로 전송 고속 이더넷은 100 Mbps로 전송 기가비트 이더넷은 1 에서 10 Gbps로 전송 31

32 토큰 링 LAN 통신 기술 (계속) 두 번째로 인기 있는 LAN 기술 링 토폴로지 사용 토큰을 전달하여 네트워크 접근을 제어 4 또는 16 Mbps로 데이터 전송 FDDI 와 ATM: 가장 빠르고 값비싼 LAN 기술 32

33 표 6-5 LAN 기술의 대역폭 33

34 네트워크 통신 장치 LAN들과 WLAN들은 연결되어 WAN을 형성 WAN들은 연결되어 더 크고 복잡한 WAN을 형성 연결성을 제공하기 위해 사용되는 현재의 네트워크 장치 네트워크 인터페이스 카드, 중계기, 허브, 스위치, 브리지, 게이트웨이, 라우터, 방화벽 34

35 NIC (네트워크 인터페이스 카드) NIC 컴퓨터와 네트워크의 물리적 연결 마더보드의 확장 슬럿이나 노트북 컴퓨터의 카드 슬롯에 위치 외부 포트를 포함 각 NIC 는 고유의 48 비트의 주소 (물리 또는 MAC 주소)를 갖는다 35

36 중계기 중계기 감쇠 문제를 해결 노드 사이의 케이블을 따라 신호를 증폭 신호를 변경하지는 않는다 36

37 허브 허브 여러 개의 입력과 출력을 가진 특수한 형태의 중계기 여러 개의 노드가 같은 중계기를 공유할 수 있게 하여준다 37

38 스위치 허브와 유사 스위치 허브와는 달리 입력과 출력이 연결되어 있지 않다 데이터 링크 (OSI 계층 2)의 기능 헤더를 조사하여 지정된 주소에 해당하는 출력으로 점 대 점 연결을 시켜준다 38

39 브리지 지능을 가진 스위치 브리지 전체 네트워크의 트래픽을 줄이기 위해 네트워크를 세그먼트 단위로 분할 39

40 게이트웨이 게이트웨이 브리지와 유사 여러 다른 네트워크 프로토콜을 해석하고 번역할 수 있다 다른 유형의 네트워크를 연결 40

41 라우터 라우터 브리지, 게이트웨이와 유사 더 높은 OSI 3 계층의 기능을 제공 네트워크 계층에서 할당된 IP 주소에 따라 트래픽을 라우팅 41

42 방화벽 방화벽 내부 네트워크와 노드를 보호 많은 방화벽은 라우터 기반 외부로 부터 들어오고 나가는 트래픽을 감시하고 제한한다 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현 가능 42

43 교환 네트워크 전화망을 디지털 데이터를 전송하도록 변형 모뎀 (modulator/demodulator): 아날로그 신호를 디지털 신호를 전송하도록 변조 300에서 3300 Hz의 저대역 주파수에 맞도록 설계 주파수 변조 (FM), 진폭 변조 (AM), 위상 변조 (PM)를 통해 3Kbps로 속도 증대 압축 기술과 신호 재배열을 통해 최대 56Kbps의 전송 속도 가능 43

44 그림6-6 주파수 변조, 진폭 변조, 위상 변조 44

45 고속의 광대역 네트워크 보다 고속의 전송 속도 필요 시스템 버스의 확장 구리선을 통해 최대 1.5 Mbps의 전송 속도 가능 전용 회선을 통해 최대 전송 속도 제공 (24 개의 음성 채널) 상당히 비싸다 전용 회선을 T1 회선이라 부른다 T3 회선은 28 개의 T1 회선으로 구성 광섬유 케이블: OC 회선은 T3 회선 보다 빠르다 45

46 표 6-6 고속 WAN 연결 46

47 다중 접속 FDM (주파수 분할 다중 접속) 대역폭을 여러 가입자에게 나눈다 각 가입자는 한 세션 동안 하나의 채널 만 사용 자원의 낭비 TDM (시분할 다중 접속) 대역폭을 시간 별로 분할 FDM 보다 고속의 전송 속도 달성 47

48 DSL DSL (디지털 가입자 회선) FDM 과 TDM을 모두 사용 대역폭을 247 개의 채널로 분할 음성에 4 KHz 의 대역을 사용하고 나머지는 데이터 전송에 사용 256 Kbps 에서 1.5 Mbps의 전송 속도 다운로드와 업로드의 속도가 다르다 가입자는 전화국으로 부터 18,000 피트를 벗어나서는 안된다 48

49 그림6-7 FDM과 TDM 49

50 케이블 모뎀 CATV 동축 케이블은 수백개의 채널을 전송 각 채널에 6 MHz 의 대역폭을 할당 최대 42 Mbps의 전송 속도 이더넷 케이블을 모뎀에 연결 TDM 기술을 사용하여 업로드와 다운로드에 다른 속도를 제공 50

51 위성 장거리 무선 기술 인공 위성 멀리 떨어져 있는 곳에 고속의 전송 속도 제공 TV 방송을 수신하는 것과 유사한 접시 안테나를 사용하여 위성으로부터 데이타를 송수신 널리 보편화되기 시작 51

52 맺는 말 네트워크는 컴퓨터와 컴퓨팅에 중심에 있다 컴퓨터학자들은 네트워크에 많은 시간을 소모한다 6 장의 개념들은 다른 컴퓨터 분야의 학습에 밑받침이 될 것이다 52

53 요약 네트워크는 컴퓨터들을 전세계적으로 연결한다 네트워크는 시스템 버스의 확장이다 통신 매체, 프로토콜 집합, 네트워크 장치 들이 연결을 가능하게 한다 매체의 등급: 대역폭, 신호 대 잡음 비, 비트 오류율, 감쇠 전송 매체에는 유도와 비유도 매체가 있다 53

54 요약 (계속) 유도 매체: 구리선 (동축과 전선쌍) 과 광섬유 케이블 비유도 매체: 공기와 공간 (무선) 프로토콜: 통신을 위한 규칙 집합 표준: TCP/IP 와 7 계층의 OSI 모델 네트워크 유형: LAN, WLAN, WAN, MAN 54

55 요약 (계속) LAN 토폴로지: 링, 스타, 버스 LAN 기술: 이더넷, 토큰 링, FDDI, ATM 네트워크 장치: NIC, 중계기, 허브, 스위치, 브리지, 게이트웨이, 라우터, 방화벽 교환 네트워크: FM, AM, PM, 압축, 신호의 재배열을 사용하여 아날로그를 디지털로 변환 55

56 요약 (계속) DSL: FDM 과 TDM을 사용하여 구리 선 신호를 최대 1.5 Mbps로 증폭 케이블 모뎀: 1.5 에서 42 Mbps 속도로 동축 케이블을 통해 전송 위성 기술: 장 거리 무선 56

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론 2. 관련연구 2.1 MQTT 프로토콜 Fig. 1. Topic-based Publish/Subscribe Communication Model. Table 1. Delivery and Guarantee by MQTT QoS Level 2.1 MQTT-SN 프로토콜 Fig. 2. MQTT-SN