이동통신과 멀티미디어 통신

2025. 6. 8. 21:39

이동통신 시스템

분류	설명	예시
고정 유선 (fixed and wired)	유선으로 연결, 고정된 위치	데스크톱 컴퓨터
이동 유선 (mobile and wired)	이동 가능, 유선 연결 필요	노트북(laptop, notebook)
고정 무선 (fixed and wireless)	고정 위치, 무선 연결	무선 LAN, 마이크로웨이브 중계
이동 무선 (mobile and wireless)	이동하며 무선 통신	이동전화(휴대폰)

이동전화 발전 과정

1921년: 디트로이트 경찰국 순찰차 무전기(교환원 연결)
1946년: 미국 세인트루이스, PSTN 접속, 반이중 방식
1964년: IMTS(Improved Mobile Telephone Service), 자동 다이얼, 전이중
1968년: AT&T, 셀룰러 시스템 개발(서비스 영역을 cell로 분할, 주파수 재사용)

셀룰러 시스템의 구성

구성요소	설명
MS (Mobile Station)	이동국, 사용자의 단말(휴대폰 등)
BS (Base Station)	기지국, 무선 신호 중계
MSC (Mobile Switching Center)	이동전화 교환국, 유선망과 연결

핸드오프(Handoff)

통화 중 채널을 인접 기지국으로 절체
Hard handoff: 기존 채널을 끊고 새 채널 연결(break before make)
Soft handoff: 새 채널을 먼저 연결 후 기존 채널을 끊음(make before break)

로밍(Roaming)

사업자 간 협약을 통해 다른 사업자 지역에서도 서비스 이용 가능

위치 등록

가입자의 위치 정보를 HLR(가입지), VLR(방문지) 데이터베이스에 등록
착신 시 위치 정보 기반으로 호출

다중접속(Multiple Access)와 다중화(Multiplexing)

다중접속: 여러 단말이 상호 간섭 없이 기지국에 접속
다중화: 기지국에서 여러 단말로 보내는 정보를 하나로 묶어서 전송

방식	설명	적용 세대
FDMA	주파수 분할, 각 단말 별 주파수 할당	1세대
TDMA	시간 분할, 시간 슬롯을 나누어 사용	2세대
CDMA	코드 분할, 서로 다른 코드로 신호 구분	2~3세대
OFDMA	직교 주파수 분할, LTE/5G에서 사용	4~5세대

WPAN(무선개인통신)

10m 내외 근거리, 저전력·저속~초고속 지원
IEEE 802.15 표준, Ad-hoc 구조(기지국 없이 단말 간 직접 통신)

기술	특징	주요 용도
Bluetooth (802.15.1)	2.4GHz ISM, 주파수 호핑, 약 10m	무선 이어폰, 스마트워치, 주변기기
UWB (802.15.3a)	약 20m, 100Mbps 이상 고속	홈네트워크, 무선 프로젝터
ZigBee (802.15.4)	저속, 저전력, 약 100m	원격 검침, 센서, IoT

멀티미디어 통신 프로토콜

RTP (Real-time Transport Protocol)

UDP 기반, 실시간 멀티미디어 데이터 전송
헤더에 순서, 시간 정보 포함(동기화/순서제어)

RTCP (Real-time Transport Control Protocol)

RTP와 함께 사용, 데이터 전송 품질 피드백 및 모니터링

뉴미디어 통신 시스템

분류	주요 예시	설명
방송계	케이블 TV, HDTV, 디지털 위성방송	방송과 디지털 기술 융합
통신계	비디오텍스, 텔레텍스, 화상회의	초기 통신 기반 미디어 서비스
패키지계	CD, DVD, MP3	디지털 저장·재생 매체

케이블 TV 시스템: 헤드엔드(방송국) - 전송계 - 가입자 단말로 구성
Teletext: TV 수직귀선 시간에 문자 데이터 송출
Videotex: 전화망 이용 텍스트 정보 서비스
위성방송: 정지궤도 위성을 이용한 방송

정리

이동통신은 고정/이동, 유선/무선의 다양한 형태로 발전해왔으며, 현재는 이동 무선이 주류
셀룰러 시스템은 셀 분할, 주파수 재사용, 핸드오프 등으로 효율적 통신을 실현
WPAN은 근거리 무선통신의 핵심으로, 블루투스·ZigBee 등 다양한 표준이 IoT와 연계되어 발전
멀티미디어 통신에서는 실시간 데이터 전송을 위한 RTP/RTCP 프로토콜이 중요
뉴미디어 통신은 전통적 방송과 통신, 저장매체가 융합되며 미디어 환경을 다변화시켰음

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TCP/IP

2025. 6. 7. 19:30

TCP/IP 개요 및 인터넷 계층 프로토콜

TCP/IP 개요

TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)는 인터넷에서 사용하는 표준 프로토콜들의 집합(Protocol suite)을 대표하는 이름입니다. OSI 7layer 모델보다 먼저 미 국방성(Department of Defence)에서 실질적인 필요에 의해 개발되었으며, 현재 인터넷 통신의 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다.

TCP/IP 계층 구조

TCP/IP는 전통적으로 4개의 계층으로 설명되지만, OSI 모델과의 비교를 통해 5개 계층으로 표현되기도 합니다. 각 계층은 특정 기능을 수행하며, 데이터 통신을 위해 상호 협력합니다.

TCP/IP 계층	OSI 모델 대응 (참고)	주요 프로토콜 예시
네트워크 접속 계층 (Network Access Layer)	물리 계층, 데이터 링크 계층	Ethernet, Wi-Fi, PPP (LAN/WAN 기술들)
인터넷 계층 (Internet Layer)	네트워크 계층	IP (IPv4, IPv6), ICMP, ARP, RARP, IGMP
전송 계층 (Transport Layer)	전송 계층	TCP, UDP
응용 계층 (Application Layer)	세션 계층, 표현 계층, 응용 계층	HTTP, FTP, SMTP, DNS, TELNET, SNMP, NFS, TFTP, RPC

주소 지정 (Addressing)

인터넷 통신에서는 데이터를 정확한 목적지로 전달하기 위해 다음과 같은 세 가지 주요 주소 유형이 사용됩니다.

주소 유형	사용 계층	대표 주소	주요 특징
물리 주소 (Physical Address)	2계층 (데이터 링크)	MAC 주소 (48비트 이더넷 주소)	- LAN 카드에 부여된 고유 식별자 - 동일 네트워크 내에서 직접 통신 시 사용 - 라우터를 통과할 때마다 변경됨 (편지의 우체국 주소 비유)
논리 주소 (Logical Address)	3계층 (인터넷)	IP 주소 (IPv4: 32비트, IPv6: 128비트)[5]	- 전 세계적으로 유일하게 할당되는 주소 - 최종 목적지까지 변하지 않음 (편지의 집 주소 비유) - 네트워크 간 라우팅에 사용
포트 주소 (Port Address/Number)	4계층 (전송)	포트 번호 (16비트)	- 동일 호스트 내에서 실행 중인 특정 응용 프로그램(프로세스) 식별 - 잘 알려진 포트(Well-known ports)와 동적 포트 존재 (편지의 수신인 이름 비유)

네트워크 접속 계층 (Network Access Layer)

TCP/IP 프로토콜 슈트에서 이 계층은 특정 프로토콜을 정의하기보다는, 이더넷이나 Wi-Fi와 같은 다양한 표준 네트워크 기술들을 수용하여 물리적인 데이터 전송을 담당합니다.

인터넷 계층 프로토콜 (Internet Layer Protocols)

OSI 모델의 네트워크 계층에 해당하며, 데이터 패킷을 발신지에서 목적지까지 전달하는 경로를 설정(라우팅)하는 것이 주요 기능입니다. 주요 프로토콜은 다음과 같습니다.

프로토콜	설명
IP (Internet Protocol)	데이터그램의 주소 지정 및 라우팅을 담당하는 핵심 프로토콜 (IPv4, IPv6).
ICMP (Internet Control Message Protocol)	IP 통신 중 발생하는 오류를 보고하고, 네트워크 상태 진단 메시지(예: Ping)를 전송.
ARP (Address Resolution Protocol)	논리적 IP 주소를 해당 네트워크 인터페이스의 물리적 MAC 주소로 변환.
RARP (Reverse Address Resolution Protocol)	물리적 MAC 주소를 IP 주소로 변환 (초기 부팅 시 사용되었으나, 현재는 DHCP 등으로 대체).
IGMP (Internet Group Management Protocol)	하나의 송신자가 다수의 특정 수신자에게 데이터를 전송하는 멀티캐스트 그룹 관리를 위한 프로토콜.

IP 주소 비교: IPv4 vs IPv6

인터넷의 폭발적인 성장으로 IPv4 주소 고갈 문제가 대두되면서, IPv6가 등장했습니다.

특징	IPv4 (Internet Protocol version 4)	IPv6 (Internet Protocol version 6)
주소 길이	32비트	128비트
주소 개수	약 43억 (2³²)	약 3.4 x 10³⁸ (2¹²⁸, 사실상 무한대)
주소 표기법	10진수 점 표기법 (Dotted Decimal Notation, 예: 192.168.1.1)	16진수 콜론 표기법 (Hexadecimal Colon Notation, 예: 2001:0db8::8a2e:0370:7334)
헤더 크기	가변 (20 ~ 60 바이트)	고정 (40 바이트) + 확장 헤더
보안	IPSec 선택 사항	IPSec 향상 및 권장 (기본 기능으로 통합 용이)
QoS 지원	ToS (Type of Service) 필드, 제한적	플로우 레이블(Flow Label) 및 트래픽 클래스(Traffic Class) 필드를 통해 향상된 QoS 제공
주소 자동 설정	수동 또는 DHCP 사용	SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration), DHCPv6 등 간편한 자동 설정
브로드캐스트	지원	Anycast로 대체 (브로드캐스트 없음)

IPv5는 실험적인 프로토콜이었으며, 널리 사용되지 않고 폐기되었습니다. IPv4에서 IPv6로의 전환은 이중 스택(Dual Stack), 터널링(Tunneling), 주소 변환(NAT64/DNS64 등)과 같은 다양한 전략을 통해 점진적으로 이루어지고 있습니다.

TCP/IP 전송 계층 프로토콜 및 응용 계층 프로토콜

계층별 데이터 전달 형태

데이터는 각 계층을 통과하면서 헤더 정보가 추가(캡슐화)되거나 제거(역캡슐화)되며, 계층별로 다른 이름으로 불립니다.

계층	전달 단위 (PDU)	전달 범위	사용 주소
데이터 링크 계층	프레임 (Frame)	Node-to-Node (이웃 노드 간)	물리 주소 (MAC 주소)
인터넷 계층	패킷 (Packet) / 데이터그램 (Datagram)	Host-to-Host (발신지-목적지 호스트 간)	논리 주소 (IP 주소)
전송 계층	세그먼트 (Segment - TCP) 데이터그램 (Datagram - UDP)	Process-to-Process (응용 프로세스 간)	포트 주소 (Port Number)
응용 계층	메시지 (Message) / 데이터 (Data)	User-to-User (사용자 응용 간)	(필요시) 특정 응용 주소

전송 계층 프로토콜 비교: TCP vs UDP

전송 계층은 응용 프로그램 간의 논리적인 통신을 제공하며, TCP와 UDP가 대표적인 프로토콜입니다.

특징	TCP (Transmission Control Protocol)	UDP (User Datagram Protocol)
연결 설정 방식	연결 지향 (Connection-oriented)	비연결형 (Connectionless)
신뢰성	높음 (Reliable) - 데이터 순서 보장, 오류 제어, 흐름 제어	낮음 (Unreliable) - 최선 노력 (Best-effort) 전달
데이터 순서	보장 (순서 번호 사용)	보장 안 함
오류 제어	ACK (긍정 응답), 재전송	Checksum (헤더 및 데이터 일부 오류 검사, 선택적)
흐름 제어	슬라이딩 윈도우 (Sliding Window)	없음
속도	상대적으로 느림 (제어 정보 오버헤드)	상대적으로 빠름 (오버헤드 적음)
헤더 크기	최소 20 바이트 (가변)	8 바이트 (고정)
주요 사용 사례	웹(HTTP/HTTPS), 파일 전송(FTP), 이메일(SMTP), 원격 접속(SSH) 등 신뢰성이 중요한 서비스	DNS, DHCP, 실시간 스트리밍(RTP), 온라인 게임, VoIP 등 속도가 중요하고 약간의 데이터 손실을 감내할 수 있는 서비스

TCP 세그먼트 포맷 주요 필드

TCP는 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 다양한 제어 정보를 포함하는 헤더를 사용합니다.

필드명	크기 (비트)	주요 기능 및 설명
Source Port (송신 포트)	16	송신 측 응용 프로세스의 포트 번호
Destination Port (목적지 포트)	16	수신 측 응용 프로세스의 포트 번호
Sequence Number (순서 번호)	32	세그먼트에 포함된 데이터의 첫 번째 바이트에 부여되는 고유 번호. 데이터의 순서 유지 및 재조립에 사용.
Acknowledgment Number (확인 응답 번호)	32	수신하기를 기대하는 다음 바이트의 순서 번호. ACK 플래그가 1일 때 유효하며, 성공적인 수신을 알림.
Header Length (헤더 길이 / Data Offset)	4	TCP 헤더의 길이를 32비트 워드(4바이트) 단위로 표시. (최소값 5는 20바이트 의미)
Reserved (예약 필드)	6	미래 사용을 위해 예약된 비트들 (현재는 0으로 설정).
Control Flags (제어 플래그)	6 (각 1비트)	URG(긴급), ACK(확인응답), PSH(밀어넣기), RST(리셋), SYN(동기화), FIN(종료) 등의 연결 및 데이터 전송 제어.
Window Size (윈도우 크기)	16	수신 측이 한 번에 받을 수 있는 데이터 양(버퍼 크기)을 바이트 단위로 알림. 흐름 제어에 사용.
Checksum (검사합)	16	TCP 헤더와 데이터 전체의 오류 검출을 위해 사용.
Urgent Pointer (긴급 포인터)	16	URG 플래그가 1일 때, 긴급 데이터의 위치를 나타내는 오프셋.
Options (옵션, 선택 사항)	가변 (최대 40바이트)	최대 세그먼트 크기(MSS), 윈도우 스케일 팩터 등 추가 기능 정의.

정리

TCP/IP 모델은 인터넷 통신의 핵심 프로토콜 스위트로, 4계층 또는 5계층으로 설명됩니다. 각 계층은 고유한 역할을 수행하며 데이터를 처리합니다.
주소 지정은 통신의 기본 요소로, 물리적 전달을 위한 MAC 주소 (2계층), 네트워크 간 경로 설정을 위한 IP 주소 (3계층), 특정 응용 프로그램 식별을 위한 포트 번호 (4계층)가 사용됩니다.
인터넷 계층의 핵심 프로토콜은 IP이며, IPv4의 주소 고갈 문제로 인해 128비트 주소 체계를 사용하는 IPv6가 도입되어 점차 확산되고 있습니다. ICMP, ARP, IGMP 등은 IP의 기능을 보조합니다.
전송 계층은 응용 프로그램 간의 논리적 통신을 담당하며, 신뢰성 높은 연결 지향형 프로토콜인 TCP와 빠르고 간편한 비연결형 프로토콜인 UDP가 주로 사용됩니다. 서비스 특성에 따라 적합한 프로토콜을 선택합니다.
TCP는 순서 번호, 확인 응답 번호, 제어 플래그 등을 포함하는 정교한 헤더를 사용하여 연결 설정, 데이터 분할 및 재조립, 오류 제어, 흐름 제어 등을 수행하여 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장합니다.

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인터넷이란?

2025. 6. 6. 17:09

인터네트워킹 장비, 인터넷, 라우팅 프로토콜, VoIP

인터넷과 인터네트워킹의 개념

Internet(대문자 I): TCP/IP 프로토콜을 사용하는 전 세계적인 네트워크, 우리가 일상적으로 사용하는 '인터넷'을 의미합니다.
internet(소문자 i): LAN, WAN 등 독립적인 네트워크를 상호 연결한 네트워크 전체를 의미하는 일반 명사입니다.

인터네트워킹 장비와 OSI 계층

계층	장비명	주요 기능 및 특징
1계층(물리)	리피터, 허브	신호 증폭 및 재생(리피터), 여러 장치 연결 및 신호 전송(허브, 멀티포트 리피터)
2계층(데이터링크)	브리지, 스위치	MAC 주소 기반으로 충돌 도메인 분리(브리지), 고속 하드웨어 기반 다중 포트(스위치)
3계층(네트워크)	라우터	IP 주소 기반 네트워크 분리 및 라우팅, 라우팅 테이블 관리
4~7계층	게이트웨이	서로 다른 프로토콜 변환, 완전히 다른 네트워크 연결

리피터: 신호를 재생해 물리적 거리를 확장, 잡음은 제거하지만 일정 임계 이상 잡음은 에러로 변환됨.

허브: 멀티포트 리피터, 모든 포트로 데이터 브로드캐스트, 하나의 충돌 도메인 형성.

브리지: MAC 주소 기반으로 충돌 도메인 분리, MAC 주소 테이블로 목적지 결정, 필터링 기능.

스위치: 멀티포트 브리지, 하드웨어 기반 고속 처리, 일반적으로 2계층에서 사용.

라우터: 네트워크 계층에서 동작, IP 주소 기반으로 네트워크 분리 및 패킷 라우팅.

게이트웨이: 서로 다른 프로토콜 변환, 주로 라우터 내 소프트웨어로 구현.

인터넷 프로토콜(IP)과 TCP/IP

TCP/IP: 인터넷에서 표준으로 사용하는 프로토콜 집합. TCP는 신뢰성 보장, IP는 주소 지정 및 경로 설정 담당.
IP(Internet Protocol): 비연결형, 비신뢰성, 데이터그램 방식의 프로토콜. Best-effort 전달, 패킷은 독립적으로 라우팅됨.

IPv4 주소 체계와 표기법

32비트 주소, 약 43억 개(2³²) 주소 공간.

표기법

2진수: 컴퓨터 내부 처리 방식
점-10진수(dotted-decimal): 사람이 보기 쉽게 8비트씩 4개로 나눠 10진수로 표기(예: 128.11.3.31).
도메인 이름: DNS를 통해 문자 주소로 변환

주소 구조

네트워크 부분(Netid) + 호스트 부분(Hostid)으로 구성.
서브넷 마스크로 네트워크/호스트 부분 구분.

클래스 구분

클래스	범위	Netid	Hostid
Class A	0~127	1바이트	3바이트
Class B	128~191	2바이트	2바이트
Class C	192~223	3바이트	1바이트
Class D	224~239	멀티캐스트
Class E	240~255	예비

특수 주소

네트워크 주소: Hostid가 모두 0
브로드캐스트 주소: Hostid가 모두 1
할당 가능한 호스트 수: 2^k - 2 (k: Hostid 비트 수).

서브네팅(Subnetting)

목적: 네트워크를 더 작은 단위로 나눠 IP 자원 효율화, 성능 향상, 보안 강화.
방법: 호스트 부분에서 비트를 빌려 서브넷 비트로 사용, 서브넷 마스크로 구분.

서브넷 마스크 표기

기본: 255.255.255.0 (Class C), 255.255.0.0 (Class B) 등
CIDR: /24, /16 등으로 표기.

서브네팅 예시

192.168.1.222/28의 네트워크 주소: 192.168.1.208, 브로드캐스트 주소: 192.168.1.223.
C클래스 200.1.1.0/24를 10개 서브넷으로 분할: 4비트 서브넷, /28로 서브네팅, 각 서브넷마다 16개 주소, 14개 호스트 사용 가능.

라우팅 프로토콜

라우팅: 패킷을 최적 경로로 전달하기 위한 경로 결정 및 테이블 관리

라우팅 프로토콜 분류

IGP(Interior Gateway Protocol): AS(자율 시스템) 내부 라우팅 (RIP, OSPF, IS-IS 등).
EGP(Exterior Gateway Protocol): AS 간 라우팅 (BGP 등).
Distance Vector: RIP, IGRP 등
Link State: OSPF, IS-IS 등
Classful/ Classless: RIP v1(클래스풀), OSPF, BGP(클래스리스).

라우팅 메트릭(Metric)

경로 선택 기준 값(홉 수, 대역폭, 지연, 신뢰성 등), 값이 낮을수록 우선.

VoIP(Voice over IP)

VoIP: IP 네트워크(인터넷)를 활용해 음성을 데이터 패킷으로 변환·전송하는 기술, 인터넷 전화.

특징

기존 PSTN(회선 교환 방식) 대비 회선 비용 절감, 멀티미디어 전송 가능
품질은 네트워크 트래픽 영향 받음
게이트웨이 장비를 통해 PSTN과 상호 연동 가능.

정리

인터넷은 TCP/IP 기반의 전 세계 네트워크, 인터네트워킹 장비는 OSI 계층별로 리피터, 허브, 브리지, 스위치, 라우터, 게이트웨이 등으로 구분

IPv4 주소는 32비트, 점-10진수 표기, 클래스 및 서브네팅으로 관리

라우팅 프로토콜은 네트워크 경로 선택과 테이블 관리를 자동화하며, 내부/외부, 거리 벡터/링크 상태 등으로 분류

VoIP는 IP망을 통한 음성 통신, 비용 절감과 유연성 제공

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