프로토콜이란 컴퓨터와 컴퓨터 간의 언어입니다. 사람들은 언어를 통해 서로를 이해하고 대화할 수 있듯이 컴퓨터도 프로토콜이라는 언어를 통해 데이터를 주고받을 수 있는 것입니다. 서로 다른 언어를 사용하면 사람들도 대화가 통하지 않듯이 컴퓨터들도 같은 언어를 사용해야 통신을 할 수 있습니다. 이번 포스팅에서는 프로토콜이란 무엇인지에 대한 정의와 주요 구성요소 및 계층에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.
프로토콜의 정의
프로토콜은 컴퓨터 네트워킹 및 통신 시스템에 있어서 기본적인 요소입니다. 간단히 말해서 프로토콜은 두 대 이상의 장치 또는 시스템 간의 데이터 교환 및 통신을 관리하는 일련의 규칙 및 약속입니다. 이러한 규칙을 통해 장치는 전송되는 정보를 이해하고 해석할 수 있도록 함으로써 안정적이고 효과적인 통신 환경을 허용합니다.
프로토콜은 데이터의 형식, 전송 방법, 통신 프로세스 중에 필요한 조치 또는 응답을 포함하여 통신의 다양한 측면을 정의합니다. 표준화된 프레임워크를 제공함으로써 다른 장치와 운영체제 및 응용 프로그램들이 상호 원활하게 통신할 수 있도록 도와주는 역할을 합니다.
프로토콜을 컴퓨터와 장치 간에 사용하는 언어로 간주하는 일은 프로토콜을 이해하는 한 가지 방법입니다. 인간이 서로를 이해하고 의사소통하기 위해 언어를 사용하는 것처럼 장치는 프로토콜이라는 언어를 사용하여 정보를 전송하고 해석합니다. 각 프로토콜에는 성공적인 통신 연결을 설정하고 유지하기 위해 장치들이 준수해야 하는 고유한 특정 규칙 및 어휘의 집합이 있습니다.
프로토콜은 네트워크 구조의 여러 계층에서 작용하며 각 계층은 통신의 특정 부분을 담당하고 있습니다. 예를 들어 인터넷 프로토콜(IP)은 네트워크 계층에서 작용하며 네트워크에서 데이터 패킷의 주소 지정 및 라우팅 방법을 정의합니다. 또한 전송 제어 프로토콜(TCP)은 전송 계층에서 작용하며 장치 간에 안정적인 통신연결을 제공합니다.
이러한 프로토콜은 종종 OSI(Open Systems Interconnection) 모델 또는 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 모델로 알려진 계층 구조로 구성됩니다. OSI 모델은 각각 고유한 프로토콜 세트가 있는 7개의 계층으로 구성되는 반면 TCP/IP 모델은 4개의 계층으로 구성됩니다.
프로토콜을 사용하면 상호 운용성이 가능하므로 장치가 기본 하드웨어나 소프트웨어와 관계없이 데이터를 이해하고 해석할 수 있도록 함으로써 서로 다른 제조사의 장치와 시스템간에도 효과적인 통신이 가능하도록 도와줍니다.
또한 프로토콜은 목적과 기능에 따라 분류할 수 있습니다. 일부 프로토콜은 웹 브라우징에 사용되는 HTTP(Hypertext Transfer Protocol) 또는 이메일 전송에 사용되는 SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)와 같은 특정한 목적을 가지는 프로그램용으로 설계되었습니다. 이더넷 프로토콜과 같은 다른 프로토콜은 근거리 통신망(LAN) 통신에 사용됩니다.
프로토콜은 데이터 교환 규칙을 정의하는 것 외에도 전송된 데이터의 무결성을 보장하기 위한 오류 감지 및 수정 메커니즘도 포함하고 있습니다. 그들은 종종 흐름 제어, 혼잡 제어 및 암호화를 위한 메커니즘을 통합하여 통신의 안정성을 보장하고 보안 기능을 향상시킵니다.
프로토콜은 기술의 발전에 따라 시스템의 다양한 요구 사항을 충족시키기 위해 개발되었습니다. 이러한 프로토콜은 속도, 효율성, 보안 또는 새로운 기술 지원을 제공함으로써 다양한 요구 사항에 대한 피드백을 전달하고 있습니다. 그러나 이전의 프로토콜을 사용하는 장치가 최신 시스템과 계속 통신할 수 있도록 하기 위해 이전 버전과의 호환성 또한 고려되어야 합니다.
프로토콜의 주요 구성요소
구문
구문은 프로토콜에 의해 교환되는 데이터의 구조와 형식을 말합니다. 다양한 필드와 요소의 순서와 배치를 포함하여 메시지 또는 패킷 구성 규칙을 정의합니다. 구문은 데이터의 구성, 표현, 인코딩되는 방법을 지정함으로써 장치와 응용 프로그램 간의 호환성을 보장합니다. 구문은 수신 장비가 데이터를 올바르게 해석하여 정상적인 통신을 가능하도록 합니다.
시맨틱
시맨틱은 프로토콜 내에서 교환되는 데이터의 의미와 해석을 정의합니다. 프로토콜에 의해 전달되는 정보를 이해할 수 있도록 규칙을 설정합니다. 의미론은 교환된 데이터가 의미 있고 관련된 모든 이용자가 정보를 올바르게 해석하고 처리할 수 있도록 하는 것을 의미합니다. 프로토콜은 시맨틱 규칙을 준수함으로써 교환된 데이터에 대한 이해를 도와줍니다.
타이밍
타이밍은 프로토콜의 동작에서 동기화 및 조정을 의미합니다. 타이밍은 데이터 전송, 수신 및 처리의 순서와 타이밍을 관리하는 메커니즘을 포함하고 있습니다. 타이밍은 데이터가 순서에 맞도록 송수신되어 오류를 방지하고 신뢰할 수 있는 정보 전달을 가능하도록합니다. 또한 지연, 시간 초과 및 재전송을 처리하는 절차 또한 포함함으로써 프로토콜의 효율성을 높이는 데 기여합니다.
오류 제어
오류 제어 메커니즘은 데이터 전송의 무결성과 정확성을 보장하기 위한 프로토콜의 중요한 구성 요소중 하나입니다. 이러한 메커니즘은 데이터 손상, 손실 또는 복제 등의 통신 중에 발생할 수 있는 오류를 감지하고 처리합니다. 오류 제어 기술에는 체크섬, 순환 중복 검사(CRC), 승인 및 재전송 등이 포함됩니다. 오류 제어 메커니즘을 통해서 프로토콜은 오류를 감지하고 수정하여 데이터 전송을 보다 안정적으로할 수 있습니다.
흐름 제어
흐름 제어는 프로토콜에서 발신자와 수신자 간의 데이터의 양이나 속도를 관리하는 것을 말합니다. 흐름 제어는 수신자가 받는 정보를 효과적으로 처리할 수 있도록 과도한 양의 데이터 조절함으로써 데이터의 유실을 방지합니다. 흐름 제어 기술은 데이터 흐름을 조절하고 전송 속도와 수신 속도 사이의 균형을 유지하기 위한 버퍼, 확인 및 윈도우 메커니즘 사용을 포함하고 있습니다.
혼잡 제어
혼잡 제어는 흐름 제어와 밀접한 관련이 있으나 네트워크의 혼잡 관리에 중점을 두고있는 기능입니다. 혼잡 제어 기술은 네트워크의 상태를 모니터링함으로써 혼잡 신호를 감지하고, 이에 따라 데이터 전송 속도를 조정합니다. 프로토콜은 혼잡 제어를 이용해 데이터 흐름을 동적으로 제어함으로써 혼잡함을 방지하고 최적의 네트워크를 유지할 수 있습니다.
보안
네트워크 통신에서 증가하는 위협을 고려할 때 보안은 프로토콜의 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 보안 메커니즘은 프로토콜에 의해서 교환되는 데이터의 기밀성, 무결성 및 신뢰성을 보장합니다. 암호화, 인증, 전자 서명 및 보안키 교환 프로토콜은 무단 접근 및 변조 또는 유출로부터 데이터를 보호하기 위해 사용되는 보안 조치 중 하나입니다. 보안 기능을 통해서 프로토콜은 안전한 통신을 가능하도록 하고 있습니다.
프로토콜 계층
프로토콜은 데이터 전송 및 네트워크와 관련된 특정 기능 및 작업을 담당하는 여러 계층으로 구성되어 있습니다. 아래에서 프로토콜의 각 계층을 자세히 살펴보도록 하겠습니다.
물리 계층
물리 계층은 프로토콜 스택의 최하위 계층입니다. 물리적 매체(구리 선, 광섬유 케이블 또는 무선 신호)를 통해 원시 데이터 비트의 송수신을 처리합니다. 전압 레벨, 데이터 속도 및 커넥터 유형과 같은 특성을 정의합니다.
데이터 링크 계층
데이터 링크 계층은 원시 데이터 비트를 프레임이라고 하는 단위로 구성하는 역할을 합니다. 직접 연결된 장치 간에 안정적인 데이터 전송을 위해 오류 감지 및 수정 메커니즘을 제공합니다. 대표적인 예시로는 이더넷 및 Wi-Fi가 있습니다.
네트워크 계층
네트워크 계층은 주로 여러 네트워크를 통해 소스에서 대상으로 데이터 패킷을 전달하는 것과 관련이 있습니다. 라우팅 및 데이터 전송을 처리합니다. IP와 ICMP는 중요한 네트워크 계층 프로토콜입니다.
전송 계층
전송 계층은 분할, 재조립, 흐름 제어 및 오류 복구를 위한 메커니즘을 제공함으로써 서로 연결된 기기 간의 데이터 전송 및 서비스 품질을 관리하는 수단을 제공합니다. 전송 제어 프로토콜(TCP)은 널리 사용되는 전송 계층 프로토콜입니다.
세션 계층
세션 계층은 컴퓨터 및 응용 프로그램 간의 연결을 관리 및 종료하는 계층입니다. 장비 간의 통신 동기화 및 체크포인트를 가능도록합니다.
프리젠테이션 계층
프리젠테이션 계층은 데이터의 암호화, 압축 및 형식 지정과 같은 작업을 처리함으로써 애플리케이션 계층에 적합하도록 데이터의 표현 및 변환을 처리합니다. 이 계층은 데이터가 수신 응용 프로그램이 처리할 수 있는 형식으로 표시되도록 합니다.
애플리케이션 계층
애플리케이션 계층은 프로토콜 스택의 최상위 계층입니다. 애플리케이션 계층은 사용자가 직접 사용하면서 체감할 수 있는 서비스를 제공합니다. 웹 브라우징을 위한 HTTP(Hypertext Transfer Protocol)와 이메일 통신을 위한 SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)가 대표적인 예 입니다.