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11. 상위 계층

01 상위 계층의 이해

상위 세 계층=세션, 표현, 응용 계층은 일반적으로 하나의 프로그램으로 묶여 구현

응용 환경의 요구 조건에 따라 복잡도가 달라짐

02 세션 계층

응용 환경에서 전송 계층이 제공하는 서비스를 손쉽게 이용하기 위해 사용자의 논리적 관점을 고려하여 단순한 사용자 인터페이스를 제공

1. 세션 계층의 기능

세션 계층 프로토콜 기능: 세션 연결의 설정과 해제, 세션 메시지 전송 등

세션 연결: 응용 환경에서 두 응용 프로세스 간의 세션을 설정하기 위해 만듦

세션 연결과 계층 4 연결의 차이
- 세션 연결: 계층 4 연결이 끊겼을 때 이를 복구하여 이전에 다운로드한 내용 이후부터 연속해서 전송 받을 수 있는 기능 제공
- 동기(Synchroniation) 문제 처리 - 통신 양단에서 동기점을 지정하기 위해 → 메시지 전송 과정에서 발생하는 오류 복구

대화 단계(세션 연결을 사용한 메시지 전송 과정)에서 오류 발생 → 이전에 설정한 동기점까지 복구 가능

2. 토큰

토큰: 두 응용 프로세스의 대화를 관리

토큰 보유=해당 토큰에 부여된 특정한 권리를 배타적으로 소유

토큰 종류

데이터 토큰
- 데이터를 전송할 수 있는 권리 제공
- 데이터를 전송하기 위해서는 데이터 토큰을 먼저 획득해야 함
해제 토큰
- 통신 양단 간의 연결 해제 과정을 제어
동기 토큰
- 세션 연결을 사용하는 과정에서 동기 처리가 필요한 지점에 사용

토큰과 동기점

대용량 파일 전송에서 작은 단위로 나누어 전송 → 전송 오류에 쉽게 대처

동기점 부여=논리적으로 큰 파일을 작은 단위로 나누는 과정, 중간중간 동기점을 설정하여 연결이 끊겨도 동기점 이후의 데이터만 복구

동기 토큰 종류

주동기 토큰/액티비티 토큰(특정 대화 단위 구분)
부동기 토큰(대화 단위 내에서 다시 작은 부분으로 나누어 처리

3. 동기

재동기 기능

동기점: 데이터를 전송할 때 특정 지점에서 복구할 수 있도록 통신 양단 간의 합의로 지정

재동기 기능 = 동기점을 이용한 일련의 복구 과정

https://naon.me/posts/til90

주동기점: 두 세션 프로세스 사이에 교환되는 대화의 한 단위가 완료되는 지점에 설정

부동기점: 대화 단위 내의 작은 부분에서 설정
주동기점과 부동기점으로 구분하는 이유
- 부동기점: 백업 정보의 처리량을 적게 하여 복구에 소요되는 부담 최소화
- 부동기점에 저장된 백업 정보로는 오류 정보가 완벽하게 이루어지지 않을 수 있음 - 바로 앞의 부동기점으로 이동하는 과정이 반복되면서 복구 과정 진행
- 그러나 주동기점의 경계를 넘어 되돌아가지 않음 → 주동기점이 부여됨 = 해당 지점까지 데이터 전송이 완벽하게 이루어짐

액티비티 기능

액티비티: 세션 프로세스 사이에 논리적으로 설정되는 단위, 내용이 상호 독립적

그러면 액티비티는 주동기점보다 상위의 개념인건가??

4. 세션 연결

상위 계층의 응용 프로세스가 다른 응용 프로세스에 세션을 설정하기 위해 사용

초기 연결 과정에서 CONNECT 요구 발생 → 전송 계층 프리미티브인 CONNECT 요구로 변환하여 전송 계층을 통해 상대편 세션 사용자에게 전달

다중 세션 연결을 지원하는 서버

https://ddingz.tistory.com/170

다수의 클라이언트 프로세스에 동시에 여러 세션 연결 설정 가능

개별 세션들은 논리적으로 서로 연관이 없는 독립적인 연결

서버가 제공하는 서비스 시간이 짧은 응용 환경에서 유용함

단일 세션 연결을 지원하는 서버

여러 클라이언트를 동시에 지원하기 위해 복사된 하위 서버 프로세스를 여러 개 만ㄷ르어야 함

클라이언트 프로세스는 최초 연결 설정은 대표 서버에 시도 → 대표 서버가 하위 서버 프로세스를 새로 실행시켜 클라이언트와 연결

단점: 클라이언트의 개별 요구마다 하위 프로세스를 생성 → 초기 서비스 환경 구축에 따른 오버헤드 증가

텔넷, FTP 등 대부분의 TCP/IP 서비스는 단일 세션 연결 방식 사용

대표 서버의 주소는 Well-known 포트로 설정

03 표현 계층

응용 프로세스 사이에 전송되는 메시지의 표현 방법

표현 계층 프로토콜의 전송 메시지에 표현된 문법 내용을 통신 양단의 프로세스가 해석하는 기능 제공

송신 프로세스가 전달하는 의미를 수신 프로세스에서 정확히 이해할 수 있게 함

1. 데이터 표현

서로 다른 코드를 사용하는 컴퓨터끼리 통신하려면 문자 코드 변환이 필요

추상 문법

컴퓨터에서 사용하는 데이터 표현 규칙

추상 문법으로 표현된 의미를 올바르게 송수신하려면 메시지 전송 전에 변환이 필요

→ 전송 문법: 특정 호스트에 독립적이면서 네트워크 전체에서 일관성 있는 새로운 표현 규칙

네트워크에서 데이털르 수신할 때는 전송 문법의 데이터를 추상 무법으로 변환

ASN.1

ISO: 분산 환경에서 표현되는 데이터를 정의하기 위한 일반적인 추상 문법

ASN.1(Abstract Syntax Notation Number 1)

응용 환경에서 폭넓게 사용

응용 계층의 문법 규칙뿐 아니라, PDU(Protocol Data Unit)의 구조를 정의하도록 만들어짐

기본 목적: 변수 선언과 관련된 데이터형의 정의

ASN.1 규약에서 지원하는 클래스 유형

유형	설명
UNIVERSAL	일반 데이터형
CONTEXT-SPECIFIC	특정 컨텍스트와 관련된 유형
APPLICATION	응용 개체의 공통 유형
PRIVATE	사용자 정의 유형

ASN.1의 UNIVERSAL 클래스

일반 데이터형 정의 → 기본형(Primitive), 구조형(Constructured)

기본형

변수형	의미
BOOLEAN	참, 거짓
INTEGER	정수
BITSTRING	비트들의 연속
OCTSTRING	옥텟들의 연속
IA5String/GraphString
NULL	변수형 미정의
ANY	변수형을 다른 곳에서 정의

SteudentNumber ::= INTEGER
Name = IA5String
MaleFemale ::= BOOLEAN

구조형

변수형	의미
SEQUENCE	순서대로 나열한 임의 유형의 집합(고정 크기)
SEQUENCEOF	순서대로 나열한 동일 유형의 집합(고정/가변 크기)
SET	순서 없이 나열한 임의 유형의 집합(고정 크기)
SETOF	순서 없이 나열한 동일 유형의 집합(고정/가변 크기)
CHOICE	미리 정의된 유형 집합에서 선택한 순서가 없는 유형 집합(고정 크기)

C언어의 구조체와 같은 역할

Student Record ::= SEQUENCE {
    StudentNumber INTEGER,
    Name IA5String,
    MaleFemale BOOLEAN
}

ASN.1의 태그

태깅 기능 - 구조형에 선언된 변수를 개별적으로 사용

일반 프로그래밍 언어의 배열에서 사용하는 인덱스와 기능이 유사

CONTEXT-SPECIFIC: 태그의 범위가 현재 구조형에 한정되어 적용
APPLICATION: 태그의 범위가 전체 응용 컨텍스트에 적용
PRIVATE: 태그의 범위가 해당 사용자에게 적용

Student Record ::= SEQUENCE {
    StudentNumber [APPLICATION 1] INTEGER,
    Name [1] IA5String,
    MaleFemale [2] BOOLEAN
}

데이터 압축과 보안

압축: 전송 데이터 양이 많을 때 원래 의미를 유지하는 범위 내에서 크기를 줄이는 것

암호화: 데이터를 송수신하는 당사자 외의 제3자에게 부당하게 정보가 유출되거나 왜곡되는 현상 방지

2. 데이터 압축

대용량 데이터: 압축하여 전송하는 것이 전송 속도 면에서 유리

데이터의 압축 정도: 데이터 패턴에 영향을 받음, 중복 정보가 많으면 압축률이 높다

어떤 알고리즘을 적용하느냐에 따라 압축률이 달라짐

연속 문자 압축

특정 문자가 몇 번 반복된다는 표현 기법을 사용 → 데이터 크기를 줄일 수 있음

압축 해제: 압축 데이터를 이용해 원본 데이터를 얻는 과정

동일 패턴이 없으면 압축 데이터가 오히려 커질 수 있음

손실 비손실 데이터 압축

비손실 압축: 원래 데이터의 내용을 분실하지 않음, 압축 해제를 통해 얻은 데이터가 원래 데이터와 완전히 동일

손실 압축: 원래 데이터와 동일하지 않음, 데이터 손실 정도는 응용 환경에 따라 허용 범위가 다르다

손실 압축을 사용하는 이유: 비손실 압축에 비하여 압축 데이터의 크기가 작기 때문

04 응용 계층

하부 계층을 이용해 사용자에게 편리한 응용 환경 제공

TCP/IP 기반 인터넷 환경, 유닉스 운영체제 중심으로

1. 클라이언트 서버 모델

하나의 서버 프로그램이 다수의 클라이언트에 응용 서비스를 제공

절차

서버: 통신 대기
클라이언트가 연결 요구 (IP 주소 + 포트 번호)
데이터 송수신

서버 프로세스는 시작되면 영원히 종료되지 않고 실행, 다수의 클라이언트 요청을 반복적으로 수행

네트워크 연결: TCP 혹은 UDP 프로토콜의 포트 연결로 구현

연결형 비연결형 서비스

어떤 연결 방식을 사용할지?

UDP 비연결형 서비스
- 빠른 통신, 데이터 분실/비순서 도착이라는 단점
- 연결 설정에 따른 클라이언트와 서버 사이의 상태 문제를 해결하기 곤란한 응용 환경에서 주로 사용, 복구 절차가 간단하기 때문
- ex. 네트워크 파일 공유 프로그램
TCP 연결형 서비스
- 신뢰성이 높음, 속도가 떨어짐
- 대부분의 응용 프로그램

상태 정보

연결형 서비스: 클라이언트와 서버 사이의 연결로 인해 둘 사이의 현재 상태라는 개념 존재

종류

가장 단순: 연결 설정 관련
기타 정보: 클라이언트와 서버가 하나의 단위로 처리해야 하는 동작을 여러 단계로 나누어 처리하는 경우
- 비상태 서비스의 예시: 원격 파일 서비스를 제공하는 파일 서버
- 클라이언트가 파일 서비스 요청 → 서버가 결과를 응답 - 하나의 단위로 완결
- 파일 서버를 상태 서비스로 구현: 이전 절차에서 수신한 정보를 서버가 내부적으로 보관
- 클라이언트와 서버 사이의 요청과 응답이 한 번으로 완결되는 경우=비상태 서비스

상태 정보를 잃어버렸을 때 다운되기 직전 상태로 복구해야 하는 문제 발생

동시성 제어

임의의 동작이 외형상 동시에 진행되는 것처럼 보이는 것

여러 동작이 동시에 실행되어도 각 실행결과가 항상 같은 결과 제공 → 독립적으로 실행되는 프로세스의 실행 순서가 결과에 영햐을 주지 않음

cf. 클라이언트 서버 환경에서의 동시성: 서버 하나가 여러 클라이언트에 동시에 서비스하는 경우

반복 서비스 방식(다중 세션 연결 지원): 동시성 지원x, 특정 시간에 클라이언트 하나에만 서비스 제공

동시성 서비스 방식(단일 세션 연결 지원): 여러 클라이언트의 서비스 요청 동시에 지원