[CS] OSI 7계층

쓰옹·2022년 12월 2일
CS
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네트워크 기본구조

  • 네트워크: 정보가 전송되는 경로
  • 통신장비
    • LAN: 비교적 좁은 범위의 네트워크
    • WAN: LAN을 연결한 광역 네트워크
  • 통신역할
    • 클라이언트: 서비스 요청
    • 서버: 서비스 제공
      • 공유기 : 네트워크에서 파일이나 프린터를 공유하게 해준다.
      • 도메인 관리기(DNS) : 도메인 주소(naver.com)로 IP주소를 찾게 해준다.
      • IP 할당기(DHCP) : 네트워크에 새로 접속한 장비에 IP주소와 네트워크 설정을 해준다.
      • 시간관리기(NTP) : 네트워크상에 장비들의 시간을 알맞게 맞춰준다.
      • 게이트웨이 : 여러대의 장비가 외부 네트워크에 접속하게 해준다.
  • 통신규칙(TCP/IP 규칙)
    • 5계층
    • 더 세분화 한 것이 OSI 7계층임

OSI 7계층

  • 네트워크 기본 구조 가이드

    • 네트워크 계층화로 각 계층은 규칙(프로토콜)을 가지고 네트워크상에서 데이터 전송

  • 계층별 역할

    • 독립적 역할
    • 문제발생 시 원인 파악 용이
    • 각 계층 작업을 시각적으로 표현 가능

    계층이름설명
    7계층👩‍💻응용 계층(Application)애플리케이션 서비스 제공
    6계층🗂️표현 계층(Presentation)문자코드, 압축, 암호화
    5계층⛳️세션 계층(Session)통신 방식 결정
    4계층🔐전송 계층(Transport)신뢰성 있는 통신 구현
    3계층🎯네트워크 계층(Network)다른 네트워크와 통신하기 위한 IP주소 결정
    2계층⛓️데이터링크 계층(Data Link)물리주소 결정
    1계층📡물리 계층(Physical Layer)물리적인 연결과 전기 신호 변환

  • 계층기본구조

    • 계층1,2,3(네트워크 지원계층)
      • 하나의 장치에서 다른 장치로 전송되는 데이터의 물리적인 면을 처리
    • 계층4(전송계층)
      • 네트워크 지원 계층과 사용자 지원 계층을 서로 연결. 네트워크 지원 계층이 전송한 것을 사용자 지원 계층이 사용할 수 있는 형태가 되도록 보장
    • 계층5,6,7(사용자 지원계층)
      • 관계 없는 소프트웨어 시스템 간 상호 운용성 제공

    **1~4의 데이터 플로우 계층과 5~7의 애플리케이션 계층으로 나누기도 함

📌 각 계층 장비의 기준

  • 각 계층 장비는 아래 레이어를 포함하는 구조

    • 1계층(L1) 장비: 1계층 기능만 가진 장비 (랜선, 케이블)
    • 2계층(L2) 장비: 1~2계층 기능을 가진 장비 (L2스위치 / MAC주소)
    • 3계층(L3) 장비: 1~3계층 기능을 가진 장비 (라우터 = 중계노드 / IP주소)
    • 4계층(L4) 장비: 1~4계층 기능을 가진 장비 (L4로드밸런서 / 포트)
    • 7계층(L5) 장비: 1~7계층 기능을 가진 장비 (컴퓨터, 핸드폰, 카톡서버)

  • 네트워크의 물리적인 연결은 케이블(L1 장비)로 L2, L4 장비를 연결해 모두 연결한다.
    - L2 스위치가 L3 장비기능도 하고있음
    - L5 ~ L7 구간은 논리적인 SW 구간임


1. 물리(Physical)계층

  • 물리적으로 연결된 장비를 전선을 통해 직접 데이터 송수신
  • 전기신호 전달
  • 비트를 전기신호로 변환
    • 디지털신호 ↔ 아날로그 신호 (→ 인코딩 / ←디코딩)
  • 규칙
    • 링크 활성화, 관리하는 전기적, 기게적, 절차적, 기능적 특성 정의
  • 장비

    • 허브, 라우터, 케이블, 네트워크 카드 등


  • 출발주소, 도착주소(MAC주소)를 확인하여 자신에게 보낸 데이터인지 검사 후 데이터 처리
  • 주소정보 정의, 정확한 통신
  • framing
    • 전송 시 데이터를 frame 단위로 쪼개서 순번을 매긴 후 앞 뒤에 표시함 (Header, trailer)
      • 순서 맞추기
      • 빠진 데이터 복구
    • 신뢰성 있는 전송 보장
  • switching
    • MAC 주소를 기반으로 같은 네트워크에 있는 장비들이 데이터 주고받게 해줌
    • 충돌 제거

  • 규칙
    • 네트워크 접속 장치간 신호 주고받는 규칙을 정함
    • frame데이터가 잘못 되었을 경우 복구해줌
  • 장비
    • 브리지, L2스위치 등

📌 IP vs MAC

  • IP 주소

    • 장치가 네트워크에 등록되는 시점에 할당받는 번호
      = 이사가는 시점에 할당받는 집주소
    • 192.168.0.2
      = (대한민국).(경기도).(광명시).(철산로54번지)

  • MAC 주소

    • 장치가 생산될때 제조사에서 할당해주는 고유번호
      = 내가 태어날때 할당받는 주민등록 번호
    • ac:d0:74:78:42:07
      = (91:08:07):(10:34:13)

  • 네트워크 등록요청 → 장비에 IP주소 할당 → MAC주소와 매핑

  • 매핑정보를 통해 전송경로를 타고간다.

  • 네트워크 장비들끼리 서로 MAC 주소를 알려주면서 연결된다.
    - 도착지 IP주소를 찾을때까지 출발 MAC 주소와 도착지 MAC 주소를 계속 업데이트 시키면서 이동
    - 출발& 도착 IP주소는 변하지 않고 MAC주소는 계속 바뀜
    - MAC주소는 L2스위치가, IP주소는 L3라우터가 알고있음


3. 네트워크(Network) 계층

  • IP주소를 제공, 역할 수행

  • 서로 다른 네트워크 속한 컴퓨터끼리 데이터 주고 받음

  • 데이터단위 = 패킷(packet)

    • 파편화된 데이터 블록
    • 데이터는 패킷으로 나뉘어 보내짐
      • 수신 장치는 나뉘어 온 패킷을 재결합해 원본 완성

  • 구조

    • 헤더: 패킷길이, 프로토콜, IP주소 포함
    • 페이로드: 패킷 본문
      - 트레일러(footer): 패킷의 끝에 도달했음을 알리는 비트가 담겨있음

  • 데이터 전송, 최적의 경로 선택

  • 라우팅(routing)

    • 도착 IP까지 최적의 경로 찾음

  • IP주소 기반 외부 네트워크 통신

  • 장비

    • 라우터, 중계노드
    • 주소 변환 프로토콜(ARP)는 네트워크 계층의 기능


4. 전송(Transport)계층

  • 프로토콜(TCP, UDP) 관련 계층
  • 오류복구, 흐름제어 (전송관점)
  • 신뢰성 데이터 전송이 목적
  • 단위= 포트(port)
  • 네트워크 지원 계층과 사용자 지원계층을 연결
  • 송신부
    • 세션계층의 데이터에 포트번호를 달고 프로토콜 설정 후 네트워크 계층으로 보냄
  • 수신부
    • 네트워크계층의 패킷을 프로토콜에 맞게 데이터 변환 후 세션계층의 알맞는 어플리케이션 포트로 보냄
  • 프로토콜 == 규칙
    • TCP: 오류 방지, 데이터 신뢰도 높은 프로토콜. 안 끊긴다
    • UDP: 데이터 손실이 있더라도 지속적으로 전송. 끊긴다
  • 장비

    • L4스위티(로드밸런서)


5~7 사용자 지원 계층

  1. 세션(Session)계층

    • 세션관리
      • 세션 열고 닫고 복구 지원
    • 송신자와 수신자 간 동기화 신호 주고받음
    • 통신방식결정
      • 단순 : TV
      • 반이중: 무전기
      • 전이중: 전화
      • SSH, TLS 등

  2. 표현(Presentation)계층

    • 네트워크를 통해 송수신된 이진 데이터를 인코딩, 디코딩 하는 방법을 넘겨줌
    • 데이터를 읽을 수 있는 형식으로 변환(인코딩, 디코딩, 암호화, 복호화), 압축

  3. 응용(Application)계층

    • 프로그램들이 해당 프로토콜을 통해 데이터를 전송할 수 있게 해줌
    • 우리가 보고 있는 계층
      • FTP, HTTP, SMTP, Telnet 과같은 프로토콜들이 속한 계층

계층별 통신 단위 = PDU = 프로토콜 데이터 유닛

  • 데이터 통신을 하는데 있어서 PDU를 표준으로 통신
  • 계층별 통신 규칙 및 단위
  • 데이터 흐름
    • 송신 시 캡슐화, 수신 시 디캡슐화


TCP/IP 프로토콜

  • 현재는 업데이트 모델 사용

  • IP 프로토콜에 따라 네트워크를 연결, TCP 프로토콜에 따라 데이터를 정상적으로 전송

    • 2개의 프로토콜을 중심으로 여러 프로토콜을 구성하여 만든 표준 네트워크 규칙

  • TCP (4계층)

    • 전송 제어 프로토콜 (Transmission Control Protocol)
    • 한 기기에서 다른 기기로 데이터 전송
    • 오류가 발생하면 데이터를 재전송 가능
    • 신뢰성 있는 연결 지향형 프로토콜

  • IP (3계층)

    • 인터넷 프로토콜(Internet Protocol)
    • 데이터의 조각을 최대한 빨리 대상 IP 주소로 보내는 역할을 표시
      • 데이터 기본 단위 정의
      • 라우팅 기능 수행
    • 데이터가 제대로 수신되었는지 확인하는 기능이 없는 비연결형 프로토콜
      → TCP가 역할함

  • TCP/IP 프로토콜 집합체

    • TCP와 IP를 중심으로 한 여러 프로토콜의 집합체
      • 1~2계층(물리,데이터링크계층)의 이더넷과 같은 LAN, WAN 기술
      • 3계층(네트워크계층)의 IP
      • 4계층(전송계층)의 TCP, UDP
      • 5계층(응용계층)의 HTTP, HTTPS, FTP …
        • 프로토콜 서비스 별 포트 번호
          • 웹 서비스 (HTTP, HTTPS) : 80, 443
          • 파일 전송 서비스(FTP): 21
          • 이메일 서비스(SMT, POP3): 25, 110
          • 도메인 서비스(DNS): 53
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