OSI 7 Layer

CH_Hwang·2021년 12월 9일

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OSI 7계층

OSI 모형( Open Systems Interconnection Reference Model)은 국제표준화기구 (ISO)에서 개발한 모델로, 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 것.

송신자와 수신자가 지켜야할 각 단계의 규칙을 뜻하며, 위로 갈수록 실제 프로그램(Application)과 가까워지며, 아래로 내려갈수록 계층정보(TCP,IP,MAC 등)를 덧붙인다.
계층을 나눈 이유는 장애 발생 시 어느 구간에서 발생하였는지 보다 명확하게 알기 위함이다.

Application Layer(7 Layer, 응용 계층)
- 사용자가 UI로 접하는 응용 프로그램과 관련된 계층으로 HTTP,FTP,DHCP,SMTP,DNS 등이 있다.
- 여기에 속한 프로토콜들은 어떠한방법으로든 사용자와 직접 접하게 된다. (DATA + HTTP Header)
Transport Layer(4 Layer, 트랜스포트 계층)
- 송신자와 수신자의 논리적 연결을 담당하는 부분으로 신뢰성 있는 연결을 유지할 수 있도록 도와줌
- Endpoint(사용자) 간의 연결을 생성하고 데이터를 얼마나 보냈는지, 얼마나 받았는지, 제대로 받았는지 등을 확인함.
- TCP와 UDP가 대표적. (DATA + HTTP Header + TCP Header)
Network Layer(3 Layer, 네트워크 계층)
- IP(Internet Protocol)가 활용되는 부분으로, 한 Endpoint가 다른 Endpoint로 가고자 할 경우, 경로와 목적지를 찾아줌.
- 이를 Routing이라고 하며 대역이 다른 IP들이 목적지를 향해 제대로 찾아갈 수 있도록 돕는 역할을 함.(DATA + HTTP Header + TCP Header + IP Header)
DataLink Layer(2 Layer, 데이터링크 계층)
- 같은 네트워크 대역을 사용하는 단말들에 대해 신뢰성 있는 전송을 보장한다.
- MAC address를 활용하여 같은 구간내의 Endpoint 혹은 Switching 장비에 전달하며, 1 Layer에 해당하는 물리 계층에 생길 수 있는 오류를 찾아낸다. (DATA + HTTP Header + TCP Header + IP Header + Ethernetframe Header)
Physical Layer(1 Layer, 물리적 계층)
- Cable로 대표되는 물리적인 계층으로 전기적 신호가 전송되는 구간

TCP/IP

인터넷 프로토콜 중 TCP와 IP의 합성어로, 데이터의 흐름 관리, 데이터의 정확성 확인(TCP 역할), 패킷을 목적지까지 전송하는 역할(IP 역할)을 담당.

IP는 데이터를 한 장소에서 다른 장소로 정확하게 옮겨주는 역하을 하며 TCP는 전체 데이터가 잘 전송될 수 있도록 데이터의 흐름을 조절하고 성공적으로 상대편 컴퓨터에 도착할 수 있도록 보장해주는 역할을 함.

TCP/IP는 데이터 전송 과정에서 역할에 따라 응용 계층, 전송 계층, 인터넷 계층, 네트워크 인터페이스 계층이라는 4개의 계층으로 구성된다.
크게
1. 데이터 전송을 담당하는

네트워크 인터페이스 계층
인터넷 계층
전송 계층

전송된 데이터의 내용을 보고 사용자가 이용할 수 있는 서비스를 제공하는

응용 계층

으로 나눌 수 있다.

데이터 전송의 기본 요건 - 네트워크의 연결

컴퓨터가 네트워크에서 데이터를 전송하려면 기본적으로 컴퓨터와 네트워크 장비를 전송 매체로 연결한 물리적 네트워크가 존재해야 한다.
즉, 랜선과 같은 전선을 이용해 유선 네트워크를 만들든, 공기 중을 통과하는 전파를 사용해 무선 네트워크를 만들든 일단 컴퓨터와 컴퓨터 사이에 데이터가 이동할 수 있는 통로가 구축되어야 함.

서로 다른 컴퓨터와 네트워크 장비를 전송 매체와 연결하기 위한 인터페이스 규칙과 전송 매체의 표준 규격을 정한 대표적 기술이

이더넷
와이파이

인데,
이더넷은 쉽게 랜포트나 랜케이블 같은 하드웨어 인터페이스의 표준 규격을 의미하며(유선)
와이파이는 무선으로 유선 LAN에 접속할 수 있는 표준 규격이다.(무선)

TCP/IP 에서는 네트워크의 하드웨어적인 연결에 대해서는 특정 프로토콜을 규정하지 않고, 하드웨어를 연결하는 모든 표준 규격과 프로토콜을 지원한다.

즉, TCP/IP를 사용하는 인터넷에서는 이더넷을 사용하든 와이파이를 사용하든, LTE,5G같은 이동통신을 사용하든 상관없이 서로 데이터 통신이 가능하다.

TCP/IP를 표준으로 하는 인터넷에서의 데이터 전송

인터넷에서 네트워크 인터페이스 계층은

물리적으로 직접 연결된 기기 간의 데이터 통신을 제어

하고 인터넷 계층은

직접 연결되지 않은 컴퓨터까지 데이터를 전송하기 위해 네트워크 간의 데이터 통신을 구현

하며, 전송 계층이

송신지에서 수신지까지 데이터 흐름을 제어하고 수신지 컴퓨터에 도착한 데이터가 어떤 어플리케이션에서 사용하는 것인지 판단하여 데이터를 배분하여

데이터 통신 기능이 구현된다.

TCP/IP 데이터 전송 계층들이 사용하는 주소

네트워크 인터페이스 계층 : MAC address

인터넷 계층 : IP 주소

wjsthdrPcmd : Port 번호

각 계층 설명

네트워크 인터페이스 계층

네트워크 인터페이스의 역할

TCP/IP 모델 최하층에 위치
인접한 네트워크 기기 간에, 즉 전송매체로 연결되어 전기신호나 전파가 도달하는 범위에서 데이터를 전송하는 역할.

인접한 기기들간의 데이터 전송 역할
다수의 기기를 연결하여 하나의 네트워크(LAN)를 만드는 스위치가 네트워크 인터페이스 계층의 역할을 수행하는 대표적인 네트워크 장비
위 그림에서 1번과 2번,3번간의 데이터 전송은 가능, but 4번은 네트워크 인터페이스 계층만으로는 불가능.

네트워크 인터페이스 계층의 프로토콜

TCP/IP가 모든 표준 규격과 기술적인 프로토콜을 지원하기 때문에 네트워크 인터페이스 계층도 모든 프로토콜을 지원하지만, 사실상 표준처럼 사용되는 대표적인 프로토콜은 이더넷 프로토콜이다

인터넷 계층

인터넷 계층의 역할과 라우터

네트워크와 네트워크를 연결하여 직접 연결되지 않은 컴퓨터 간에 데이터 통신을 구현
인터넷 계층에서 네트워크를 연결하고 데이터를 전송하기 위해 반드시 필요한 네트워크 장비가 라우터
라우터는 네트워크 간에 데이터를 전송하는 장비

라우터의 역할

호스트와 IP주소

네트워크 인터페이스 계층이 인접한 두개의 노드 간의 데이터 전송을 책임지는 바나면, 인터넷 계층은 데이터를 송신하는 호스트에서부터 수신하는 호스트까지 데이터가 전송되는 경로를 책임진다.
각 호스트는 식별을 위해 유일한 번호로 부여된 IP 주소를 갖고 있고, 라우터는 이 IP 주소를 기반으로 송신지 호스트에서 수신지 호스트까지 데이터를 전송할 경로를 찾아간다.
인터넷으로 연결된 모든 호스트와 중간 노드인 라우터는 반드시 IP 계층의 기능을 갖고 있어야 한다.

라우팅과 IP 프로토콜

라우팅: 라우터에서 라우터로 최종 데이터의 목적지까지 최적의 경로를 찾아가는 연쇄적인 과정
IP프로토콜: 인터넷 계층에서 사용하는 IP주소와 라우팅에 대해 규정한 프로토콜

전송 계층

전송 계층의 역할

네트워크 인터페이스 계층과 인터넷 계층은 정확한 데이터의 수신지 컴퓨터까지의 최적 경로를 찾아 데이터를 전송하지만, 데이터 전송의 신뢰성, 데이터 배분에는 관여하지 않는다.

전송과정에서 데이터의 손상이나 유실없이 제대로 전달되는지
데이터가 효율적으로 전달되는지
목적지 컴퓨터 내의 어떤 애플리케이션에 데이터를 전달해야 하는지

는 전송 계층에서 처리한다.

애플리케이션의 식별과 포트 번호

다수의 애플리케이션을 동시에 실행 할 때 데이터를 실행시키는 애플리케이션을 식별할 수 있는 주소 내비 번호를 포트번호라고 한다.

전송 계층의 프로토콜

전송계층에는 데이터 전송의 신뢰성이나 효율성을 중시하는지 여부에 따라 크게 TCP와 UDP 프로토콜이 사용된다.

신뢰할 수 있고 정확한 데이터를 전달하기 위해 전송 속도를 조절하거나 도달하지 않은 데이터를 재전송하는 기능은 TCP
데이터의 일부가 유실되더라도 빠르고 효율적으로 데이터를 전송하는 프로토콜이 UDP

웹이나 이메일과 같이 데이터의 신뢰성과 정확성이 중요한 애플리케이션에서는 TCP를 사용.
동영상 스트리밍 서비스와 같이 데이터가 늦게 도착해서 버벅거리는 동영상을 보는 것 보다 데이터가 일부 유실되더라도 원활하게 볼 수 있도록 빠른 데이터 전송이 필요한 애플리케이션에서는 UDP를 사용