1-4. OSI 7계층별 이해하기

최건우·2022년 6월 3일

devops 네트워크

네트워크 입문

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1.4.1. 1계층(Physical Layer)

물리적 연결과 관련된 정보를 정의하는 계층
전기 신호를 잘 전달하는가에 집중 => 1계층 장비에 전기 신호가 들어오면, 이 전기 신호를 재생성하여 내보냄.
주요 장비
- 허브(Hub), 리피터(Repeater): 네트워크 통신 중재 장비
- 케이블(Cable), 커넥터(Connector): 케이블 본체를 구성하는 요소
- 트랜시버(Tranceiver): 컴퓨터의 랜카드와 케이블을 연결하는 장비
- 탭(Tap): 네트워크 모니터링과 패킷 분석을 위해 전기 신호를 다른 장비로 복제
주소의 개념이 없음 => 전기 신호가 들어온 포트를 제외하고 모든 포트에 같은 전기 신호를 전송

1.4.2. 2계층(Data Link Layer)

전기 신호를 모아 사람이 알아볼 수 있는 데이터 형태로 처리하는 계층
전기 신호의 정확한 전달보다는, 주소 정보를 정의하고 정확한 주소로 통신이 되도록 하는데 집중
- 출발지와 도착지 주소를 확인하고, 도착지가 올바른지와 실제로 처리해야 하는 것이 맞는지 검사한 후 데이터 처리를 수행함
주소 체계가 생긴다는 점에서의 2계층의 특징
- 여러 통신이 한꺼번에 이루어지는 것을 구분하기 위한 기능이 정의됨
- 데이터에 에러 탐지 및 고치는 역할을 수행
- Flow Control: 동시에 여러 명과 통신할 수 있으므로, 받는 사람이 현재 데이터를 받을 수 있는지 확인하는 작업을 먼저 수행함
2계층의 가장 중요한 특징: MAC 주소 체계를 가짐
네트워크 구성 요소
- 인터페이스 카드
  - 고유 MAC 주소를 가짐
  - 입력되는 전기 신호를 데이터 형태로 만든 후, 데이터에서 도착지 MAC 주소를 확인
  - 자신에게 들어올 신호가 맞으면 데이터를 상위 계층에서 처리할 수 있도록 메모리에 적재, 아니면 버림
  - 동작 방식
    - 전기 신호를 데이터 형태로 만든다.
    - 목적지 MAC 주소와 출발지 MAC 주소를 확인한다.
    - 네트워크 인터페이스 카드의 MAC 주소를 확인한다.
    - 목적지 MAC 주소와 네트워크 인터페이스 카드가 갖고 있는 MAC 주소가 맞으면 데이터를 처리하고 다르면 데이터를 폐기한다.
  - 동의어
    - NIC(Network Interface Controller)
    - Network Card
    - Lan Card
    - Physical Network Interface: 컴퓨터 내부와 외부를 연결하는 중간지점이라는 의미. '물리'라는 말이 들어가 1계층 구성요소로 오해할 수 있지만, 분명히 2계층 구성요소임.
    - Ethernet Card: 일반적인 네트워크 연결 시 이더넷을 연결하는 네트워크 인터페이스 카드가 사용되었음.
    - Network Adapter
- 스위치
  - MAC 주소를 보고 통신해야 할 포트를 지정해 내보냄
  - Address Learning(주소 습득)
    - 단말(Terminal)이 어떤 MAC 주소인지, 연결된 포트는 어느 것인지 확인하는 과정
    - 이를 통해 단말 간 통신 시 포트를 필터링하고, 정확한 포트로 포워딩할 수 있음
  - 필터링, 포워딩 기능을 통한 이더넷 네트워크 효율성 향상
    - 통신이 필요한 포트만 사용 => 네트워크 전체에 불필요한 처리 감소 => 이더넷 네트워크 효율성 향상, 이더넷 기반 네트워크 급증

1.4.3. 3계층(Network Layer)

논리적 주소가 정의되는 계층
- MAC 주소(L2): 물리적 주소
- IP 주소3(L3): 논리적 주소로서 사용자가 환경에 맞게 변경해 사용할 수 있음
  - IP 주소 형식: 172.31.0.1
  - 3개의 구분점으로 주소가 나뉜다.
  - 네트워크 주소 부분: 172.31.
  - 호스트 주소 부분: 0.1
네트워크 주소 정보를 이용해 네트워크의 구분(원격지 vs 내가 속한 네트워크), 원격지 네트워크로 가기 위한 경로 지정이 가능
주요 장비: 라우터
- 라우터는 IP 주소를 사용해 최적의 경로를 찾아주고 해당 경로로 패킷을 전송함

1.4.4. 4계층(Transport Layer)

OSI 7계층 중 하위 4계층은 데이터를 잘 쪼개 보내고, 받는 역할을 중점적으로 한다.
이 중 1~3계층은 신호와 데이터를 올바른 위치로 보내고, 실제 신호를 잘 만들어 보내는 데 집중한다.
4계층의 역할은 실제로 해당 데이터들이 정상적으로 잘 보내지도록 확인하는 것이다.
- 데이터를 분할하여 보내는 패킷 네트워크의 특성상 패킷 유실 혹은 순서가 변경되는 경우를 바로잡아주는 역할.
패킷을 분할할 때 패킷 헤더에 보내는 순서, 받는 순서를 적어서 통신
- 유실 시 재전송 요청 가능
- 시퀀스 번호(Sequence Number): 보내는 순서를 명시한 번호
- ACK 번호(Acknowledgement Number): 받는 순서를 나타낸 번호
포트 번호(Port Number)를 사용해 장치 내 많은 상위 어플리케이션을 구분
주요 장비: 로드밸런서, 방화벽
- 애플리케이션 구분자(포트 번호), 시퀀스 & ACK 번호를 이용
- 부하 분산 기능 수행
- 보안정책 수립을 통한 패킷의 통과, 차단 기능 수행

1.4.5. 5계층(Session Layer)

양 끝단의 응용 프로세스가 연결을 성립하도록 도와주는 관리자 역할
연결의 안정적 유지, 작업 완료 후 연결을 끊기
에러로 인해 중단된 통신에 대한 에러 복구, 재전송도 수행

1.4.6. 6계층(Presentation Layer)

표현 방식이 서로 다른 애플리케이션, 시스템 간의 통신을 돕기 위해 하나의 통일된 구문 형식으로 변환시키는 기능 담당
MIME 인코딩, 암호화, 압축, 코드 변환과 같은 동작을 수행

1.4.7. 7계층(Application Layer)

OSI 7계층 최상위 게층으로서, 애플리케이션 서비스를 수행
네트워크 소프트웨어의 UI나 사용자 입/출력 부분을 정의함
엄청나게 다양한 프로토콜을 가지며, 대표적으로 FTP, SMTP, HTTP, TELNET이 있음

(참고) 계층별 주요 프로토콜 및 장비

L1(Physical Layer)
- 주요 프로토콜: RS-232, RS-449, V.35, S 등 케이블
- 장비: 케이블, 허브 탭(TAP)
L2(Data Link Layer)
- 주요 프로토콜: IEEE 802.2, FDDI
- 장비: 스위치, 브릿지, 네트워크 카드
L3(Network Layer)
- 주요 프로토콜: ARP, IPv4, IPv6, NAT, IPSec, VRRP, 라우팅 프로토콜
- 장비: 라우터, L3 스위치
L4(Transport Layer)
- 주요 프로토콜: TCP, UDP, SCTP, DCCP, AH, AEP
- 장비: 로드 밸런서, 방화벽
L5(Session Layer)
- 주요 프로토콜: L2TP, PPTP, NFS, RPC, RTCP, SIP, SSH
L6(Presentation Layer)
- 주요 프로토콜: TLS, AFP, SSH
L7(Application Layer)
- 주요 프로토콜: HTTP, SMP, SMTP, STUN, TFTP, TELNET
- 장비: ADC, NGFW, WAF