📶 네트워크 - OSI 7 LAYER / TCP&IP 소켓

유투브 널널한 개발자님 강의 복습 및 정리를 위한 글

이번 글은 아래의 강의를 듣고 복습 및 정리하는 글이다.

• 강의 1 : 네트워크 배우려는 사람들을 위해
  

널널한 개발자님 유투브

네트워크의 계층 기본

계층은 기본적으로 sw / hw로 나누어져 있으며, sw는 user계층과 kernel 계층으로 나누어 진다.
kernel 계층은 transport 와 network로 나누어진다.

해당 개념을 바탕으로 프로그램을 구현 한다면 USER 계층에는 FILE이 존재할 것이고,
KERNEL 에는 TCP/IP/DRIVER 있고, 하드웨어는에 NIC이 있을 것이다.
(📂추가 설명은 아래의 컴퓨터에서 파일 다운로드 예시에 적어두겠다.)

여기서 강사님 강조하신 부분은

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TCP / IP 소켓이라고 했을 때,
TCP를 user 모드 application에 접근할 수 있도록 FILE 형식으로 추상화한
인터페이스를 소켓 이라고 한다는 것이다.

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해당 부분이 이해하기가 어려워, GPT에 추가적인 질문을 남겨보았다..

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🐣 나 : 그럼 파일에 소켓이라는 개념이 속하는거야?

🐓 GPT : 소켓이라는 개념은 파일 시스템의 일부처럼 동작하는 인터페이스를 통해 네트워크 통신을 구현하는 것입니다. 하지만 소켓 자체가 실제 파일은 아니며, 소켓 인터페이스가 파일처럼 동작한다는 의미입니다. 더 구체적으로 설명하자면, 소켓은 네트워크 통신의 끝점을 나타내며, 프로그램이 네트워크 상의 다른 프로그램과 데이터를 주고받기 위해 사용하는 추상화된 인터페이스입니다.

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🐣 나: 유사점과 차이점을 좀 더 자세히 설명해줄래?

🐓 GPT:

소켓과 파일의 유사점

• 파일 디스크립터: 소켓은 파일 디스크립터라는 개념을 사용하여 접근합니다.
  이는 파일을 열 때 반환되는 파일 디스크립터와 유사합니다.
  socket() 함수가 반환하는 값도 파일 디스크립터처럼 동작합니다.

• 시스템 호출: 파일 입출력 함수(read, write)와 유사하게 소켓에서도 recv, send 같은 함수를 사용하여 데이터를 송수신합니다.

• 추상화: 소켓 인터페이스는 네트워크 통신을 파일 입출력과 유사하게 추상화하여, 프로그래머가 네트워크 통신의 복잡한 내부 동작을 이해하지 않고도 쉽게 사용할 수 있게 합니다.

차이점

• 용도: 파일 디스크립터는 파일 시스템의 파일에 접근하고 조작하기 위해 사용되지만, 소켓 디스크립터는 네트워크 상의 다른 컴퓨터와의 통신을 위해 사용됩니다.

• 데이터 전송: 파일 입출력은 디스크에 저장된 데이터를 읽고 쓰는 반면, 소켓을 통한 데이터 전송은 네트워크를 통해 데이터를 주고받습니다.

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GPT와의 대화를 통해 이해한 부분을 추가해본다면,

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TCP / IP 소켓이라고 했을 때,
TCP를 user 모드 application에 접근할 수 있도록 FILE 형식으로 추상화한
인터페이스를 소켓 이라고 한다는 것이다.

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TCP / IP 소켓이라고 했을 때,
TCP를 user 모드 application에 접근할 수 있도록 FILE 형식(처럼) 추상화한
인터페이스를 소켓 이라고 한다는 것이다.

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📂 OSI 7 LAYER

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ISO 7 계층 모델, 흔히 OSI(Open Systems Interconnection) 모델이라고 불리는 이 모델은 네트워크 통신을 다양한 계층으로 나누어 설명하는 표준 프레임워크입니다. 각 계층은 특정 기능을 담당하며, 상호 간에 독립적으로 설계될 수 있습니다. OSI 모델은 네트워크 프로토콜을 이해하고 개발하는 데 중요한 기준을 제공합니다.

각 계층과 그 기능을 아래에 설명합니다:

1. 물리 계층 (Physical Layer):

   • 기능: 물리적 매체를 통해 비트 스트림을 전송하는 역할을 합니다.
   • 예: 케이블, 스위치, 허브, 전기 신호, 광 신호.

2. 데이터 링크 계층 (Data Link Layer):

   • 기능: 물리 계층에서 받은 데이터를 프레임으로 구성하고, 오류 감지 및 수정, 흐름 제어를 수행합니다.
   • 예: 이더넷, 스위치, 브리지, MAC 주소.

3. 네트워크 계층 (Network Layer):

   • 기능: 데이터 패킷을 소스에서 목적지까지 라우팅하며, 논리적 주소(IP 주소)를 사용합니다.
   • 예: IP(IPv4, IPv6), 라우터.

4. 전송 계층 (Transport Layer):

   • 기능: 종단 간(end-to-end) 통신을 담당하며, 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장합니다. 포트 번호를 사용하여 세그먼트를 식별합니다.
   • 예: TCP, UDP.

5. 세션 계층 (Session Layer):

   • 기능: 애플리케이션 간의 세션을 설정, 관리, 종료합니다.
   • 예: 세션 관리 프로토콜, NetBIOS.

6. 표현 계층 (Presentation Layer):

   • 기능: 데이터 형식 변환, 암호화, 압축을 담당합니다. 데이터가 서로 다른 시스템 간에 일관되게 해석될 수 있도록 합니다.
   • 예: JPEG, GIF, ASCII, SSL/TLS.

7. 응용 계층 (Application Layer):

   • 기능: 네트워크 애플리케이션과 직접 상호작용하며, 사용자에게 네트워크 서비스를 제공합니다.
   • 예: HTTP, FTP, SMTP, DNS.

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각 계층의 주요 기능 및 예시

1. 물리 계층 (Physical Layer)

• 기능: 전기적, 기계적, 절차적 특성을 정의하여 물리적 매체를 통해 데이터를 전송.
• 장비: 케이블, 리피터, 허브.

2. 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

• 기능: 물리적 전송 오류를 감지하고 수정, 프레임 단위로 데이터 전달.
• 프로토콜 및 장비: 이더넷, Wi-Fi, 스위치, 브리지.

3. 네트워크 계층 (Network Layer)

• 기능: 데이터를 패킷으로 나누고, 최적의 경로를 통해 목적지로 전달.
• 프로토콜 및 장비: IP, ICMP, 라우터.

4. 전송 계층 (Transport Layer)

• 기능: 데이터 전송의 신뢰성 보장, 흐름 제어, 오류 검출 및 수정.
• 프로토콜: TCP, UDP.

5. 세션 계층 (Session Layer)

• 기능: 세션 설정, 관리 및 종료, 데이터 동기화.
• 프로토콜: NetBIOS, RPC.

6. 표현 계층 (Presentation Layer)

• 기능: 데이터 형식 변환, 암호화, 압축.
• 표준 및 포맷: JPEG, MPEG, SSL/TLS.

7. 응용 계층 (Application Layer)

• 기능: 네트워크 서비스를 애플리케이션에 제공.
• 프로토콜: HTTP, FTP, SMTP, DNS.

OSI 모델의 중요성

• 표준화: 네트워크 통신의 표준을 제공하여 다양한 네트워크 장비와 소프트웨어가 호환성을 유지할 수 있도록 합니다.
• 모듈성: 각 계층이 독립적으로 설계되고 구현될 수 있어, 특정 계층의 변화가 다른 계층에 영향을 미치지 않도록 합니다.
• 문제 해결: 네트워크 문제를 특정 계층에서 쉽게 파악하고 해결할 수 있도록 합니다.

OSI 7 계층 모델은 네트워크 통신을 체계적으로 이해하고, 프로토콜 설계 및 문제 해결에 있어 중요한 지침을 제공합니다.

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1,2 계층은 하드웨어 계층이며, 3~7은 소프트웨어 계층으로 나눌 수 있겠다.

컴퓨터에서 파일 다운로드 예시

예시: 컴퓨터에서 파일 다운로드

1. USER 계층 (사용자 모드)

사용자 계층에서는 우리가 사용하는 애플리케이션이 실행됩니다. 예를 들어, 웹 브라우저가 될 수 있습니다.

• 웹 브라우저: 우리는 웹 브라우저를 사용해서 인터넷에서 파일을 다운로드합니다.
  • 브라우저는 우리가 입력한 URL로 서버에 요청을 보내고, 서버에서 파일을 받아옵니다.

2. KERNEL 계층 (커널 모드)

커널 계층은 운영 체제의 중요한 기능들이 동작하는 곳입니다. 이 계층은 사용자 모드 애플리케이션이 요청한 작업을 처리합니다.

• TCP/IP: 커널은 네트워크 통신을 위해 TCP/IP 프로토콜을 사용합니다.
  • 브라우저가 파일을 요청하면, 이 요청은 TCP/IP 프로토콜을 통해 네트워크를 통해 전송됩니다.
• 드라이버 (NIC 드라이버): 커널은 네트워크 인터페이스 카드(NIC)를 제어하기 위해 드라이버를 사용합니다.
  • 드라이버는 커널과 하드웨어 간의 중개자 역할을 합니다. 드라이버는 커널이 네트워크 데이터를 NIC에 전송하고, NIC가 데이터를 받아서 처리할 수 있게 합니다.

3. 하드웨어

하드웨어는 실제 물리적인 장치입니다. 여기서는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)가 해당됩니다.

• NIC (Network Interface Card): 네트워크 인터페이스 카드는 컴퓨터가 네트워크에 연결되고 데이터를 주고받을 수 있게 합니다.
  • NIC는 이더넷 케이블이나 무선 신호를 통해 네트워크에 연결됩니다. 이 NIC는 커널의 드라이버를 통해 제어됩니다.

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예시 단계별 설명

1. 사용자가 웹 브라우저에서 파일 다운로드를 클릭:

   • 사용자 계층에서 웹 브라우저 애플리케이션이 동작합니다.

2. 브라우저가 서버에 파일 다운로드 요청을 보냄:

   • 웹 브라우저는 커널에 네트워크 요청을 보냅니다. 이때 브라우저는 TCP/IP 프로토콜을 사용하여 요청을 전송합니다.

3. 커널이 요청을 처리하고 NIC 드라이버에 전달:

   • 커널의 TCP/IP 스택은 브라우저의 요청을 받아서 패킷으로 분할하고, 이를 NIC 드라이버에 전달합니다.

4. NIC 드라이버가 하드웨어에 요청 전달:

   • NIC 드라이버는 이 요청을 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 전달합니다.

5. NIC가 네트워크를 통해 서버와 통신:

   • NIC는 네트워크를 통해 서버에 파일 다운로드 요청을 전송합니다.

6. 서버가 응답을 보내고 파일 데이터 전송 시작:

   • 서버는 파일 데이터를 네트워크를 통해 전송합니다. 이 데이터는 다시 NIC를 통해 컴퓨터에 도달합니다.

7. NIC가 데이터를 받아 커널에 전달:

   • NIC는 받은 데이터를 드라이버를 통해 커널에 전달합니다.

8. 커널이 데이터를 웹 브라우저에 전달:

   • 커널의 TCP/IP 스택은 이 데이터를 받아서 원래 요청한 웹 브라우저 애플리케이션에 전달합니다.

9. 웹 브라우저가 파일을 다운로드하여 사용자에게 보여줌:

   • 웹 브라우저는 이 데이터를 받아서 파일로 저장하고, 사용자에게 다운로드 완료를 알립니다.

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요약

• 사용자 계층 (웹 브라우저): 파일 다운로드 요청을 보냄.
• 커널 계층 (TCP/IP, 드라이버): 요청을 처리하고 네트워크 통신을 관리.
• 하드웨어 (NIC): 네트워크 상에서 실제 데이터 전송을 담당.