Network - Intro & OSI 7 Layers

0. Computer Network & Protocol 개념

Computer Network (컴퓨터 네트워크)

컴퓨터 네트워크는 여러 대의 컴퓨터와 장치들이 서로 연결되어 데이터를 주고받는 통신 시스템을 의미합니다.

• 주요 목적

  • 파일 송수신: 네트워크를 통해 문서, 이미지, 영상 등을 공유.
  • 웹 사이트 열람: 인터넷을 통해 정보를 탐색.
  • 이메일 전송: 전 세계적으로 빠르게 메시지 전달.

• 네트워크 통신에는 반드시 규칙(프로토콜)이 필요합니다.

커버 범위에 따른 네트워크 구분

네트워크는 사용 범위에 따라 다음과 같이 분류됩니다

1. LAN (Local Area Network)

   • 특정 건물, 집, 학교 등 좁은 지역을 대상으로 구축된 네트워크입니다.
   • 주로 이더넷(Ethernet)을 기반으로 한 유선 네트워크를 사용하며, 허브(Hub) 또는 스위치(Switch)를 통해 컴퓨터를 연결합니다.
   • 예: 사무실 내부 네트워크, 가정용 인터넷.

2. WAN (Wide Area Network)

   • 지리적으로 넓은 지역을 연결하는 네트워크입니다.
   • 인터넷 서비스 제공자(ISP, Internet Service Provider)를 통해 연결됩니다.
     • 대한민국에선 대표적으로 KT, SK, LG와 같은 통신사가 이를 제공합니다.
   • 예: 인터넷 자체, 국가 간 네트워크.

3. WLAN (Wireless Local Area Network)

   • LAN의 한 종류로, 무선 기술(Wi-Fi)을 사용하여 네트워크를 구성합니다.
   • 유선 네트워크와 달리 무선 공유기를 통해 접속할 수 있어, 모바일 기기나 태블릿 등에서의 사용이 편리합니다.

프로토콜 개요

Protocol(프로토콜)은 컴퓨터 간 통신을 위한 규칙과 약속을 의미합니다.

• 즉, 네트워크에서 서로 다른 시스템들이 데이터를 주고받기 위해 사용하는 공통의 언어입니다.

Protocol(프로토콜) 예시

• HTTP: 웹사이트 데이터를 주고받을 때 사용하는 프로토콜.
• FTP: 파일 전송을 위한 프로토콜.
• SMTP: 이메일 전송을 위한 프로토콜.
• TCP/IP: 인터넷에서 가장 기본적으로 사용되는 프로토콜의 집합.

참고: 프로토콜은 세부적으로 다루는 내용이 많으므로, 다음 포스팅부터 하나씩 구체적으로 살펴볼 예정입니다.

1. OSI 7 Layers 모델

OSI 7계층(Open Systems Interconnection, OSI 모델)은 컴퓨터 네트워크 통신의 표준 모델로, 국제표준화기구(ISO)에서 정의한 네트워크 통신 프로토콜의 7가지 계층을 의미합니다.

• 이 모델은 다양한 네트워크 시스템이 서로 데이터를 주고받을 수 있도록 표준화된 프레임워크를 제공합니다.

OSI 7계층의 목적

• 상호 호환성: 서로 다른 시스템 간 데이터 교환 지원.
• 문제 해결 용이: 계층별 역할이 명확하여 네트워크 문제 진단이 쉬움.
• 표준화: 전 세계적으로 네트워크 장비와 프로토콜 간의 통합 지원.

1.1 OSI 7계층 구조

OSI 모델은 이미지와 같이 7개의 계층으로 구성됩니다.

• 각각의 계층은 고유의 기능을 담당하며, 데이터를 송·수신 과정에서 계층별로 처리합니다.
  

계층 번호	계층 이름	데이터 단위	주요 역할	예시 프로토콜/기술
7	응용 계층 (Application Layer)	데이터 (Data)	사용자와 네트워크 간 인터페이스 제공	HTTP, FTP, SMTP
6	표현 계층 (Presentation Layer)	데이터 (Data)	데이터 형식 변환, 암호화/복호화, 압축	JPEG, MP3, HTTPS
5	세션 계층 (Session Layer)	데이터 (Data)	세션 연결 설정, 유지, 종료 관리	FTP, RPC
4	전송 계층 (Transport Layer)	세그먼트 (Segment)	신뢰성 있는 데이터 전송, 포트 관리, 오류 점검(체크섬)	TCP, UDP
3	네트워크 계층 (Network Layer)	패킷 (Packet)	경로 설정, 논리적 주소(IP 주소) 관리	IP, ICMP, OSPF
2	데이터 링크 계층 (Data Link Layer)	프레임 (Frame)	물리적 네트워크 간 데이터 전달, 오류 감지 및 수정	Ethernet, MAC 주소
1	물리 계층 (Physical Layer)	비트 (Bit)	전기/광 신호로 데이터 변환 및 물리적 전송	LAN 케이블, 허브, 신호 변환 장치

1.2 송수신 통신 흐름 (캡슐화, 역캡슐화)

송신 (캡슐화)

• 데이터를 응용 계층에서 시작해 물리 계층까지 순차적으로 하강하며 처리합니다.
• 캡슐화(Encapsulation): 송신 측에서 데이터가 계층별로 헤더가 추가되어 전송.
  (예: 응용 계층 → 물리 계층)

수신 (역캡슐화)

• 물리 계층에서 데이터를 받아 응용 계층까지 상향하며 처리합니다.
• 역캡슐화(Decapsulation): 수신 측에서 계층별로 헤더를 제거하며 데이터를 복원.
  (예: 물리 계층 → 응용 계층)

1.3 OSI 모델의 실제 활용

• 네트워크 문제 진단 시 유용합니다.
  • 물리 계층: 케이블 문제 → LAN 포트 확인.
  • 데이터 링크 계층: 스위치 문제 → MAC 주소 충돌 확인.
  • 네트워크 계층: 라우팅 문제 → IP 설정 점검.
• OSI 모델은 인터넷의 실제 통신 표준인 TCP/IP 모델과도 연관되어 많이 사용됩니다.

2. TCP/IP 모델 개요

TCP/IP 모델은 OSI 모델과 달리, 인터넷 통신에 실제로 사용되는 표준 네트워크 모델입니다.

• TCP와 IP라는 두 가지 주요 프로토콜을 기반으로 하며, 인터넷에서 데이터를 송수신하기 위해 필요한 프로토콜의 집합으로 구성됩니다.

2.1 TCP/IP 모델의 특징

• OSI 모델의 이론적 표준과 달리, TCP/IP 모델은 현실에서 사용되는 네트워크 구조입니다.
• OSI 모델은 7계층으로 세분화되어 있지만, TCP/IP 모델은 이를 4계층으로 단순화하여 실무에서 활용합니다.

TCP/IP 모델과 OSI 모델의 차이점

구분	OSI 모델	TCP/IP 모델
계층 수	7계층	4계층
표준화 목적	통신 표준을 정의 (이론적 모델)	인터넷 통신을 위한 설계 (현실적 모델)
사용 목적	네트워크 설계와 문제 해결 가이드	실제 인터넷 통신 프로토콜 운영
구조 차이	세션, 표현, 응용 계층 분리	세션, 표현, 응용 계층이 응용 계층에 통합

2.2 TCP/IP 계층 구조

TCP/IP 모델은 4개의 계층으로 구성됩니다.

• 각각의 계층이 OSI 모델의 여러 계층을 통합한 형태로 구현됩니다.

계층 번호	계층 이름	역할	예시 프로토콜/기술
4	응용 계층 (Application)	사용자가 네트워크에 접근할 수 있는 인터페이스 제공	HTTP, FTP, SMTP, DNS
3	전송 계층 (Transport)	데이터의 신뢰성 있는 전송 보장 (오류 제어, 흐름 제어, 포트 관리)	TCP, UDP
2	인터넷 계층 (Internet)	데이터 패킷을 목적지까지 라우팅하고, IP 주소를 기반으로 전달	IPv4, IPv6, ICMP, ARP
1	네트워크 접근 계층 (Network Access)	물리적 네트워크 간 데이터 전송 담당	Ethernet, Wi-Fi, LAN

• 응용 계층 (Application Layer)
  • OSI 모델의 세션, 표현, 응용 계층을 통합한 계층입니다.
  • 사용자가 인터넷 브라우저, 이메일 클라이언트 등을 통해 네트워크에 접근할 때 사용하는 프로토콜을 정의합니다.
  • 주요 프로토콜: HTTP, FTP, SMTP, DNS 등.
• 전송 계층 (Transport Layer)
  • 데이터 송·수신의 신뢰성을 보장하고, 송신지와 수신지 간의 프로세스 통신을 담당합니다.
  • 주요 프로토콜:
    • TCP (Transmission Control Protocol): 연결형 프로토콜로 데이터의 순서를 보장하며 신뢰성 있는 전송을 제공합니다.
    • UDP (User Datagram Protocol): 비연결형 프로토콜로 빠른 데이터 전송이 필요할 때 사용됩니다. (예: 스트리밍 서비스)
• 인터넷 계층 (Internet Layer)
  • 데이터를 패킷으로 분리하고, 목적지까지 가장 적합한 경로를 찾아 전달합니다.
  • 주요 프로토콜: IPv4, IPv6, ICMP, ARP.
• 네트워크 접근 계층 (Network Access Layer)
  • 물리적 네트워크 간 데이터 전송을 처리합니다.
  • 이 계층은 OSI 모델의 데이터 링크 계층과 물리 계층에 해당합니다.
  • 주요 기술: Ethernet, Wi-Fi, LAN.

2.3 IP (Internet Protocol)

TCP/IP 모델에서 핵심적인 역할을 하는 IP는 네트워크 상에서 데이터를 송·수신하기 위한 주소 지정 및 라우팅 프로토콜입니다.

IPv4

• 32비트 주소로 구성되며, 최대 43억 개의 IP 주소를 제공합니다.
• 주요 주소 체계:
  • A 클래스 (0.0.0.0 ~ 127.255.255.255)
  • B 클래스 (128.0.0.0 ~ 191.255.255.255)
  • C 클래스 (192.0.0.0 ~ 223.255.255.255)

IPv6

• 128비트 주소로 구성되며, IPv4의 주소 부족 문제를 해결.
• 16비트 단위로 구분하여 8개의 블록으로 표현
  • 예: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
• 더 많은 주소 공간과 보안 기능 제공.

참고로 IPv4가 현재는 주로 쓰이는데, 이는 IPv6로 변환하기에는 너무나 많은 비용이 발생할 정도로 이미 IPv4가 그동안 많이 쓰이고 있었기 때문입니다.

• 그래서 IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위한 다양한 최적화 기술들이 개발되고 적용되어 왔습니다.

2.4 TCP/IP의 실제 활용 사례

• 오늘날 대부분의 네트워크는 TCP/IP 기반으로 작동.
• 웹 브라우징: HTTP와 TCP를 사용.
• 비디오 스트리밍: UDP를 통해 빠르게 데이터를 전송.
• IP 주소 기반 네트워크 연결: IPv4와 IPv6 활용.

마무리

이번 포스팅에서는 네트워크의 기본 개념과 OSI 7계층 및 TCP/IP 모델에 대해 다뤘습니다.

• Computer Network는 데이터 송·수신을 가능하게 하는 통신 시스템으로, 네트워크의 사용 범위에 따라 LAN, WAN, WLAN 등으로 구분됩니다.
• 프로토콜은 네트워크 통신의 핵심 규칙으로, 데이터를 효율적으로 주고받기 위해 반드시 필요합니다.
• OSI 7계층은 네트워크 통신의 이론적 모델로 계층별 역할이 명확하며, 문제 해결과 설계 가이드로 사용됩니다.
• TCP/IP 모델은 실제 인터넷 통신에서 사용되는 구조로, OSI 모델보다 단순하지만 실질적인 기능을 수행합니다.

다음 포스팅에서는 TCP와 UDP라는 전송 계층의 두 가지 주요 프로토콜에 대해 심도 있게 다룰 예정입니다.