OSI 7계층과 주요 개념

OSI 7계층에 대해 설명해 주세요.

OSI 7계층은 ISO에서 표준으로 정의된 네트워크 참조 모델임.

왜 OSI 7계층을 사용해야 할까?

1. 네트워크의 구성과 설계가 용이

   • 각 계층의 목적에 맞게 프로토콜과 장비를 설계할 수 있음.

2. 효율적인 문제점 파악과 해결

   • 다른 시스템 간에 계층별 원인을 빠르게 파악할 수 있음. 또한 호환성 체크도 가능함.

💡 OSI 7계층 정리

1. 물리 계층 : 1,0으로 표현되는 비트 신호를 주고받는 계층
2. 데이터 링크 계층 : 네트워크 내 주변 장치 간의 정보를 올바르게 주고받기 위한 계층
3. 네트워크 계층 : 메시지를 다른 네트워크에 속한 수신지까지 전달하는 계층
4. 전송 계층 : 신뢰성 있고 안정성 있는 전송을 해야 할 때 필요한 계층
5. 세션 계층 : 세션(통신을 주고받는 호스트의 응용 프로그램 간 연결 상태)을 관리
6. 표현 계층 : 문자를 컴퓨터가 이해할 수 있는 코드로 변환하거나 압축, 암호화
7. 응용 계층 : 사용자 및 사용자가 이용하는 응용 프로그램에 다양한 네트워크 서비스

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Transport Layer와 Network Layer의 차이

네트워크 계층(Network Layer)

• 데이터를 다른 네트워크에 전달하는 역할을 함.
• 주로 IP 주소를 사용하며, 데이터를 목적지까지 전달하는 경로 설정에 중점을 둠.

전송 계층(Transport Layer)

• 데이터를 송신지와 수신지 간에 신뢰성 있게 전달하는 역할을 함.
• 데이터 전송의 신뢰성 보장과 오류 제어, 흐름 제어 등의 기능을 제공함.

🧠 요약

• 네트워크 계층: 데이터 경로 설정 담당
• 전송 계층: 데이터 전송의 신뢰성 보장

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💡 더 알아보기 💡

1. 네트워크 계층

LAN에 한정된 물리, 데이터링크 계층의 통신 범위의 한계를 해결하기 위해 사용하는 계층.

• 왜 물리, 데이터링크 계층이 LAN을 넘어서 통신하기 어려울까?

  1. 다른 네트워크까지의 도달 경로를 파악하기 어려움
     → 네트워크 계층이 있어야 네트워크 간의 라우팅이 가능하다.

     • 라우팅 : 패킷이 이동할 최적의 경로를 결정하는 것.
     • 라우터 : 라우팅을 수행하는 대표적인 장비

  2. MAC 주소만으로는 모든 네트워크에 속한 모든 호스트의 위치를 특정하기 어려움

     MAC 주소와 IP 주소는 함께 사용되고, 기본적으로 IP 주소를 우선 활용
     

     

     IGP : AS 내부에서 수행 RIP, OSPF

     • 거리벡터 활용 RIP, 즉 홉의 수가 가장 적은 경로를 최적의 경로라고 판단.
       • 홉 수가 적을수록 라우팅 테이블 상의 메트릭 값도 적어짐
       • 주기적으로 인접 라우터끼리 경로 정보 교환 및 라우팅 테이블 갱신, 특정 수신지까지 홉 수 계산
     • 링크 상태

     EGP : AS 외부에서 수행

2. 전송계층

• 네트워크 계층과 표현-응용계층 사이에 존재.

1. IP 한계 보완: 신뢰할 수 있는 통신과 연결형 통신 기능 제공

   • IP의 특징

     • 신뢰할 수 없는 프로토콜

       • 패킷이 수신지까지 제대로 전송되었다는 보장을 하지 않음
       • 통신 과정에서 패킷이 잘못 전송되어도 이를 확인하지 않고 재전송도 하지 않으며 순서대로 패킷이 도착할 것이라는 보장도 하지 않는다.

     • 비연결형 프로토콜
       - 송수신 호스트간에 사전 연결 수립 작업을 거치지 않음.
       - 그저 수신지를 향해 패킷을 쏘기만 할 뿐.

       그렇다면 IP는 왜 이러한 신뢰할 수 없는 비 연결형 통신을 할까?

     • 주된 이유는 신뢰할 수 있는 연결형 통신이 성능에 악영향을 끼치기 때문이다.

     • 신뢰성 있는 전송이 모든 경우에 필요한 것은 아니다.

   TCP

   • 연결형 통신을 가능하게 함 송수신 동안에는 연결을 유지하고 송수신이 끝나면 연결을 종료
     
   • 신뢰성 있는 통신을 가능하게 함.
     • 재전송을 통한 오류 제어, 흐름제어, 혼잡 제어 등 다양한 기능 활용

   UDP

   • 신뢰할 수 없는 통신, 비연결형 통신을 가능하게 함.
   • TCP보다 비교적 빠른 전송이 가능

2. 응용 계층의 프로세스(실행중인 프로그램) 식별: 포트 번호 활용

   • 포트 : 네트워크 상의 애플리케이션 식별 정보
     • well-known port 0~1023번까지의 포트 시스템 포트, 범용적으로 사용되는 애플리케이션 프로토콜이 일반적으로 사용되는 포트 번호
       
     • registered port 1024~49151번까지의 포트 잘 알려진 포트에 비해서는 덜 범용적 흔히 사용하는 애플리케이션 프로토콜에 할당하기 위해 사용
       
     • dynamic port 특별히 관리되지 않은 포트 번호 범위: 자유롭게 사용 가능 서버는 대부분 잘 알려진 포트와 등록된 포트 사용 클라이언트(웹브라우저)는 대부분 동적 포트 사용

(출처: 강민철, "혼자서 공부하는 네트워크")

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L3 Switch와 Router의 차이

구분	L3 스위치	라우터
주요 역할	동일 네트워크 내 스위칭 + IP 기반 라우팅	서로 다른 네트워크 간 라우팅
처리 방식	하드웨어(ASIC) 기반, 속도가 빠름	소프트웨어 기반, 다양한 기능 지원
사용 상황	속도와 비용이 중요한 내부 네트워크	복잡한 라우팅이 필요한 대규모 네트워크

🧠 정리

• L3 스위치: 빠른 성능과 비용 효율적, 내부 네트워크 최적
• 라우터: 다양한 프로토콜과 안정성, 보안 기능 제공

참고

OSI 7계층 개념 설명 (IT BEST-PATH)

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각 Layer의 데이터 명칭

계층	데이터 단위
응용 계층, 표현 계층, 세션 계층	데이터(Data)
전송 계층	세그먼트(Segment), 데이터그램(Datagram)
네트워크 계층	패킷(Packet)
데이터 링크 계층	프레임(Frame)
물리 계층	비트(Bit)

🧠 패킷 이름을 달리하는 이유

• 각 계층에서 처리하는 데이터의 단위가 다르기 때문임.
• 계층별로 데이터의 캡슐화(Encapsulation)와 역캡슐화(Decapsulation)를 거침.

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각각의 Header의 Packing Order에 대해 설명해 주세요.

데이터가 송신될 때는 다음과 같은 순서로 헤더가 추가됩니다:

1. 응용/표현/세션 계층: 원본 데이터 생성
2. 전송 계층: TCP/UDP 헤더 추가 (세그먼트/데이터그램 생성)
3. 네트워크 계층: IP 헤더 추가 (패킷 생성)
4. 데이터 링크 계층: 이더넷 헤더와 트레일러 추가 (프레임 생성)
5. 물리 계층: 비트 단위로 변환하여 전송

수신측에서는 이 과정이 역순으로 진행되어 각 계층에서 해당 헤더를 제거하며 데이터를 처리합니다. 이런 과정을 캡슐화(encapsulation)와 역캡슐화(decapsulation)라고 합니다.

데이터 링크 계층은 헤더 + 페이로드 정보가 추가됨!

대표적인 이더넷 네트워크에서 주고받는 프레임의 헤더와 패킹 오더를 설명하자면

상위 계층의 캡슐화를 거쳐 송신된다.

• 헤더 - 프리앰블, 수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 타입/길이
  • 프리앰블 : 이더넷 프레임의 시작을 알리는 8 바이트 (64비트) 정보
    • 첫 7바이트는 10101010 값을 가지고 마지막 바이트는 10101011 값을 가짐
      • 송수신지 간의 동기화
    • MAC 주소
      • 물리적 주소, 일반적으로 고유하고 변경되지 않음
      • 네트워크 인터페이스마다 부여되는 6바이트 길이의 주소
        • LAN내의 송수신지 특정
        • 일반적으로 NIC 장치가 네트워크 인터페이스를 담당
        • 한 컴퓨터에 MAC 주소 여러개 가능
    • 타입/길이
      • 필드에 명시된 크기가 1500 이하일 경우 - 이 필드는 프레임의 크기
      • 필드에 명시된 크기가 1536 이상일 경우 이 필드는 타입 💡 타입이란?  - 이더타입(ethertype)이라고도 함 - 어떤 정보를 캡슐화했는지 나타내는 정보 - 대표적으로 상위 계층에서 사용된 프로토콜이 명시
  • 페이로드 - 데이터
    • 상위 계층에서 전달받거나 전달해야 할 내용
    • 최대 크기 1500byte, 최소 크기 46 byte
    • 46 byte 보다 작다면 크기 맞추기용 padding 이 채워짐.
  • 트레일러 - FCS(Frame Check Sequence)
    • 오류 검출용 정보 : 수신한 이더넷 프레임에 오류가 있는지 체크하는 필드
    • CRC라는 오류 검출용 값이 명시됨

ARP(Address Resolution Protocol)에 대해 설명해 주세요.

• IP 주소를 통해 MAC 주소를 알아내는 프로토콜임.
• 동일 네트워크 내의 송수신 대상의 IP 주소를 통해 MAC 주소를 알아낼 수 있음.

🧠 동작 과정
1. ARP 요청: 브로드캐스트 메시지를 통해 MAC 주소를 요청함.
2. ARP 응답: 해당 호스트가 자신의 MAC 주소를 담아 응답함.
3. ARP 테이블 갱신: ARP 테이블에 IP와 MAC 주소를 매핑하여 저장함.

• 다른 네트워크의 MAC 주소를 모를 경우, 각 네트워크별로 ARP가 수행됨.