이번에는 Computer Science의 기본 중 하나인 OSI 7 layers에 대해 알아볼 것입니다.

소프트웨어 아키텍처 중에 Layered Architecture 라는 것이 있습니다. 이를 따르는 대표적인 예가 네트워크 시스템인데요, 이 네트워크 시스템은 하나의 거대한 소프트웨어라고 할 수 있습니다. 이 거대한 네트워크 소프트웨어의 구조를 설명하는 것이 바로 OSI 7 layers 입니다.

먼저 OSI 7 layers의 구조를 살펴보겠습니다.

OSI 모델 vs TCP/IP

구조

위 표에서 알 수 있다 싶이, 모델은 위에 있을 수록 상위이며, 아래로 올수록 하위 계층으로 나뉘게 됩니다.

가장 하위 계층인 Physical Layer(물리 계층) 부터 알아보겠습니다.

1. Physical Layer(물리 계층)

✦ 물리 계층이란

물리적으로 연결된 두 대의 컴퓨터가 0과 1의 나열을 주고 받을 수 있게 해주는 모듈*

주고 받을 수 있는 방법은 encoding (0과 1의 나열을 아날로그 신호로 바꾸어 전선으로 흘려 보냄)과 decoding (아날로그 신호가 들어오면 0과 1의 나열로 해석)으로 가능하게 됩니다.

*모듈: 프로그래밍 할 때 만드는 함수

✦ 구현된 곳

• PHY 칩

사실 1계층 모듈은 하드웨어 적으로 구현되어 있습니다.

2. Data Link Layer (데이터 링크 계층)

그 다음 계층인 데이터 링크 계층을 이해하기 위해서는 몇 가지의 사전 지식이 필요합니다.

✦ 사전 지식

여러 대의 컴퓨터가 통신하기 위해 사용 되는 것들입니다.

( ※ 주의: 아래 개념들은 글의 주제인 OSI 7 layers과 연관된 내용을 위주로 기술하였습니다.)

1. 더미 허브

   인터넷 선을 연결하면 해당 포트에 여러 개로 나누어서 여러 대의 PC와 서버들이 인터넷을 사용을 가능 하도록 하는 기능입니다.

2. 스위치

   일종의 컴퓨터로, msg의 목적지를 확인한 후에 목적지에 도달할 수 있도록 합니다.

3. 네트워크 (or 인트라넷)

   하나의 스위치에 직접적으로 연결된 것들

   

4. 라우터

   • 스위치들을 연결해서 서로 다른 네트워크에 속한 컴퓨터끼리 통신이 가능하게 해주는 장비
   • 라우터와 라우터가 연결할 수 있음

   

5. 인터넷

   • 전 세계의 컴퓨터들을 (계층 구조로) 연결한 것

   

✦ Framing

여러 곳에서 0과 1로 오는 데이터들을 구분하기(끊어 읽기) 위해서 송신자는 데이터 앞 뒤에 특정한 비트열을 붙입니다. 그럼 그 특정한 비트열을 찾으면 되는데 이를 Framing이라고 합니다. 데이터 링크 계층에 속하는 작업들 중 하나입니다.

예를 들어, A라는 곳에서 0100 0110이라는 데이터를 보낸다고 한다면 Framing을 통해 앞에는 1111 뒤에는 0000으로 감싸 어디서부터 어디까지 데이터를 보내는지 명확히 알 수 있게 됩니다.

✦ 데이터 링크 계층이란

결국 '같은 네트워크에 있는 여러 대의 컴퓨터들이 데이터를 주고 받기 위해서 필요한 모듈' 입니다.

흐름

✦ 구현된 곳

• 랜카드

2계층 모듈도 1계층 모듈처럼 하드웨어 적으로 구현되어 있습니다.

3. Network Layer(네트워크 계층)

✦ 사전지식

1. IP 주소

   IP 주소란, '각 컴퓨터들이 갖는 고유한 주소'를 의미합니다.

   내가 데이터를 보내고 싶은 상대방의 IP 주소를 알고 있어야 데이터 전송이 가능합니다.

   그렇다면, 최종 목적지 컴퓨터의 IP 주소를 어떻게 아는 걸까요?

   주소창에 www.naver.com 을 입력하면 이 영어 주소는 IP 주소로 변환되어 사용됩니다. 즉, ip 주소를 이미 알고 있는 것과 같습니다.

2. 패킷

   

   55.10.54.75 [DATA] 를 패킷이라고 부름

✦ 흐름 (많은 컴퓨터들 사이의 통신)

1. 컴퓨터 A가 직접적으로 연결된 라우터_가에 패킷을 보냄
   • 라우터_가
     1. 패킷을 열어서 목적지 IP주소를 확인
     2. 라우터_가 는 해당 목적지 IP 주소와 일치하는 컴퓨터 여부를 확인함 (→ 없음)
2. 라우터_가 는 데이터를 다시 포장 후, 자신과 연결되어 있는 라우터_마에게 전달
   • 라우터_마
     1. 패킷 까서 목적지 주소를 읽음
     2. 패킷이 해당 목적지에 도착하려면 어느 전선으로 패킷을 보내야 하는지 알아냄. (라우팅 참고)
     3. 데이터를 패킷으로 포장함
3. 라우터_바 에게 패킷 넘김
   • 라우터_바 는 라우터_마 와 같은 방식 실행
4. 라우터_라 에게 패킷 넘김
   • 라우터_라 목적지 IP주소가 자신과 연결된 컴퓨터들 중에 있다는 것을 확인함
     
5. 컴퓨터 B 에게 패킷 전달됨

✦ 네트워크 계층이란

결국 Network Layer(네트워크 계층)이란, 수많은 네트워크들의 연결로 이루어지는 inter-network 속에서 어딘가에 있는 목적지 컴퓨터로 데이터를 전송하기 위해 IP 주소를 이용해서 길을 찾고 (routing) 자신 다음의 라우터에게 데이터를 넘겨 주는 것 (forwarding)

✦ 구현되는 곳

운영체제의 커널에 소프트웨어적으로 구현되어 있습니다.

4. Transport Layer(전송 계층)

✦ 사전 지식

1. 프로세스

   실행중인 프로그램

2. 포트 번호(Port Number)

   포트 번호란, '하나의 컴퓨터에서 동시에 실행되고 있는 프로세스들이 서로 겹치지 않게 가져 가야 하는 정수 값'입니다.

데이터를 받고자 하는 프로세스들은 포트 번호를 가져야 합니다.

송신자는 데이터를 보낼 때 데이터를 받을 수신자 컴퓨터에 있는 프로세스의 포트 번호를 붙여서 보냅니다.

그래서 데이터 전송자는 포트 번호를 미리 알고 있어야 합니다.

하지만, 검색창에 www.naver.com을 입력하는 것은 사실 뒤에 ":80"이 생략 된 것입니다. 그래서 우리는 이미 네이버의 포트 번호도 알고 있는 셈입니다.

✦ 전송 계층 이란

'Port 번호를 사용하여 컴퓨터의 최종 도착지인 프로세스까지 데이터가 도달하게 하는 모듈'입니다.

✦ 구현된 곳

운영체제의 커널에 소프트웨어적으로 구현되어 있습니다.

5. Applicaton Layer(응용 계층)

✦ 표현/세션 계층 설명 생략 이유

• 현대의 인터넷은 OSI 모델이 아니라 TCP/IP 모델을 따릅니다.

✦ TCP/IP 모델

OSI 모델과 마찬가지로 '네트워크 시스템에 대한 모델'입니다.

특징으로는,

• OSI 7 layers의 5,6,7 계층이 축약되었습니다.
• 오리지널 버전과 업데이트된 버전이 있습니다. (맨 위의 OSI 7 layers 구조표에서 확인 가능)

오늘 날에는 업데이트된 버전의 TCP/IP 모델이 더 많이 사용되고 있습니다.

이 때문에 Presentation(표현)/Session(세션) Layer에 대한 설명을 생략합니다.

✦ TCP/IP 소켓 프로그래밍

TCP/IP 소켓 프로그래밍이란, 'API(운영 체제의 Transport layer(전송 계층)에서 제공)를 활용해서 통신 가능한 프로그램을 만드는 것' 입니다.

이것만으로도 클라이언트, 서버 프로그램을 따로따로 만들어서 동작 시킬 수 있고 이것을 통해서 누구나 자신만의 Application Layer 인코더와 디코더를 만들 수 있습니다. 즉, 누구든 자신만의 Application Layer 프로토콜 만들어 사용 가능하다는 뜻입니다.

✦ HTTP로 인코딩/디코딩 살피기

HTTP는 대표적인 응용 계층 프로토콜입니다. 이를 통해 인코딩/디코딩을 살펴 보겠습니다.

✦ 사전 지식

클라이언트 & 서버 패러다임

✦ 흐름

우리의 범용 컴퓨터는 데이터 수신과 전송 둘 다 합니다.
때문에 encoder, decoder 모두 존재합니다.

• 참고 및 출처

  • 유튜브 '우아한 Tech'의 '[10분 테코톡] 🔮 히히의 OSI 7 Layer'

  • https://mslee89.tistory.com/49

    ---

  • 나오는 여러 개념들은 글의 주제에 해당하는 것을 위주로 다루었습니다.