07_OSI_7_layer

신치우·2022년 11월 3일
이론

devstroy

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OSI 7 layer는 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것

계층으로 나눈 이유
--> 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있기 때문
--> 7 단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건드리지 않고 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있기 때문

1계층 - Physical Layer

  • 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해서 통신 케이블로 데이터를 전송
  • 통신 단위는 비트 - 즉 전기적으로 On, Off 상태
  • 단지 데이터를 전달만 할 뿐 전송(또는 받는) 데이터가 무엇인지, 에러가 있는지 등에는 전혀 신경쓰지 않음
  • 장비 : 통신 케이블, 리피터, 허브 등

2계층 - Data Link Layer (Ethernet, wifi, LTE etc..)

  • 물리계층에서 받은 데이터를 관리하여 안전한 정보의 전달을 수행할 수 있도록 함
  • 통신에서의 오류도 찾고 재전송하는 기능도 가지고 있음
  • 맥(Mac - 물리적 주소) 주소를 가지고 통신
  • 전송 단위 프레임
  • 주소는 계층이 없는 단일 구조
  • 직접 이어진 곳에만 연결 가능
  • 장비 : 브리지, 스위치 등

3계층 - Network Layer

  • 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능 (라우팅)
  • 프로토콜의 종류가 많고, 라우팅하는 기술도 다양
  • 경로를 선택하고 주소를 정하고 경로에 따라 패킷을 전달해주는 역할
  • 해당 계층에서 IP 주소를 사용
  • 여러 개의 노드를 거칠때마다 경로를 찾아주는 역할
  • 데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만듦
  • 서브네트의 최상위 계층으로 경로를 설정, 청구 정보를 관리
  • 개방형 시스템들의 사이에서 네트워크 연결을 설정, 유지, 해제하는 기능을 부여
  • 전송 계층 사이에 네트워크 서비스 데이터 유닛(NSDU : Network Service Data Unint)을 교환하는 기능을 제공
  • 주소부여(IP), 경로설정(Route)
  • 장비 : 라우터

3 -1 IP 계층

  • TCP/IP 상에서 IP 계층이란 네트워크의 주소(IP 주소)를 정의
  • IP 패킷의 전달 및 라우팅을 담당하는 계층
  • 패킷을 목적지까지 전달하는 역할 및 그에 수반되는 기타 역할
  • 주요 역할 : IP 계층에서는 그 하위 계층인 데이터 링크 계층의 H/W 특성(ATM, Frame Relay 등과 관계 없이)에 관계없이 독립적인 역할을 수행
  • 패킷의 전달을 책임지는 IP
  • 패킷 전달 에러의 보고 및 진단을 위한 ICMP
  • 복잡한 네트워크에서 인터네트워킹을 위한 경로를 찾게 해주는 라우팅 프로토콜

3- 2 IP 프로토콜

  • TCP/IP 기반의 인터넷 망을 통하여 데이터그램의 전달을 담당하는 프로토콜
  • 주요 기능 1: IP 계층에서 IP 패킷의 라우팅 대상이 됨(Routing)
  • 주요 기능 2: IP 주소 지정 (Addressing)
  • 주요 특징 1: '신뢰성(에러제어)' 및 '흐름제어' 기능이 전혀 없음 --> Best-Effort Service
  • 주요 특징 2: 한편, 신뢰성을 확보하려면 IP 계층 위의 TCP와 같은 상위 트랜스포트 계층에 의존 --> Connectionless
  • 주요 특징 3: 패킷의 완전한 전달(소실, 중복, 지연, 순서바뀜 등이 없게함) --> Unreliable
  • 주요 특징 4: IP 패킷 헤더 내 수신 및 발신 주소를 포함 --> IPv4 헤더, IPv6 헤더, IP주소
  • 주요 특징 5: IP 헤더 내 바이트 전달 순서 - 최상위 바이트(MSB)를 먼저 보냄 --> Big-endian
  • 주요 특징 6: 경우에 따라, 단편화가 필요 --> IP 단편화
  • 주요 특징 7: TCP, UDP, ICMP, IGMP 등이 IP 데이타그램에 실려서 전송

4계층 - Transport Layer (여기까지 물리적 계층)

  • 통신을 활성화하기 위한 계층
  • 일반적으로 TCP protocol을 이용
  • 포트를 열어서 응용 프로그램들이 전송할 수 있게 함
  • 데이터를 하나로 합쳐서 5계층으로 전달함
  • 오류제어 및 흐름제어 (TCP/UDP 프로토콜을 사용)
  • 전송 계층은 양 끝단의 사용자들이 신뢰성 있는 데이터를 주고 받을 수 있도록 함
  • 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해줌
  • 시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 방식을 사용
  • 특정 연결의 유효성을 제어, 일부 프로토콜은 상태 개념이 있고(stateful - client 와 server 의 동작, 상태정보를 저장하는 것) 연결 기반(connection oriented - 1:1로 연결상태를 유지하여 통신하는 것)이 있음
  • 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다는 것
  • 예 : TCP
  • 종단간(end to end) 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단간 신뢰성이 있고 효율적인 데이터를 전송
  • 기능 : 오류검출 및 복구와 흐름제어, 중복 검사등을 수행
  • 패킷 생성(Assembly, Sequencing, Deassembly, Error detection, Request repeat, Flow control) 및 전송

TCP 프로토콜

  • 양종단 호스트 내 프로세스 상호 간에 신뢰적인 연결지향성 서비스를 제공
  • IP의 비신뢰적인 최선형 서비스에다가 신뢰적인 연결지향성 서비스를 제공
  • 신뢰적인 전송을 보장함으로써, application 구현이 한층 쉬워짐
    1. 신뢰적 - Reliable
      패킷 손실, 중복, 순서 바뀜 등이 없도록 보장
      TCP 하위계층인 IP 계층의 신뢰성 없는 서비스에 대해 다방면으로 신뢰성을 제공
    2. 연결지향적 - Connection-Oriented
      같은 전송계층의 UDP가 비연결성인 것과는 달리, TCP는 연결지향적임
      느슨한 연결(Loosly Connected)을 갖음으로 연결지향적이라고 표현
      연결관리를 위한 연결 설정 및 연결해제 필요 --> TCP 연결설정, TCP 연결종료
      양단간 어플리케이션/프로세스는 TCP가 제공하는 연결성 회선을 통하여 서로 통신

UDP 프로토콜

  • TCP에 대비되는 통신 프로토콜
  • 신뢰성이 낮은 프로토콜로 완전성을 보장하지 않음
  • 가상회선을 굳이 확립할 필요가 없고, 유연하며 효율적인 응용 프로그램의 데이터 전송에 사용
    1. 비연결성이고, 신뢰성이 없으며, 순서화되지 않은 데이터그램 서비스 제공
      메시지가 제대로 도착했는지 확인하지 않음 (확인응답 없음)
      수신된 메세지의 순서를 맞추지 않음 (순서제어 없음)
      흐름 제어를 위한 피드백을 제공하지 않음 (흐름제어 없음)
      검사합을 제외한 특별한 오류 검출 및 제어 없음 (오류제어 거의 없음) --> UDP를 사용하는 족에서 오류제어 기능을 스스로 갖추어야함
      데이터그램 지향의 전송 계층용 프로토콜(논리적인 가상회선 연결이 필요 X) --> 비연결접속상태 하에서 통신
    2. 실시간 응용 및 멀티캐스팅 가능
      빠른 요청과 응답이 필요한 실시간 응용에 적합
      여러 다수 지점에 전송가능 (1 : 多)
    3. 헤더가 단순함
      UDP는 TCP처럼 16 비트의 포트번호를 사용
      헤더는 고정크기의 8 바이트(TCP는 20바이트)만 사용
      헤더 처리에 많은 시간과 노력을 요하지 않음

5계층 - Session Layer

  • 데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결
  • 세션 설정, 유지, 종료, 전송 중단시 복구 등 기능이 있음
  • 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공
  • 동시 수신 방식(Duplex), 반 이중 방식(Half-duplex), 전 이중 방식(Full Duplex)의 통신과 함께, 체크 포인팅과 유휴, 종료, 다시 시작 과정 등을 수행
  • TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임
  • 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류복구 명령들을 일괄적으로 다룸
  • 통신을 하기 위한 세션을 확립/유지/중단 --> 운영체제가 해줌

6계층 - Presentation Layer

  • 데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고 암호화
  • 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 Application layer 로부터 덜어줌
  • MIME 인코딩이나 암호화 등이 이뤄짐
  • EBCDIC로 인코딩된 문서 파일을 ASCII로 인코딩된 파일로 바꿔주는 것
  • 해당 데이터가 TEXT인지, 그림인지, GIF인지, JPG인지 뭐인지 구분
  • 사용자의 명령어를 완성 및 결과 표현 - 포장/압축/암호화

7계층 - Application Layer

  • 7계층의 목적지 : HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet등
  • 해당 통신 패킷들은 위에 나열한 프로토콜에 의해 모두 처리됨
  • 우리가 사용하는 브라우저나, 메일 프로그램은 프로토콜을 보다 쉽게 사용하게 해주는 응용프로그램임
  • 모든 통신의 양 끝단은 HTTP와 같은 프로토콜이지 응용 프로그램이 아님
  • 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행
  • ex) 가상 터미널(텔넷) 등
  • 네트워크 소프트웨어 UI 부분, 사용자의 입출력(I/O) 부분

HTTP 프로토콜
웹 상에서 웹 서버 및 웹브라우저 상호 간의 데이터 전송을 위한 응용 계층 프로토콜
초기 : WWW 상의 하이퍼텍스트 형태의 문서를 전달하는데 주로 이용
현재 : 이미지, 비디오, 음성 등 거의 모든 형식의 데이터 전송 가능

  1. 요청 및 응답의 구조
    동작 형태가 클라이언트/ 서버 모델로 동작
  2. 메세지 교환 형태의 프로토콜
    클라이언트와 서버 간에 'HTTP message'를 주고 받으며 통신
    SMTP 전자 메일 프로토콜과 유사
  3. 트랜잭션 중심의 비연결성 프로토콜
    종단간 연결이 없음 (Connectionsless)
    이전의 상태를 유지하지 않음 (Stateless)
  4. 전송계층 프로토콜 및 사용 포트 번호
    전송계층 프로토콜 : TCP
    사용 포트 번호 : 80번
  5. Http 표준
    HTTP 1.0 : RFC 1945 (~1997년)
    유용한 초기 개념들 도입
    HTTP 헤더, HTTP 메서드, HTTP 응답 코드, 리다이렉트, 비지속 연결 등
    Media (MIME) type : RFC - 2046
    HTTP 1.1 : 표준 RFC-7230 ~ 7240 (RFC - 2616 은 obsolete)
    HTTP 2.0 : 표준 RFC-7540
    HTTP 3.0 : 표준 RFC-9114
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