OSI 7계층과 TCP/IP 4계층

soma·2024년 2월 6일
네트워크

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OSI 7 계층
: OSI 7 계층이란 국제 표준화 기구에서 정의한 모델로, 네트워크 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것이다.

LayerNameData 단위장비프로토콜
7응용계층
Application		Data-HTTP(80), FTP(21), DNS(53), SNMP(161), Telnet(23), SMTP(25)
6표현계층
Presentation		Data-ASCII, MPEG, JPEG, MIDI, EBCDIC, XDR, AFP, PAP, ANS.1, SMB
5세션계층
Session		Data-NetBIOS, SSH, SSL, TLS, PIPO, AppleTalk
4전송계층
Transport		세그먼트(TCP),
데이터그램(UDP)		GatewayTCP, UDP, SPX, SCTP, RTP, ATP, NBP, AEP
3네트워크계층
Network		패킷RouterIP, IGMP, ICMP, ARP, RARP, BGP, OSPF, RIP, IPX, DDP, IPsec
2데이터링크계층
DataLink		프레임MAC 주소, 브리지 및 스위치Ethernet, Tocken Ring, PPP, 무선랜, FDDI, WIFI, HDLC, LAPB, PAPD
1물리계층
Physical		비트리피터, 허브USB, 블루투스, IEEE802.11, RS-232C, X.21, V.21

OSI 7 계층 역할

  • 응용 계층 (Application Layer)
    • 최종적으로 사용자가 볼 수 있는 유일한 계층으로 모든 네트워크 활동의 기반이 되는 인터페이스를 제공

  • 표현 계층 (Presentation Layer)
    • 데이터 형식(png, jpg 등)을 지정 및 변환하고 암호화 및 복호화 수행

  • 세션 계층 (Session Layer)
    • 모든 통신 장치 간에 세션 연결 및 동기화 수행하고 통신 방식을 결정

  • 전송 계층 (Transport Layer)
    • 발신지에서 목적지(End to end) 간 제어와 에러 관리
    • 신뢰할 수 있는 데이터 전송 서비스 제공
    • TCP
      • 연결 지향적이고 신뢰성 있는 데이터 전송 제공
      • IP가 처리할 수 있도록 데이터를 여러 개의 패킷으로 나누고, 도착지에서 완전한 데이터로 패킷을 재조립
      • 데이터 전송 단위 : 세그먼트
      • 데이터 흐름제어(Flow Control) : XON/OFF , Stop and Wait, Sliding Window 기법 등이 있음
    • UDP
      • 비연결 지향적이며 빠른 데이터 전송을 지원
      • 패킷을 나누고 재조립하는 과정 없이 수신지에서 제대로 받든 말든 상관않고 데이터를 전송하기만 함 ( ** 에러와 그에 따른 재전송은 애플리케이션에서 처리)
      • 데이터 전송 단위 : 데이터그램
    • OSFP ( Open Shortest Path First | 89번 포트 )
      • RIP(Routing Information Protocol)보다 규모가 큰 네트워크에서 사용 가능함
      • Link State 기술에 의한 최단경로 선택 라우팅 알고리즘
      • 특히 최단 경로를 선택하기 위해 Dijkstra의 SPF(Shortest Path First) 알고리즘 사용

  • 네트워크 계층 (Network Layer)
    • 패킷 라우팅과 IP주소 지정 등 네트워크 경로 제어를 수행
    • 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠른 경로로 전달하는 기능(라우팅)이 가장 중요
    • 다른 네트워크와의 데이터 통신을 위한 경로 설정 및 논리 주소(IP) 결정

  • 데이터링크 계층 (DataLink Layer)
    • 물리적인 네트워크 사이에 데이터 전송을 관리하고 물리 주소 부여
    • 오류 검출 및 수정 기능 수행 (Point to point)
      ※ MAC Address
      : 컴퓨터 간 데이터를 전송하기 위한 컴퓨터의 물리적 주소
    • '전송오류제어, 흐름제어, 링크관리'등의 역할을 수행하며 신뢰도가 높은 전송로를 확보함

  • 물리 계층 (Physical Layer)
    • 상위 계층(데이터 링크)에서 전송된 데이터를 물리적인 전송 매체(허브, 라우터, 케이블 등)를 통해  다른 시스템에 전기적 신호를 전송.
    • 기계어를 전기적 신호로 바꿔서 와이어에 실어줌.
    • 전기적, 기계적 특성을 이용하여 시스템 간 물리적인 연결을 담당

TCP/IP 프로토콜
: TCP/IP는 OSI 7 계층 이론을 실제로 사용하는 표준이고, 4 계층으로 나눈다.

  • 1 계층 : 네트워크 접근 계층(Network Access Layer)

    • Node-To-Node간의 신뢰성 있는 데이터 전송 담당
    • 물리적인 주소로 MAC을 사용, LAN, 패킷망 등에 사용

  • 2 계층 : 인터넷 계층(Internet Layer)

    • 통신 노드 간의 IP 패킷을 전송하는 기능과 라우팅 기능을 담당
ProtocolContent
IP비연결의 서비스를 제공하며, 발신지와 목적지까지의 라우팅 경로를 결정
ICMP **IP 제어와 메시지 기능을 담당
ARPIP 주소를 이용해 상대방의 MAC 주소를 알아오는 프로토콜 (브로드캐스트 요청, 유니캐스트 응답)
RARPMAC 주소에 해당하는 IP 주소를 알아오는 프로토콜 (브로드캐스트 요청, 유니캐스트 응답)

  • 3 계층 : 전송 계층(Transport Layer)
    • TCP / UDP를 담당
    • 통신 노드 간의 연결을 제어하고, 신뢰성 있는 데이터 전송 담당
TCP (Transmission Control Protocol)UDP(User Datagram Protocol)
연결지향적비연결지향적
신뢰적, 흐름제어, 에러지어 (순서번호, ACK번호 사용)
ACK 받지 못한 모든 데이터는 재전송		비신뢰적, 데이터를 보낸 후에
잘 도착했는지 검사하는 기능이 없음
보장된 세그먼트로 전달하기에 신뢰성이 있음장점은 빠르며, 연결을 맺지 않으므로 제어 프레임 전송을 할
필요가 없기에 네트워크 부하를 줄일 수 있음
단점은 연결을 위한 초기 설정 시간이 걸림신뢰성보다는 고속성을 요구하는 멀티미디어 응용 등에 일부 사용됨

  • 4 계층 : 응용 계층(Application Layer)
    • HTTP / FTP를 담당하는 계층
    • 서버나 클라이언트 응용 프로그램이 이 계층에서 동작함
ProtocolContent
DNS (Domain Name System)인터넷에서 사용하는 이름을 해당 IP 주소로 변화해주는 서비스
SNMP (Simple Network Management Protocol)네트워크 장비를 모니터링하고 제어하는 프로토콜
FTP (File Transfer Protocol)TCP환경에서 파일 전송 프로토콜
TFTP (Trival File Transfer Protocol)UDP환경에서 파일 전송 프로토콜
HTTP (Hypertext Transfer Protocol)웹상에서 정보를 주고받을 수 있는 프로토콜

TCP 와 UDP 비교

프로토콜 종류TCPUDP
연결 방식연결형
- 세션 연결		비연결형(실시간)
- 세션 연결없이 목적지 주소만 알면 보냄
패킷 교환 방식가상 회선 방식데이터그램 방식
전송 순서전송 순서 보장전송 순서 변경 가능
수신 여부 확인확인비확인
통신 방식Point to point(1:1)N:N 통신
신뢰성높음낮음
속도느림빠름
헤더복잡간단
프로토콜FTP(20, 21), SSH(22), Telnet(23), HTTP(80), HTTPS(443), POP3(110)DNS(53), DHCP(67, 68), TFTP(69), SNMP(161, 162)
비고Sliding window, 3-way Handshaking-

ICMP(Internet Control Message Protocol)란?

  • 인터넷 제어 메시지 프로토콜(ICMP)로 일반적으로 네트워크 트러블슈팅(문제진단, 해결)에 가장 많이 사용되는데, 대표적으로 명령 프롬프트 창에서 사용하는 명령어인 ping, tracert/traceroute 명령어가 ICMP를 사용함
  • 전송상의 에러를 확인할 수는 있지만 정정할 수 없음

ICMP Message TYPE

TYPEMessageDescription
0Echo replyEcho 메시지 응답 (ping 응답)
3Destination unreachable목적지 도달 불가
4Source Quench발신지 억제 (표준에서 제외됨)
5Redirect재지정, 더 빠른 경로가 있다는 것을 알림
8Echo requestEcho 메시지 요청(ping 요청)
11Time exceeded시간 초과, TTL 초과된 경우
30Traceroute해당 라우터까지 경로 체크
15~18정보 주고받기 관련DHCP가 이 역할을 대신함

ICMPv6

  • IPv4에서의 ARP, IGMP, ICMP 기능을 ICMPv6에서 수용
  • 오류를 보고하고, 정보를 얻으며, 이웃을 검사하고, 멀티캐스트 통신 관리
  • ICMPv6 메시지 유형 종류
    • 에러 보고
      • Destination Unreachable :목적지 도달 불가 (type 1)
      • Packet Too Big : 패킷 크기 초과 (type 2)
      • Time Exceeded : 시간 초과 (type 3)
      • Parmeter Problem : 인수 문제 (type 4)
    • 상대측이 제대로 동작하는지 여부 확인
      • Echo Request (type 128)
      • Echo Reply (type 129)
    • 이웃 탐색 (NDP, Neighbor Discovery Protocol) : IPv4의 ARP 역할 및 특정 호스트로의 전달 가능 여부 검사
      • Router Solicitation(RS) : 라우터 요청 (type 133)
      • Router Advertisement(RA) : 라우터 광고 (type 134)
      • Neighbor Solicitation(NS) : 이웃 요청 (type 135)
      • Neighbor Advertisement(NA) : 이웃 광고 (type 136)
      • Redirect : 재지정 메시지 (type 137)
    • 그룹 멤버십 관리 (MLD, Multicast Listner Discover ) : type 130 ~ 132
      • IPv4의 IGMP 역할
      • 그룹 멤버쉽 형태로는 보고(Report), 질의(Query), 종료(Termination)

IGMP(Internet Group Management Protocol)

  • 인터넷에서 멀티캐스트를 위한 그룹을 관리하는 포로토콜
  • IGMP의 동작
    1. 그룹 가입
    2. 그룹 감시
    3. 그룹 응답
    4. 그룹 탈퇴
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