[Network] 네트워크 계층 모델

네트워크 계층 모델에는 OSI 7 계층, TCP/IP 4 계층으로 나누어 진다.

OSI 7 계층 모델

OSI 7 계층 모델 은 네트워크를 이루고 있는 구성요소들을 7단계로 나누고, 각 계층의 표준을 정하였다.

탄생 배경

• OSI 7 계층 모델은 ISO(International Organization for Standardization) 라고 하는 국제표준화기구에서 1984년에 제정한 표준 규격이다.

• 네트워크 유형에 관계없이 상호 통신이 가능한 규약 즉, 프로토콜(Protocol)이 필요했다. 그래서 ISO는 제조사에 상관없이 공통으로 사용할 수 있는 네트워크 표준 규격을 정의했다.

목적

• 표준화를 통하여 포트, 프로토콜의 호환 문제를 해결하고, 네트워크 시스템에서 일어나는 일을 해당 계층 모델을 이용해 쉽게 설명할 수 있다.

• 네트워크 관리자가 문제가 발생했을 때 이것이 물리적인 문제인지, 응용 프로그램과 관련이 있는지 등 원인이 어디에 있는지 범위를 좁혀 문제를 쉽게 파악할 수 있다.

계층 기능

OSI 7 계층은 하드웨어 및 소프트웨어가 수행하는 기능에 따라 이를 7개의 계층(또는 레이어) 으로 구분하였다.

1계층 - 물리계층

OSI 모델의 맨 밑에 있는 계층으로서, 시스템 간의 물리적인 연결과 전기 신호를 변환 및 제어하는 계층이다.

• 주로 물리적 연결과 관련된 정보를 정의한다.
• 주로 전기 신호를 전달하는데 초점을 두고, 들어온 전기 신호를 그대로 잘 전달하는 것이 목적이다.
  => e.g. 디지털 또는 아날로그로 신호 변경

2계층 - 데이터링크 계층

네트워크 기기 간의 데이터 전송 및 물리주소(e.g. MAC 주소)를 결정하는 계층이다.

• 물리 계층에서 들어온 전기 신호를 모아 알아볼 수 있는 데이터 형태로 처리 한다.
• 이 계층에서는 주소 정보를 정의하고 출발지와 도착지 주소를 확인한 후, 데이터 처리를 수행한다.
  => e.g. 브리지 및 스위치, MAC 주소

3계층 - 네트워크 계층

OSI 7 계층에서 가장 복잡한 계층 중 하나로서 실제 네트워크 간에 데이터 라우팅을 담당한다.

• 라우팅(Routing) : 어떤 네트워크 안에서 통신 데이터를 짜여진 알고리즘에 의해 최대한 빠르게 보낼 최적의 경로를 선택하는 과정
  => e.g. IP 패킷 전송

4계층 - 전송 계층

컴퓨터간 신뢰성 있는 데이터를 서로 주고받을 수 있도록 하는 서비스를 제공하는 계층이다.

• 하위 계층에서 신호와 데이터를 올바른 위치로 보내고 신호를 만드는데 집중했다면, 전송 계층에서는 해당 데이터를 실제로 정상적으로 보내지는 지 확인하는 역할을 한다.
• 네트워크 게층에서 사용되는 패킷은 유실되거나 순서가 바뀌는 경우가 있는데, 이를 바로 잡아주는 역할도 담당한다.
  => e.g. TCP/UCP 연결

5계층 - 세션 계층

세션 연결의 설정과 해제, 세션 메시지 전송 등의 기능을 수행하는 계층이다.

• 컴퓨터간의 통신 방식에 대해 결정하는 계층이라고 할 수 있다.
• 양 끝 단의 프로세스가 연결을 성립하도록 도와주고, 작업을 마친 후에는 연결을 끊는 역할을 한다.

6계층 - 표현 계층

응용 계층으로 전달하거나 전달받는 데이터를 인코딩 또는 디코딩하는 계층이다.

• 일종의 번역기 같은 역할을 수행하는 계층이라고 볼 수 있다.
  => e.g. 문자 코드, 압축, 암호화 등의 데이터 변환

7계층 - 응용 계층

최종적으로 사용자와의 인터페이스를 제공하는 계층이다.

• 사용자가 실행하는 응용 프로그램(e.g. Google Chrome)들이 해당 계층에 속한다.
  => e.g. 이메일 및 파일 전송, 웹 사이트 조회

데이터 송수신

OSI 7계층 모델은 송신 측의 7계층과 수신 측의 7계층을 통해 데이터를 주고 받는다. 각 계층은 독립적이므로 데이터가 전달되는 동안에 다른 계층의 영향을 받지 않는다.

1. 데이터를 전송하는 쪽은 데이터를 보내기 위해서 상위 계층에서 하위 계층으로 데이터를 전달한다.

• 이때 데이터를 상대방에게 보낼 때 각 계층에서 필요한 정보를 데이터에 추가하는데 이 정보를 헤더(데이터링크 계층에서는 트레일러)라고 한다.
• 이렇게 헤더를 붙여나가는 것을 캡슐화라고 한다.

2. 물리 계층에 도달하며 송신 측의 데이터링크 계층에서 만들어진 데이터가 전기 신호로 변환되어 수신 측에 전송된다.

• 데이터를 받는 쪽은 하위 계층에서 상위 계층으로 각 계층을 통해 전달된 데이터를 받게 된다.
• 이때 상위 계층으로 데이터를 전달하며 각 계층에서 헤더(데이터링크 계층에서는 트레일러)를 제거해 나가는 것을 역캡슐화라고 한다.

3. 역캡슐화를 거쳐 마지막 응용 계층에 도달하면 드디어 전달하고자 했던 원본 데이터만 남게된다.

TCP/IP 4 계층 모델

TCP/IP 4 계층 모델 은 OSI 모델을 기반으로 실무적으로 이용할 수 있도록 현실에 맞춰 단순화된 모델이다.

OSI 7계층 이론을 실제 사용하는, 즉 실용성에 기반을 둔 현대의 인터넷 표준이 TCP/IP 4계층이라고 할 수 있다.

계층 기능

TCP/IP 4계층 모델은 그림과 같이 응용 계층, 전송 계층, 인터넷 계층, 네트워크 접속 계층으로 이루어져 있다.

4계층 - 어플리케이션 계층

OSI 계층의 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층에 해당하며 TCP/UDP 기반의 응용 프로그램을 구현할 때 사용한다.

• e.g. FTP, HTTP, SSH

3계층 - 전송 계층

OSI 계층의 전송 계층에 해당하며 통신 노드간의 연결을 제어하고, 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당한다.

• e.g. TCP/UDP

2계층 - 인터넷 계층

OSI 계층의 네트워크 계층에 해당하며 통신 노드 간의 IP 패킷을 전송하는 기능 및 라우팅을 담당한다.

• e.g. IP, ARP, RARP

1계층 - 네트워크 인터페이스 계층

OSI 계층의 물리 계층과 데이터 링크 계층에 해당하며 물리적인 주소로 MAC을 사용한다.

• e.g. LAN, 패킷망 등에 사용

Reference

CODESTATES (SEB_FE_43)