Network를 통해 정보를 주고받을 때, 정형화된 여러 단계를 거친다.
이 과정을 계층으로 표현하며 이렇게 통신이 일어나는 과정을 계층으로 나눈 구조를 network reference model, 네트워크 계층 모델 이라고 한다.
이렇게 계층구조로 나누는 이유는 네트워크의 구성과 설계가 용이하다는 점과 네트워크 문제 진단, 해결이 용이하다는 점에서 채용한다.
network reference model은 대표적으로 OSI model과 TCP/IP model 2가지가 있다.
OSI Model
국제 표준화 기구 ISO에서 만든 model이며 통신 단계를 7개의 계층으로 나눈다.
OSI 7계층 이라고도 부르며 아래와 같은 구조이다.
1. physical layer
최하단에 있는 계층으로 1과 0으로 표현되는 bit 신호를 주고받는 계층
가장 근원적인 통신이 이루어지는 계층이며 매체에 맞는 신호로 운반되도록 bit 데이터의 변환이 이루어지고 통신 매체를 통한 송수신이 이루어지는 계층이다.
주로 네트워크 장비, 통신 매체에 관한 이야기가 주로 이루어진다.
2. data link layer
network 내 주변 장치 간의 정보를 올바르게 주고받기 위한 계층
LAN 기술이 주로 이루어지며 physical layer를 통해 주고받는 정보에 오류가 없는지 확인하고 MAC 주소라는 주소 체계를 통해 network 내 송수신지를 특정할 수 있다.
때로는 전송 중 충돌문제를 해결하기도 하는 계층이다.
3. network layer
message를 다른 network에 속한 수신지까지 전달하는 계층
network layer에서는 network 간의 통신이 이루어지며, internet이 가능하게 하는 계층이라고 할 수 있다.
IP 주소라는 주소 체계를 통해 통신하고자 하는 수신지 host와 network를 식별하고 원하는 수신지에 도달하기 위한 최적의 경로를 결정한다.
4. transport layer
신뢰성 있고 안정성 있는 전송을 해야 할 때 필요한 계층
packet이 정상적으로 보내졌는지, 유실이 있는지 등 확인을 해야 할때 transport layer에서는 packet의 흐름을 제어하거나 전송 오류를 점검해 신뢰성 있고 안정적인 전송이 이루어지도록 한다.
그 외에도 port라는 정보를 통해 실행 중인 application의 식별이 이루어지기도 한다.
5. session layer
session을 관리하기 위한 계층
session은 통신을 주고받는 host의 application 간 연결 상태를 의미하며 이러한 연결 상태를 생성하거나 유지하고, 종료되면 끊어 주는 역할을 담당한다.
6. presentation layer
사람이 사용하는 문자를 컴퓨터가 이해하는 code로 변환하거나, 압축, 암호화 등의 작업을 진행하는 계층
7. application layer
OSI 7계층 최상단에 있는 계층
사용자와 그 응용 프로그램과 가장 밀접히 닿아있는 계층이며 application layer는 사용자가 이용할 application에 다양한 서비스를 제공한다.
실질적인 network service가 제공되며 타 layer에 비해 application layer에 속한 protocol이 많다.
TCP/IP Model
이론 보다는 구현에 중점을 둔 model
OSI model의 목적이 이상적인 설계라면 TCP/IP의 목적은 실용적인 구현을 목표로 한다.
TCP/IP 4계층, internet protocol suite 등으로도 부르며 IP는 Internet Protocol이라고 하고 오늘날 네트워크 구현의 핵심으로 간주한다.
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network access layer
link layer 혹은 network interface layer라고도 부르며 OSI model의 data link layer와 유사하다.
TCP/IP model에서의 최하위 계층이며 OSI model에서의 physical layer의 개념이 없다고 보는 견해도 있다. -
Internet layer
OSI의 network layer와 유사하다. -
transport layer
OSI model의 transport layer와 유사하다. -
application layer
OSI model의 session, presentaion, application을 합친 것과 유사하다.
encapsulation and decapsulation
packet은 송신 과정에서 encapsulation, 수신 과정에서 decapsulation이 이루어진다.
encapsulation
packet 교환 network에서 message는 packet 단위로 송수신되는데, 송신 시 각 layer에서는 상위 layer로 부터 내려받은 packet을 payload로 삼아, protocol에 걸맞은 header를 덧붙인 후 하위 layer로 전달한다.
이 과정을 encapsulation이라고 한다.
decapsulation
message를 수신하는 과정에서는 이러한 header를 각 layer에서 확인 후 제거하는데 이를 decapsulation이라고 한다.
PDU
각 layer에서 송수신되는 message의 단위를 PDU라고 한다.
OSI model의 각 layer에서 PDU를 정리하면 아래 표와 같다.
| OSI Layer | PDU |
|---|---|
| application | |
| presentaion | Data |
| session | |
| transport | segment |
| network | packet |
| data link | frame |
| physical | bit |
PDU는 주로 transport layer 이하의 message를 구분하기 위해 사용되며 이보다 높은 layer는 일반적으로 data 혹은 message라고 지칭하는 경우가 많다.
주의사항
network reference model
사실 OSI 7계층이나 TCP/IP 4계층은 통신이 일어나는 단계를 역할별로 나눈 큰 그림일 뿐, 규칙이나 작동 주체가 아니다.
즉, 반드시 지켜야 한다거나 하는 것이 아는 reference로서 바라봐야 하는 부분이다.
성능 지표
network 내의 정보량을 traffic이라고 부르며 traffic이 몰리는 경우 overhead가 발생할 수 있다.
이를 확인하고 처리하는 성능 지표로는 처리율, 대역폭, packet loss 가 있다.
- throughput : 처리율로 bps 단위를 사용하고, 실시간성이 강하며 특정 노드가 얼마만큼의 traffic을 처리하는 중인지 판단하기 위해 사용하는 경우가 많다.
- bandwidth : 대역폭으로 신호 처리 영역에서의 정이와 network 성능 지표에서의 정의가 다르다. 단위 시간 동안 통신 매체를 통해 송수신 가능한 최대 정보량을 의미하며 bps 단위를 사용한다.
- packet loss : 송수신되는 packet이 손실되는 상황을 의미한다. 높은 traffic으로 인해 순간적으로 처리해야 할 packet이 너무 많아지거나 예기치 못한 장애가 발생하면 발생한다. 전체 packet 중 유실된 packet을 백분율로 표현한 값을 사용하는 경우가 많다.
