OSI7 계층 공부

네트워크란 통신 매체의 링크를 통해 연결된 Node들의 집합을 말한다.

• Source 와 Destination을 연결해주는 유, 무선 장치
• Source와 Destination은 Pc, Server, Sw, Router 등이 될 수 있다.

네트워크의 구성요소

• Server
  • Data또는 Resource를 제공하는 System
• Client
  • Data또는 Resource를 제공받는 System
• 매체
  • Cable, 전파
  • Client와 Server를 연결해주는 것 (유, 무선)
• Message
  • 보내고 받는 모든 Data
• Protocol
  • 통신 규약
  • 통신 규약이 없다면 Server와 Client는 연결될 수 없다.

OSI Model 이란?

네트워크 장치의 형태와 목적 OS가 다르기 때문에 표준화된 모델이 필요하기 때문에 만든것이다.

• 1947년 ISO에서 제안했으며 개방형 시스템의 통신을 위해 7개의 계층(OSI7)을 제안했다.
• OSI7은 각 계층별로 고유한(독립적인) 기능을 가지고 있다.

OSI 참조모델

7계층	응용 계층 (Application Layer)
6계층	표현 계층 (Presentation Layer)
5계층	세션 계층 (Session Layer)
4계층	전송 계층 (Transport Layer)
3계층	네트워크 계층 (Network Layer)
2계층	데이터링크 계층 (Data Link Layer)
1계층	물리 계층 (Physical Layer)

• 4계층~7계층은 Software 기반
• 1계층~3계층은 Hardware 기반
  • 3계층의 대표적인 장치는 Router
  • 2계층의 대표적인 장치는 Switch
  • 1계층의 대표적인 장치는 NIC (Network Interface Card) - ex) 랜카드

물리 계층 (Physical Layer) - L1

사용자 데이터를 물리 매체(유, 무선) 상에서 소통이 가능한 통신 신호로 변환하여 전송하는 계층

• 전기 통신에 기반을 두고 있다.

신호 전송을 위한 4가지 특성

• 전기적 특성 : 전압 레벨과 전압이 변하게 되는 시점
• 기능적 특성 : 케이블의 기능적 특성을 정의
• 절차적 특성 : 데이터 전송의 절차 규정 (Protocol로 볼수 있다.)
• 물리적 특성 : 표준 케이블 간의 물리적 연결 정의

물리 계층 정리

• 케이블과 관련된 계층
• 데이터를 통신 링크상에 전송할 수 있는 형태로 변환
• 물리 계층에서 데이터 송수신에 오류가 발생하더라도 복구하지 않는다.
• 구리선 매체가 전도율이 우수하고 부식에 대한 특성이 좋으며, 유연성이 뛰어나고 강성이 좋다.
  • 하지만 최근엔 광섬유 매체가 많이 대체하고 있다.
  • 구리선 매체의 대표적 케이블로 UTP케이블(랜선)이 있다.
    
    • UTP 케이블은 Direct와 Cross 케이블로 나눠진다.
      • Direct는 서로 다른 계층 장치 연결시 사용된다. (예시 : Router와 Switch)
      • Cross는 서로 동일한 계층 장치 연결시 사용된다. (예시 : PC와 PC)
    • UTP 케이블은 제작 및 설치가 쉬우나 잡음, 간섭에 약하다.
• 물리 계층에서 전송되는 데이터를 비트(bit)라고 한다.

데이터링크 계층(Data Link Layer) - L2

• 서로 다른 네트워크 장치 간의 데이터 전송을 담당한다.
• 데이터링크 계층에서 전송되는 데이터를 프레임(Frame)이라고 한다.
• MAC(Media Access Control)매체 접근 제어 및 48bit의 16진수 주소를 사용한다.
  • MAC Address는 물리 주소 또는 하드웨어 주소, 구워진 주소로 불린다.
  • MAC Address의 경우 NIC회사에서 ROM에 영구적으로 기입되어 나온다.
    • Hardware적으로 주소 변경 불가하지만 Software적으로는 가능하다.
  • MAC Address 예시로는 E0-3F-43-EA-50-B7
  • Frame Control, L2 보안을 위해서 사용된다.
• Switch는 Frame전송을 위한 MAC Table을 사용한다.

데이터링크 계층의 5가지 주요기능

• 프레이밍(Framing) : 물리 계층에서 수신한 신호를 조합하여 프레임 단위의 정해진 크기의 데이트로 만든다.
• 흐름 제어(Flow Control) : 송신 측과 수신 측간의 데이터 흐름을 제어한다.
• 오류 제어(Error Control) : 프레임 전송 시 발생한 오류를 복원하거나 재전송할 수 있다.
• 접근 제어(Access Control) : 매체 상의 장치가 여럿 존재할 때 통신 장치의 활동 상황을 고려하여 데이터 전송 가능 여부 결정
• 동기화(Synchronization) : 프레임 헤더에 전송된 프레임의 타이밍 정보를 맞추기 위한 특별한 비트 패턴을 제공
  • 프레임 헤더에는 송신 및 수신 장치의 주소(MAC)가 포함되어있다.
  • 트레일러에는 오류 검출을 위한 오류 검출 코드가 포함되어 있다.

네트워크 계층(Network Layer) - L3

• 네트워크 계층의 데이터를 패킷(Packet)이라고 한다.
• IP주소를 기반으로 패킷을 전달하는 계층이다.
• Router가 패킷을 수신하면 어떤 경로로 패킹을 전송할 것인지 라우팅 프로토콜에 따라 판단한다.
• 라우터는 LAN 구간의 통신을 위해 MAC주소를 보유한다.
  • Router는 IP주소와 MAC 주소를 같이 보유한다.
• LAN 구간과 WAN 구간을 연결시켜주는 계층이다.
  • LAN 구간이란 PC - Switch - Router를 말한다.
  • WAN 구간이란 Router와 Router가 연결되는 구간을 말한다.

네트워크 계층의 3가지 주요 기능

• 패킷 전달(Packet Forwarding) : 종단 간 (End to End)의 패킷 전달 수행
• 라우팅(Routing) : Routing Protocol을 기반으로 효율적인 경로 선택
• 논리적인 주소(Logical Address) 사용
  • IP 프로토콜 헤더를 붙여 캡슐화를 수행한다.
  • IP 주소를 사용하여 사용자 데이터를 목적지로 전달한다.

네트워크 계층에서는 논리적 링크와 물리적 링크를 함께 사용하여 패킷을 전달한다.

네트워크 계층의 프로토콜

• IP : Internet Protocol로 v4, v6가 있다. (주소를 의미한다.)
• ARP : Address Resolution Protocol로 IP주소를 기반으로 MAC 주소를 찾을 때 사용된다.
• RARP : Reverse ARP로 MAC 주소를 기반으로 IP 주소를 찾을 때 사용된다.

전송 계층(Transport Layer) - L4

• 전송 계층 데이터를 세그먼트(Segment)라고 한다.
• 세그먼트 헤더에는 포트 번호 또는 소켓 주소가 포함되어 있다.
• 종단 간 (End to End) 데이터 통신 보장
• 흐름 제어와 오류 제어 등을 통해 데이터 통신을 보장한다.
• 지연(Delay)에 따른 왜곡 및 대여폭 부족 문제를 해결한다.
• 동시에 여러개의 논리적 연결을 지원한다.
• 사용자 데이터 분할과 재조립

세션 계층(Session Layer) - L5

• 세션 계층 데이터를 메시지(Message)라고 한다.
• 통신의 시작과 종료를 정의한다.
  • Session이 종료됬다는 말은 통신이 종료되었다는 말이다.

표현 계층(Presentation Layer) - L6

• 데이터를 어떻게 표현하는지를 정의하는 계층이다.
• 응용 계층에서 생성된 데이터는 컴퓨터에서 만들어진 데이터이고, 이 데이터를 다른 컴퓨터가 이해 할 수 있는 형태로 변환한다.
  • 예시로는 ASCll, Binary, ASN.1
• 암호화를 통해 데이터의 보안을 높인다.
• 데이터 압축 기능을 지원한다.

응용 계층(Application Layer) - L7

• 응용 프로그램과 통신 프로그램 사이를 연결하는 역할을 한다.
• OSI 최상위 계층으로 사용자와 가장 가까운 계층이다.

응용 계층의 프로토콜 예시

• FTP : 파일 전송 프로토콜
• SMTP : 메일 전송 프로토콜
• SNMP : 모니터링
• Telent : 원격 접속
• SSH : 암호화 원격 접속
• http : www 이용시 사용 (데이터 보낼때 암호화 X)
• https : http의 보안이 강화된 프로토콜 (데이터 보낼때 암호화 O)

OSI7 계층 캡슐화

• OSI 참조 모델은 각 계층별로 고유 기능과 역할이 존재한다.
• 각 계층의 고유 기능만을 수행하며 계층 간 독립성을 유지한다.
• 계층별 헤더는 각 프로토콜의 동작에 필요한 요소를 기록한다.
• 헤더는 데이터 유닛의 맨앞에 붙는다.
• 데이터를 하위 계층으로 전송할 경우 헤더를 추가
• 데이터를 상위 계층으로 전송할 경우 헤더를 제거

계층 별 캡슐화

• 캡슐화는 헤더와 트레일러를 추가하는 과정
  • 헤더 + 데이터 + 트레일러
  • 트레일러가 추가되는 것은 L2이다.
• 역캡슐화는 헤더나 트레일러를 제거하는 과정

OSI 참조 모델을 기반으로 하는 통신 프로토콜은 계층 간의 캡슐화, 역캡슐화라는 과정을 통해 데이터를 주고 받는다.