네트워크 OSI 7계층, TCP/IP 4계층

 

 

# 네트워크는 Layerd Architecture로 구성되어 있다.

네트워크는 결국 전기신호를 다른 장치, 컴퓨터로 보내는 작업이다.

어플리케이션에서 문제,, 네트워크를 찾는 과정에서 문제, 전기 신호의 문제가 하나로 통합되어 있다면 유지보수, 개발이 상당히 복잡하고 어려워진다. 또한  문제가 터졌을 때 트러블슈팅을 하기도 힘들다.

PC방에서 게임을 하는데 연결이 끊겼다. 어떻게 확인해야 할까?

- 모든 PC에서 문제가 있다면 네트워크 라우터(3-Network Layer) 또는 네트워크 회선(1-Physical Layer)의 문제.
- PC의 특정 게임에만 문제가 있다면 (7-Application Layer)의 문제일 가능성이 높다.

 

그래서 우리가 사용하는 네트워크는 OSI 7 계층구조로 이루어져있다.

TCP/IP 4계층은 TCP/IP 프로토콜에 초점을 맞춰서 다시 구분지은 계층이다. 네트워크 프로토콜에서 [1,2계층], [5,6,7계층]을 구분하는건 의미가 없어서 하나로 묶어서 표현한 계층이라고 생각하면 된다.

 

@ 1. Physical, 물리 계층 (📌TCP/IP - Network Interface 계층)

전기신호, bit 전달

전기적인 비트단위 [0,1]가 정상적으로 전달되었는지 확인하는 계층이며 데이터가 무엇인지, 에러가 발생했는지 여부는 신경쓰지 않는다. ➡ 전기 케이블, 리피터(신호 증폭기), 단순한 허브(신호 분배기)

 

 

@ 2. DataLink, 데이터링크 계층 (📌TCP/IP - Network Interface 계층)

기기에 고유주소(Mac 주소) 부여, 오류 검출, 흐름제어 및 재전송

물리 계층이 단순히 전기신호만 전달했다면, DataLink 계층은 오류와 데이터 흐름을 관리한다.

Mac 주소를 사용하여 [데이터를 보낼 주소]를 구분하고 통신하고, 오류가 발생했다면 이 계층에서 재전송을 담당한다.

참고로 요즘은 스위치 기능이 있는 허브도 있어서, 장치로 물리, 데이터링크를 구분하기 애매하긴 하다.

프레임에 Mac주소를 부여하고, 에러/재전송/흐름을 담당.

 

 @ 3. Network, 네트워크 계층(📌TCP/IP - IP, Internet 계층)

주소(IP)를 부여하고 최적의 경로(Routing)를 설정

이 계층에서는 IP주소를 사용하며 데이터를 목적지까지 빠르게 전달하는 라우팅(Routing)과 관련있다.

➡ 참고로 이 공략 루트가 좋아! 할때 사용하는 Route에 ing를 붙인것이 Rounting이다. 모르는 사람이 많길래..ㅎ;

인터넷에서 사용하는 데이터를 담는 상자를 패킷(Package + bucket, Packet)이라고 한다.

경로를 선택하고, 경로에 따라 패킷을 전송해주는 것을 담당하여 여기에는 다양한 라우팅 프로토콜이 사용된다.

원래는 라우터장치만 이 기능을 담당했지만, 요즘은 2계층의 스위치에 라우팅 기능이 포함된 경우도 있다.

 

 

 @ 4. Transport, 전송 계층(📌TCP/IP - IP, Internet 계층)

전송 계층이 따로 존재하는 이유는, 단순히 네트워크 경로지정(3계층)만으로는 한계점이 있기 때문이다.

3계층에서는 경로지정, 오류검출만 담당할 뿐, 연결성과 신뢰성을 보장할 수 없다.

그래서 논리적인 연결 상태라는 개념을 도입한 TCP/UDP 프로토콜을 사용한다.

즉 양 끝단의 기기(End to End)의 사용자들에게 데이터의 무결성과 신뢰성을 보장해준다. 

SYN( Synchronized, 동기화요청 ) , ACK( Acknowledgement, 승인 )

다만 실제로 실시간 연결을 하는건 아니고, 일종의 검증과정을 거쳐 만드는 연결상태이다. 결국에는 라우터를 이용해서 IP통신을 하는건 변함없다. 참고로 한 컴퓨터에서 여러 프로그램을 구분하는 Port 또한 4계층에 속한다.

패킷이라는 단어와 구분하기위해 TCP로 감싼 데이터를 세그먼트(segment) 라고 부른다.

 

 

@ 5. Session, 세션 계층 (📌TCP/IP - Application 계층)

데이터가 통신하기위한 논리적인 연결, 세션을 말한다.

양 끝단의 프로세스에서 '세션'이라는 논리적인 연결 상태를 만들고 [TCP/IP 세션]을 만들고, 없애는 책임을 진다.

➡ 보통 이 과정은 운영체제가 담당한다.

 

다만 세션이라는 개념은 4계층의 역할과 비슷하기에, 어느 계층에서 발생한 문제인가? 구분하기 애매하긴 하다.

그럼에도 불구하고 세션계층을 둔 이유는, 응용프로그램(프로세스) 관점에서 연결상태가 필요하기 때문이다.

➡ 그래서 TCP/IP 계층에서는 5,6,7을 따로 구분하지않고 App으로 합친 것이다.

Session 계층에서는 양 끝단에 있는 컴퓨터의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공한다.

동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(Full Duplex)의 통신과 함께, 체크 포인팅과 유휴, 종료, 다시 시작 과정 등을 수행한다.

 

@6. Presentation, 표현계층 (📌TCP/IP - Application 계층)

전기신호(1) ➡ Mac주소, 오류검출(2) ➡ IP지정, 최적경로 설정(3)
➡ 신뢰성 보장, TCP/IP (4)  ➡ 프로세스의 [TCP/IP 세션] 생성 및 관리(5)

이제 세션까지 완성되었고, 데이터를 전송받으면 된다.

6계층은 전송받은 데이터의 인코딩 형식을 맞추는 계층이라고 생각하면 된다. 데이터마다 형식(텍스트, 이미지, 동영상)이 다르다. 만약 형식이 같다고 해도 MIME 인코딩, 암호화 방식이 다르기 때문에 어플리케이션에게 데이터가 전달되기 전 [6. Presentation] 계층에 번역해주어야 한다.

이는 7계층에 전달되기 전에 처리하는 방법도 있지만, 여기서 말하는 Presentation은 HTTP등의 프로토콜 안에서의 동작하는 압축/ 암호화등을 의미한다.

 

@7. Application, 응용계층 (📌TCP/IP - Application 계층)

최종 목적지이다.  네트워크 입/출력을 담당하는 부분이며 HTTP, FTP, SMTP, POP3 같은 프로토콜들이 포함된다.

 

결국에는 프로그램들이 [HTTP 등의 프로토콜]을 통해 데이터를 받아서 사용하는거라, 네트워크 계층의 끝은 HTTP 같은 프로토콜이지 프로그램이 아니다.

물론 내가 직접 네트워크 프로토콜을 설계해서 데이터를 소켓에 담아 전송하면, 그건 7계층이라고 볼 수 있다.