네트워크 계층 모델 OSI, TCP/IP + 캡슐화

네트워크/계층 모델

by 초띠 2023. 4. 23. 02:50

<네트워크 계층 모델>

네트워크 계층 모델은 네트워크 통신이 일어나는 과정을 계층적으로 나눈 것을 말한다.

대표적으로 ISO(국제표준화기구)에서 지정하여 교육용으로 많이 쓰이는 공적 표준 모델인 OSI와
사실 표준 모델로 실무에서 주로 쓰이는 TCP/IP 모델이 있다.

<OSI 7계층을 왜 사용하나요?>

데이터의 흐름을 쉽게 파악할 수 있다.
네트워크를 공부할 때 편하다. ( 교육용으로 많이 쓰이는 이유 )

네트워크를 계층화 했기 때문에 여러 회사의 다양한 장비를 사용해도 이상이 없다.

<OSI 7계층 - 1계층 물리계층>

- 역할
장비들 사이에서 bit 이동을 한다.
전압, 전선, 핀 아웃, 케이블을 명시한다.
장비 간 기계적, 절차적 연결을 정의한다.
디지털 신호와 아날로그 신호를 변환하여 물리적 전송을 가능하게 한다
PDU : bit

- 대표 장비
허브 : 구식 스위치. 선호하지 않는다. 왜냐하면 데이터 전송이 가능하지만 관리나 구분이 되지 않는다.
라우터나 스위치처럼 테이블이 없어서 모든 장비에게 전송하기 때문에 비효율적이다.
하지만 비용이 저렴하여 기호에 따라 사용하기도 한다.

리피터(증폭기) : 신호 증폭용. 물리적(회선)으로 연결되어 있다 보니 패킷의 신호가 약해져서 손실되는 것을 막기 위해 중간에 위치하여 신호를 증폭시킨다.

<OSI 7계층 - 2계층 데이터링크 계층>

- 역할
bit를 byte로, byte를 frame으로 결합한다.
MAC address를 사용한다.
에러를 탐지한다. (제어)
물리적 계층에 대한 데이터 전송에 신뢰성을 제공한다.
데이터 전송을 담당한다.
PDU : frame (data frame)

-대표 장비
스위치 : 데이터 전송 및 관리 기능을 제공한다. (3계층 역할의 스위치도 있다.)

<OSI 7계층 - 3계층 네트워크 계층>

- 역할
패킷의 이동 경로를 담당한다.
경로선택(라우팅), IP를 정의하는 계층이다.
최적 경로를 탐색한다.
PDU : 패킷

- 대표 장비
라우터 : 데이터 전송 경로 관리 및 전송 작업

<잠깐! 프로토콜이란?>

프로토콜 : 서로의 원활한 통신을 위한 통신 규약
ex) IP, ICMP, IGMP, ARP

IP : 인터넷 전송 프로토콜. IP프로토콜에 의해 패킷이 전송된다.
ICMP : 인터넷 통신 상태 확인 프로토콜
ARP : IP 주소와 MAC 주소를 매핑한다. *(2계층에선 IP주소라를 이해하지 못하기 때문에 2계층에서 사용되는 MAC 주소를 다루지만, 3계층 프로토콜이다.)

<OSI 7계층 - 4계층 전송 계층>

- 역할
정보를 분할하고, 상대편 도달 전에 다시 합치는 과정을 담당한다.
통신에 있어서 에러를 제어하고 흐름을 제어한다.
포트를 통해 구분된다.
PDU : 세그먼트

세그먼트 값을 이용해서 순서화, 합치기 등을 한다.
동시에 여러 작업을 할 때 포트번호로 구분할 수 있게 한다.

- 대표 프로토콜
TCP : 세션이 연결되어 있기 때문에 IP의 신뢰성 있는 통신을 담당한다. 핸드셰이크 과정 등 다양한 과정을 거치느라 당연히 느리다. 패킷의 손실이 있으면 안될 때 사용한다. (금융관리 등)

UDP : 세션을 열지 않아 TCP보다 빠르지만 신뢰성 없는 통신을 담당한다. 상대가 패킷을 놓치는 것을 신경쓰지 않고 계속 전송하기만 한다. 따라서 일부 손실이 상관없을 때 사용한다.

<OSI 7계층 - 5계층 세션 계층>

- 역할
세션을 열고 닫는 관리 기능을 한다.
양쪽 통신이 끊기지 않게 유지한다.

<OSI 7계층 - 6계층 표현 계층>

- 역할
전송 데이터의 포맷(Format)을 결정한다. (jpg, mp4, avi, gif 등)

<OSI 7계층 - 7계층 응용 계층>

- 역할
사용자 인터페이스 (chrome, firefox 등)

- 프로토콜
DNS, HTTP, HTTPS, SSH, FTP, SMTP, POP3, DHCP 등등
우리가 사용하는 대부분의 프로토콜은 7계층의 프로토콜이다.

<통신 방식>

7 -> 1 | 상대편 | 1 -> 7

<TCP/IP 5계층을 왜 사용하나요?>

표준화가 되어있어 다른 네트워크에서도 사용하기 때문에 전 세계적으로 널리 사용된다.
새로운 기술이나 서비스가 도입되어도 쉽게 적용할 수 있고, 필요에 따라 계층을 추가하거나 제거할 수 있는 것처럼 유연하다.
대역폭을 효율적으로 활용할 수 있다. 상위 계층에서 전송되는 데이터의 양을 제어할 수 있고, 이로 인해 네트워크의 성능을 최적화할 수 있다.

<TCP/IP 5계층>

TCP/IP 5계층은 OSI 7계층에서 5, 6, 7계층을 하나의 계층으로 묶은 것이다.
OSI 모델에서는 각 계층별로 여러 개의 프로토콜이 사용될 수 있지만, TCP/IP 모델에서는 주로 TCP, UDP, IP 등의 프로토콜을 사용한다.

TCP/IP 모델은 위의 두 특징처럼 OSI 모델보다 간단하고 실용적이므로 실제 인터넷에서 사용되는 모델이다.

<캡슐화와 탈캡슐화>

캡슐화 : 네트워크 통신에서 데이터를 전송할 때 보내는 데이터에 헤더와 트레일러를 추가하여 패킷으로 만드는 과정이다.

패킷의 헤더와 트레일러에는 데이터 전송에 필요한 정보가 포함되어 있어, 데이터 전송의 안정성을 높인다.
전체 데이터를 한번에 보내는 것보다 작은 패킷들을 나누어 전송하는 것이 더 효율적이고, 전송 중 오류가 발생해도 해당 패킷만 재전송하면 되므로 전체 전송 시간을 단축시킨다. 따라서 캡슐화는 효율적인 데이터 전송을 가능하게 한다.

탈캡슐화 : 수신측에서 패킷을 받아 헤더와 트레일러를 제거하고 원래의 데이터를 추출하는 과정이다.

패킷의 헤더와 트레일러에 담긴 정보를 활용하여 데이터 전송의 안정성을 유지하고, 원래의 데이터를 정확하게 추출한다.

캡슐화와 탈캡슐화는 네트워크 통신에서 매우 중요하며, 패킷 분석 및 디버깅 등에서 필수적으로 사용된다.