OSI 7 Layer 정리 및 TCP/IP 프로토콜 정리

프로그래밍에서 제일 중요한 것이 '설계'이다.

설계를 탄탄하게 해야 논리적으로 구멍이 없는 코딩이 가능해진다. 라고 배웠다. (ㅋㅋ)

여튼 아직 내 지식으로는 설계를 하기에는 무리이지만, 설계를 위한 배경지식으로 꼭 필요한 OSI 7Layer 와 TCP/IP 프로토콜에 대해 정리를 해보고자 한다.

 

1. OSI model 이란?

 - Open Systems Interconnection Reference Model 의 줄임말로 국제 표준화기구에서 개발한 모델이며, 호환성의 관점에서 '표준' 이라는 단어는 굉장히 중요하다. 따라서, 거의 대부분의 설계가 이 모델을 바탕으로 이루어진다.

 

2. WHY?

 - 큰 틀에서 이 모델을 참조하는 이유는 호환성과 유지보수를 쉽게 하기 위함이다.

 - 정해진 기준이 없으면 A회사에서 만든 기기와 B회사에서 만든 기기가 서로 연결이 안되는 상황이 생긴다.

 - 각각의 계층은 독립되어있으며, 상하 구조를 가진다.

 - 독립성이 부여됨으로써 각각의 계층별로 문제가 생겼을 때는 문제가 생긴 곳만 고치면 된다. 상하 구조를 가짐으로써 네트워크 흐름파악과 데이터 흐름 파악에 도움이 된다.

 

3. OSI 7 Layer 흐름 설계도 

 

출처 : https://www.stevenjlee.net/2020/02/09/%EC%9D%B4%ED%95%B4%ED%95%98%EA%B8%B0-osi-7%EA%B3%84%EC%B8%B5-%EA%B7%B8%EB%A6%AC%EA%B3%A0-tcp-ip-4%EA%B3%84%EC%B8%B5/

4. 계층별 설명

 (1) 물리 계층 (Physical)

    - 대표적 하드웨어이다. 이 계층에서는 Bit를 단위로 쓰며, 데이터의 흐름을 내보내기 위한 전기적, 기계적, 기능적, 절차적 작업을 위한 필요 기능과 처리절차 등을 규정한다. 

 

 (2) 데이터 링크 (Data Link)

   - 물리적 주소(MAC 주소)를 지정하며, 전송하는 데이터의 헤더에 다음 목적지의 주소를 같이 붙인다. 또한, 꼬리 부분에는 오류 검출을 위한 부분이 붙는다. 이렇게 구성된 데이터 링크 계층의 데이터를 Frame이라고 한다. 주소 체계는 계층이 없는 단일 구조이다.

   - 이 밖에도 Data 재전송/흐름제어 기능이 있다.

   - LLC (Logical Link Control, 논리적 연결 제어) : 데이터 링크 계층의 기본 기능을 다룬다. 

   - MAC (Media Access Control, 매체 접근 제어) :  물리적 전송 선로의 특징과 매체 간의 연결 방식에 따른 제어 부분을 처리한다. 대표적으로 이더넷이 있다.

   - 위 두개의 서브레이어로 구성되어있다.

 

 (3) 네트워크 계층 (Network Layer)

    - 실질적으로 인터넷이 가능하게 하는 계층으로서, 여러개의 노드를 거칠때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층이다.

    - 다양한 길이의 데이터를 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다.

    - 논리적 주소(IP)를 할당하는 기능이 있고, 데이터 구조가 계층적이다. 한번 IP 패킷 구조를 검색해서 보면 엄청 복잡하게 생겼다.

    - Packet 전달을 위해 할당된 IP주소를 기반으로 네트워크를 구분하는 라우팅(Routing) 기능도 있고, 가장 최적의 경로를 찾기 위한 경로 설정기능 등이 있다.

 

 (4) 전송 계층 (Transport Layer)

    - 종단간(end-to-end) 통신을 다루는 최하위 계층으로 데이터 전송에 대한 전반적인 조율을 담당하는 계층이다. 특히, 이 계층에서는 신뢰성을 보장하기 때문에 상위 계층에서 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 한다.

    - 쪼개진 데이터 유닛인 '세그먼트(Segment)'를 포트 번호로 구분하여 응용 계층이 나눠 받도록 하는 분할(Segmentation) 작업이 이루어진다.

    - 서로 다른 장비 간 다른 대역폭 속도를 서로 맞춰 주는 흐름 제어 작업 (서버와 사용자 컴퓨터 간의 속도 차이)

    - 수신하지 못한 세그먼트가 있을 경우 해당 부분만 다시 송신을 요청하는 오류제어 작업 등이 이루어 진다. 여기서는 ACK의 개념이 들어간다. 이건 세그먼트 헤더 구조를 보면 ACK가 포함된 것을 볼 수 있다.

    - 대표적인 프로토콜로는 TCP, UDP가 있다. TCP가 IP위에서 작동되는 프로토콜이었어서 TCP/IP라고 많이 부르게 되었는데, 사실 TCP만 써야하는 건 아니다. 이와 관련된 프로토콜은 뒤에서 더 자세히 다루도록 하겠다.

 

 (5) 세션 계층 (Session Layer)

    - 데이터가 서로 만나는 환경을 조성해주는 단계이다. 어떤 서버에 접근을 해야할 때 인증을 하는 경우, 사용자는 아이디와 비밀번호를 입력하고 서버에 접속할 수 있다. 정상적인 로그인을 한 사용자면 접근 권한을 부여하고, 그렇지 않은 경우에는 접근 권한을 부여하지 않는다. 예시가 더 이해하기가 수월하다. TLS, SSH가 있다.

    - 이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 진다.

    - 통신을 하기 위한 세션을 확립/유지/중단 (운영체제가 해줌)

 

 (6) 표현 계층 (Presentation Layer)

    - 응용 계층으로부터 받은 데이터를 세션 계층에 보내기 전에 통신에 적당한 형태로 변환하고, 세션 계층에서 받은 데이터는 응용 계층에 맞게 변환하는 기능을 한다.

    - 코드 변환, 데이터 암호화, 데이터 압축, 구문 검색, 정보 형식(포맷) 변환, 문맥 관리 기능을 한다.
    - 예를 들면, EBCDIC로 인코딩된 문서 파일을 ASCII로 인코딩된 파일로 바꿔 주는 것이 표현 계층의 몫이다. 이외에도 각종 파일의 확장자를 생각하면 쉽다. JEPG 같은.

 

 (7) 응용 계층 (Application Layer)

    - 도착한 데이터를 최종 사용자가 확인하는 마지막 단계이다. 브라우저, 메일 등 네트워크를 활용하는 다양한 응용프로그램들이 이 계층에 포함될 수 있다. 웹 브라우저는 HTTP, HTTPS와 같은 프로토콜을 사용하고, 응용 계층에서는 FTP,DHCP,POP3,SNMP 등의 프로토콜이 있다.

 

 (8) 서칭 후기(?)

    - 웹 개발자로 일하면서도 세션에 대해서 모호하게 이해하고 있었는데 알아볼수록 더 헷갈렸던 것 같다. 

    - 제가 이해한 TLS와 HTTP의 연결성(?)인데 지나가다가 틀렸다 싶으면 댓글 달아주시면 감사하겠습니다.

 클라tcp - tls(암호화) - 비밀키 - HTTP(클라정보,비밀키)- 서버 -tls(풀기) - 비밀키풀기 - http 세션(맞으면저장)

 

5. TCP/IP 4 Layer , 인터넷 프로토콜 스위트 (Internet Protocol Suite) 란?

 - 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고받는 데 쓰이는 통신규약(프로토콜)의 모음이다. 인터넷 프로토콜 스위트 중 TCP와 IP가 가장 많이 쓰이기 때문에 TCP/IP 프로토콜 스위트라고도 불린다. OSI 7계층과 비교를 많이 하기에 설명을 묶어놓은 것 뿐이지, 완전 두 모델이 대응되지는 않는다. 7계층은 독립적인 반면, 4계층은 종속적이라는 부분부터가 큰 차이이다. 편의상 비교를 하는 것 뿐이니, 혼동하지 말자!

 

6. OSI 7계층과 TCP/IP 4계층 비교 이미지

 

출처 : https://www.stevenjlee.net/2020/02/09/%EC%9D%B4%ED%95%B4%ED%95%98%EA%B8%B0-osi-7%EA%B3%84%EC%B8%B5-%EA%B7%B8%EB%A6%AC%EA%B3%A0-tcp-ip-4%EA%B3%84%EC%B8%B5/

출처 : https://heeestorys.tistory.com/612

 

7. 계층별 설명

 

 (1) 네트워크 인터페이스 계층 (요즘은 링크 계층이라고 하는지 위키백과에서 수정됨)

    - 7계층에서 1,2에 해당하는 계층으로, 네트워크 드라이버(이더넷 카드)와 같은 물리적인 TCP/IP 패킷의 전달 및 수신 과정에 대해 담당하고 있는 계층이다. Frame을 물리적인 회선에 올리거나 내려받는 역할을 한다. 송신쪽은 패킷을 프레임으로 만들어서 물리적 회선에 올리고, 수신쪽은 프레임을 패킷으로 변환하여 상위계층에 전달한다. (2번째 이미지 참고)

 

 (2) 인터넷 계층 (Internet Layer)

   - 7계층에서 3에 해당되는 계층으로,  게이트웨이를 통하여 서로 여러 네트워크를 연결하는 개념인 인터네트워킹을 용이하게 하는 기능으로부터 이름을 따온 것이다.

   - 네트워크 패킷을 IP주소로 지정된 목적지 호스트로 전송하기 위해 사용된다. 

   - 일반적인 설계 관점은 견고함의 원칙이다: "수신 대상을 자유케 하고 송신 대상을 보수적으로 하는 것" (잘못 동작하는 호스트는 다른 수많은 사용자들에 대해 인터넷 서비스를 거부할 수 있다)

   - 대표적인 프로토콜에는 IPv4, IPv6 등이 있다.

 

 (3) 전송 계층 (Transport Layer)

   - 7계층의 4에 해당되는 계층으로, 연결성 전송방식인 TCP, 비연결성 전송방식인 UDP가 대표적이다.

   - 시스템의 논리주소와 포트를 갖고 있어, 각 상위계층의 프로세스를 연결해서 통신한다.

 

 (4) 응용 계층 (Application Layer)

    - 7계층에서 5,6,7에 해당하는 계층으로, 나처럼 TLS, HTTP의 개념이 모호하다 싶은 사람은 더 이해하기 쉽다.

    - 응용 프로그램들이 네트워크 서비스, 메일서비스, 웹서비스 등을 할 수 있도록 표준적인 인터페이스를 제공한다.