OSI 7계층 & TCP/IP 5계층

jwkim·2021년 8월 21일
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척척학사개발자

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📝 OSI Model

OSI(Open Systems Interconnection Reference Model)의 정의는 아래와 같다.

다양한 컴퓨터 시스템이 표준 프로토콜을 사용하여 통신할 수 있도록 국제 표준화 기구(ISO)에서 만든 개념 모델이다. 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 7계층으로 나누어 정의했다.

OSI 표준 모형은 7계층으로 이루어져 있다. 계층별로 역할을 분리해서 각 계층이 독립적으로 기능을 수행하고, 계층 간 통신을 통해 전체 통신 프로세스를 가능하게 한다.

이를 통해 네트워크 통신 과정을 단계별로 파악할 수 있으며, 문제가 발생했을 때도 문제 계층을 빠르게 파악할 수 있다. 또한 네트워크 통신에 필요한 HW와 SW를 표준화함으로써, 서비스나 기기 간 호환을 가능하게 한다.

하지만, 산업 표준 네트워크 통신 모델은 아래의 TCP/IP 모델이다.


📝 TCP/IP Model

TCP/IP(Transfer Control Protocol/Internet Protocol)는 미국 국방부(DoD)에서 정의한 네트워크 통신 표준 모델이다. OSI 모형이 아니라 TCP/IP가 산업 표준인 이유는 TCP/IP가 OSI보다 더 먼저 사용되었기 때문이다.

TCP/IP와 OSI는 네트워크 통신 모델의 표준이라는 공통점이 있다. 이들의 가장 큰 차이는, TCP/IP는 OSI의 상위 레이어와 하위 레이어를 통합해서 더 간단하게 표현했다는 것이다.

위 그림에서 가운데에 보이는 TCP/IP 모델은 최초로 정의된 TCP/IP 모델이다. 아래와 같이 OSI의 7계층을 간소화해서 4계층으로 표현했다.

  • Application + Presentation + SessionApplication
  • NetworkInternet
  • Data-Link + PhysicalLink

하지만, 인터넷 개발 이후 꾸준히 표준이 갱신되면서 하위 레이어가 다시 세분화되었고, 오른쪽의 TCP/IP Updated 모델이 탄생했다. TCP/IP Updated의 5계층 모델Link를 다시 두 레이어로 세분화하고, Internet 명칭을 Network로 다시 변경했다는 차이가 있다. TCP/IP Updated 모델은 현재 전 세계 표준으로 적용되고 있다.


📝 5계층

Layer NumberLayer NameAddressingProtocol Data UnitProtocol
L5Application-MessageHTTP, SSH, FTP, SMTP, POP
L4TransportPort NumberSegment, DatagramTCP, UDP
L3NetworkIP AddressPacketIP
L2Data-LinkMAC AddressFrameIEEE 802, Ethernet, Wi-Fi
L1Physical-Bit, Signal-

📌 L5 | Application

  • 프로그램 구현체와 사용자 인터페이스를 의미한다.
  • OS에서 제공하는 L4 API를 활용해 통신 프로그램이 구현된다.
  • HTTP, FTP, SSH, SMTP, POP 등 다양한 프로토콜이 활용된다.

📌 L4 | Transport

process-to-process delivery

  • Port 번호를 사용하여 최종 도착지인 프로세스까지 데이터를 전달한다.
  • OS 커널에 구현되어 있다.
  • 패킷 전송 프로토콜로는 TCP와 UDP가 있다.
TCPUDP
의미Transmission Control ProtocolUser Datagram Protocol
연결방식Connection-oriented Byte streamConnection-less Message stream
장점Reliable, Flow control, OrderedFaster
단점SlowerUnreliable, No control, Unordered
Data UnitSegmentDatagram
활용대부분의 어플리케이션게임, 스트리밍 등 실시간 속도가 중요한 어플리케이션

Port Number

  • 컴퓨터는 2-byte 길이의 port 번호를 가진다.
  • Well-known port (1~1000)는 OS와 주요 프로토콜에서 사용하기 때문에, 사용자 어플리케이션은 그 외의 port 번호를 사용한다.

📌 L3 | Network

host-to-host delivery

  • Routing & Forwarding을 수행해서 목적지 IP 주소까지 패킷을 전달한다.
  • OS 커널에 구현되어 있다.
  • URL이 주어지면 DNS(Domain Name Resolution)을 통해 IP 주소를 찾고, 실제 패킷은 IP 주소를 향해 전송된다.
  • 패킷이 Host에 도착하면, IP 주소의 광역대에 따라 Routing Table에 지정된 경로로 패킷을 Forwarding한다.

IP Address

  • Internet Protocol Address
  • Host의 논리적 주소로, 전 세계의 네트워크 상에서 유일하다.
  • IPv44-byte, IPv68-byte 주소를 갖는다.

1-hop delivery

  • Routing & Forwarding을 수행해서 목적지 MAC 주소까지 프레임을 전달한다.
  • Reliable delivery between adjacent nodes
  • Ethernet Card에 구현되어 있다.

MAC Address

  • Media Access Control Address
  • Ethernet Card의 물리적 주소로, 로컬 네트워크 안에서만 유일하다.
  • Gateway(라우터)는 Ethernet Card를 2개 가지고 있어서 LAN과 WAN을 연결한다.
  • 48-bit 주소를 갖는다.

ARP

  • Address Resolution Protocol
  • LAN 내부의 ARP Table을 참조하여 IP 주소를 MAC 주소로 변환한다.

📌 L1 | Physical

  • Encoding: 0과 1의 나열을 아날로그 신호로 변환해서 전송한다.
  • Decoding: 아날로그 신호를 받으면 0과 1로 해석한다.
  • 물리적, 기계적, 전기적 기능으로 HW에 구현되어 있다.

참고

OSI Model
[10분 테코톡] 🔮 히히의 OSI 7 Layer

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