📝 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+Session→ApplicationNetwork→InternetData-Link+Physical→Link
하지만, 인터넷 개발 이후 꾸준히 표준이 갱신되면서 하위 레이어가 다시 세분화되었고, 오른쪽의 TCP/IP Updated 모델이 탄생했다. TCP/IP Updated의 5계층 모델은 Link를 다시 두 레이어로 세분화하고, Internet 명칭을 Network로 다시 변경했다는 차이가 있다. TCP/IP Updated 모델은 현재 전 세계 표준으로 적용되고 있다.
📝 5계층
| Layer Number | Layer Name | Addressing | Protocol Data Unit | Protocol |
|---|---|---|---|---|
| L5 | Application | - | Message | HTTP, SSH, FTP, SMTP, POP |
| L4 | Transport | Port Number | Segment, Datagram | TCP, UDP |
| L3 | Network | IP Address | Packet | IP |
| L2 | Data-Link | MAC Address | Frame | IEEE 802, Ethernet, Wi-Fi |
| L1 | Physical | - | 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.
| TCP | UDP | |
|---|---|---|
| 의미 | Transmission Control Protocol | User Datagram Protocol |
| 연결방식 | Connection-oriented Byte stream | Connection-less Message stream |
| 장점 | Reliable, Flow control, Ordered | Faster |
| 단점 | Slower | Unreliable, No control, Unordered |
| Data Unit | Segment | Datagram |
| 활용 | 대부분의 어플리케이션 | 게임, 스트리밍 등 실시간 속도가 중요한 어플리케이션 |
Port Number
- 컴퓨터는
2-byte길이의 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.
IPv4는4-byte,IPv6는8-byte주소를 갖는다.
📌 L2 | Data-Link
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-bit주소를 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.
