네트워크의 이해

slee2·2021년 9월 14일

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OSI 7계층

국제 표준화기구는 다양한 네트워크 간의 호환을 위해 OSI 7계층이라는 표준 네트워크 모델을 만듬.

1계층 물리 계층 : 실제 장치를 연결하기 위한 전기적, 물리적 세부사항을 정의한 계층
2계층 데이터 링크 계층 : 두 지점 간의 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층
3계층 네트워크 계층(network layer) : 여러 개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 계층
4계층 전송 계층 : 양 끝단의 사용자가 신뢰성 있는 데이터를 주고받게 하여 상위 계층이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 신경 쓰지 않게 해주는 계층
5계층 세션 계층 : 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하는 방법을 제공하는 계층
6계층 표현 계층 : 코드 간 번역을 담당하는 계층
7계층 응용 프로그램 계층 : 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행하는 계층

물리 계층(1계층)

시스템 간의 연결을 의미하는 것으로 전자 파장을 전달하는 공간 또는 물질 자체가 물리 계층임

물리 계층에 쓰이는 케이블을 데이터의 속도에 따라 분류. 이 때 CAT 1부터 CAT 7은 케이블의 굵기와 구리선의 가닥수로 구분

케이블 내 구리선의 보호 방법이나 꼬이 방법에 따라서 케이블을 분류하기도 함.

데이터 링크 계층(2계층)

두 포인트(Point to Point)간 신뢰성 있는 전송을 보호하기 위한 계층

상호 통신을 위해 할당받는 MAC 주소는 ipconfig /all명령으로 확인할 수 있음

MAC 주소는 총 12개의 16진수 숫자로 구성

앞쪽 6개의 16진수는 네트워크 카드를 만든 회사를 나타내는 것으로 OUI라고 함.

뒤쪽 6개의 16진수는 각 회사에서 임의로 붙이는 일종의 시리얼을 나타내는 것으로 Host Identifier라고 함.

데이터 링크 계층의 대표적인 네트워크 장비는 스위치, MAC, 계층에서 동작하는 대표적인 프로토콜은 이더넷(Ethernet)

1계층과 2계층에서의 이더넷 동작

스위치의 동작 원리

네트워크 계층(3계층)

여러 개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층.

다양한 길이의 데이터를 네트워크를 통해 전달하며 그 과정에서 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션, 오류 제어 등을 수행

네티워크 계층에서 여러 개의 노드를 거쳐 경로를 찾기 위한 주소는 IP로 대표됨.

IP 주소는 8비트의 수 4개로 구성(32 자리의 2진수로 8자리마다 점을 찍어 구분)

IP 주소는 A, B, C, D, E 클래스로 구분

A 클래스 첫 번째 자리가 네트워크 주소, 나머지 세 자리는 호스트주소

B 클래스 두 번째 자리가 네트워크 주소, 나머지 세 자리는 호스트주소

C 클래스 tp 번째 자리가 네트워크 주소, 나머지 세 자리는 호스트주소

네트워크 계층에서의 패킷 전달 구조

시스템에서 생성된 패킷이 어떤 프로세스로 인터넷으로 나가는지 살펴보기 위한 예
인터넷으로 보내는 패킷의 기본 구조

전송계층(4계층)

양 끝단(End to end)의 사용자들의 신뢰성 있는 데이터를 주고받을 수 있도록 하여 상위 계층이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 신경 쓰지 않도록 해줌.

가장 잘 알려진 전송 프로토콜은 TCP(Transmission Control Protocol)

MAC 주소가 네트워크 카드의 고유 식별자이고 IP가 시스템 주소라면 포트는 시스템에 도착한 후 패킷이 찾아갈 응용 프로그램과 통하는 통로 번호를 볼 수 있음.

주요 포트와 서비스

3계층과 4계층 정보는 netstat -an 명령어로 쉽게 확인할 수 있음

netstat -an 명령을 실행한 결과 담고 있는 정보

3-웨어 핸드셰이킹(3-way handshaking)

1 단계: 두 시스템이 통신을 하기 전에 클라이언트는 포트가 닫힌 Closed 상태, 서버는 해당 포트로 항상 서비스를 제공할 수 있는 Listen 상태.
2 단계: 클라이언트가 처음 통신을 하려면 임의의 포트 번호가 클라이언트 프로그램에 할당되고, 클라이언트는 서버에 연결하고 싶다는 의사 표시로 SYN Sent 상태가 됨.
3 단계: 클라이언트의 연결 요청을 받은 서버는 SYN Received 상태가 되고, 클라이언트에 연결을 해도 좋다는 의미로 SYN + ACK 패킷을 보냄.
4 단계: 클라이언트는 연결 요청에 대한 서버의 응답을 확인했다는 표시로 ACK 패킷을 서버로 보냄.

TCP 연결 해제 과정

1 단계: 통신 중에는 클라이언트와 서버 모두 Established 상태.
2 단계: 통신을 끊으려는 클라이언트가 서버에 FIN 패킷을 보내고 클라이언트는 Close Wait 상태가 됨.
3 단계: 서버는 클라이언트의 연결 종료 요청을 확인하고 응답으로 클라이언트에 ACK 패킷을 보내면 서버도 클라이언트의 연결을 종료하겠다는 의미로 FIN 패킷을 보내고 Close Wait 상태가 됨.
4 단계: 클라이언트는 연결 종료를 요청한 것에 대한 서버의 응답을 확인했다는 표시로 ACK 패킷을 서버에 보냄.

TCP와 UDP

TCP: 연결 지향형 프로토콜로 수신측이 데이터를 흘려버리지 않게 데이터 흐름 제어(Flow Control)와 전송 중 에러가 발생할 경우 자동으로 재전송하는 에러 제어(Error Control) 등의 기능을 통해 데이터의 확실한 전송을 보장함. 하지만 완전하지는 않아 해커들에게 많은 공격을 받게 됨.

UDP(User Datagram Protocol): TCP와 달리 데이터의 신뢰성 있는 전송을 보장하지는 않음. 그러나 신뢰성이 매우 높은 회선을 사용하거나 데이터의 확실한 전송을 요구하지 않는 통신을 하거나 한 번에 많은 상대에게 메시지를 전송하고자 하는 경우에는 전송 경로 확립을 위한 번잡함을 생략하고 시간을 절약할 수 있어 UDP가 더 효과적임.