OSI 7계층 / 프로토콜 정리

Yeongju Yun·2022년 6월 30일
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네트워크(Network) 란?

  • 네트워크란 원하는 정보를 원하는 수신자 또는 기기에 정확하게 전송하기 위한 기반 인프라이다.
  • 네트워크 기술이란 서버와 클라이언트의 정보가 오고 가는 다리 역할을 하는 기술의 총칭을 의미한다.

OSI(Open System Interconnection) 7계층

국제 표준화 기구인 ISO(International Standardization Organization)에서 개발한 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 개방형 시스템 상호 연결 모델이다. 각 계층은 서로 독립적으로 구성되어 있고, 각 계층은 하위 계층의 기능을 이용하여 상위 계층에 기능을 제공한다. 1계층인 물리 계층부터 7계층인 애플리케이션 계층으로 정의되어 있다.

  • 1계층(물리 계층) : 0과 1의 비트 정보를 회선에 보내기 위한 전기적 신호 변환
  • 2계층(데이터 링크 계층) : 인전 시스템 간 데이터 전송, 전송 오류 제어, 동기화, 오류 제어, 흐름제어, 회선 제어
  • 3계층(네트워크 계층) : 단말기 간 데이터 전송을 위한 최적화된 경로 제공
  • 4계층(전송 계층) : 송수신 프로세스 간의 연결, 신뢰성 있는 통신 보장, 데이터 분할, 재조립, 흐름 제어, 오류 제어, 혼잡 제어
  • 5계층(세션 계층) : 송수신 간의 논리적인 연결, 연결 접속, 동기제어
  • 6계층(표현 계층) : 데이터 형식 설정, 부호교환, 암복호화
  • 7계층(응용 계층) : 사용자와 네트워크 간 응용서비스 연결, 데이터 생성

프로토콜(Protocol)이란?

프로토콜은 서로 다른 시스템이나 기기들 간의 데이터 교환을 원활히 하기 위한 표준화된 통신규약이다. 통신을 위해 프로토콜이 가져야 하는 일반적인 기능에는 데이터 처리 기능, 제어기능, 관리적 기능이 있다.

프로토콜의 기본 3요소

  • 구문(Syntax) : 데이터 형식, 코딩, 신호 레벨 등의 규정
  • 의미(Semantic) : 정보 전송을 위한 제어 정보로 조정과 에러 처리를 위한 규정
  • 타이밍(Timing) : 시스템 간 정보 전송을 위한 속도 조적과 순서 관리 규정

네트워크 프로토콜 이란?

네트워크 프로토콜은 컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에서 메시지를 주고 받는 양식과 규칙의 체계이다. 통신 규약 또는 규칙에는 전달 방식, 통신 방식, 자료의 형식, 오류 검증 방식, 코드 변환 규칙, 전송 속도 등을 정하게 된다. 다른 기종의 장비는 각기 다른 통신 규약을 사용하는데 프로토콜을 사용하면 다른 기기 간 정보의 전달을 표준화 할 수 있다.

IP (Internet Protocol)

인터넷상에서 사용하는 주소체계를 의미한다. IP는 전송 계층 (제 4계층)으로부터 받은 데이터(세그먼트)에 IP 헤더를 붙여 패킷으로 만드는 역할을 한다. IP헤더에는 여러 필드 값(버전,헤더길이,프로토콜 등), 출발지 IP주소, 도착지 IP주소가 들어간다.

인터넷에 연결된 모든 PC는 IP 주소체계를 따라 네 덩이의 숫자로 구분된다. 이러한 네 덩이의 숫자로 구분된 IP 주소체계를 IPv4라고한다.

IPv4(Internet Protocol version 4)는 IP 주소체계의 네 번째 버전을 뜻한다. IPv4는 각 덩어리 마다 0부터 255까지 나타낼 수 있다. 이 시스템을 따르면, 32비트의 약 43억 개의 IP 주소를 표현할 수 있다.

IPv6주소는 기존의 IPv4주소체계를 128비트 크기로 확장한 차세대 인터넷 프로토콜 주소입니다. 개인 PC의 보급으로 전 세계의 누구나 PC를 이용해 인터넷에 접속하고, 각종 서비스를 위해 서버를 생산하면서 IPv4로 할당할 수 있는 PC가 한계를 넘어서게 되었다. 이를 해결하기 위해서 세상에 나오게 된 것이 IPv6(IP version 6) 이다.

❗️PORT(포트)란?

Port(포트)란 IP 내에서 애플리케이션 상호 구분(프로세스 구분)을 위해 사용하는 번호이다. 포트 숫자는 IP 주소가 가리키는 PC에 접속할 수 있는 통로(채널)을 의미한다.

터미널에서 리액트를 실행하면 나타나는 화면에는, 로컬 PC의 IP 주소인 127.0.0.1 뒤에 :3000과 같은 숫자가 표현된다. 리액트를 실행했을 때에는 로컬 PC의 IP 주소로 접근하여, 3000번의 통로를 통해 실행 중인 리액트를 확인할 수 있다. 포트 번호는 0~ 65,535 까지 사용할 수 있다. 그 중에서 0 ~ 1024번 까지의 포트 번호는 주요 통신을 위한 규약에 따라 이미 정해져 있다.

ARP (Address Resolution Protocol)

ARP는 IP 주소를 MAC 주소와 매칭시키기 위한 프로토콜이다. 즉, 물리적인 주소인 MAC 주소와 논리적인 주소인 IP 주소를 대응 시키는 역할을 하는 것이다.

MAC 주소란 데이터링크 계층(제 2계층)에서 통신을 위해 사용되는 48비트로 된 식별자이다. MAC 주소는 8비트 마다 하이픈( - ) 이나 콜론 ( : ) 으로 구분하여 16진수로 표기한다.

네트워크 통신을 하기 위해서는 제 3계층으로부터 받은 패킷을 프레임으로 만들어 케이블로 흘려보내야 하는데 이때 출발지 MAC 주소는 자기 자신의 NIC에 쓰여 있는 MAC 주소라서 알 수 있지만 목적지 MAC 주소는 알 수가 없다. 이때 ARP를 이용하여 IP 주소로부터 MAC 주소를 구할 수 있다.

NIC(Network Interface Card)는 컴퓨터, 네트워크 안에서 컴퓨터끼리 통신하는 데 쓰이는 하드웨어의 하나이다. 랜 카드라고 흔히 말하며, OSI 계층 1(물리 계층)과 계층 2(데이터 링크 계층) 장치를 가지는데, 맥 주소를 사용하여 낮은 수준의 주소 할당 시스템을 제공하고 네트워크 매개체로 물리적인 접근을 가능하게 한다.

과정은 ARP request-> ARP reply -> ARP 테이블 등록 순이다. 동일 네트워크 상에서는 수집된 ARP 테이블을 참고하여 프레임을 만든다. 다른 네트워크 간 통신은 기본 게이트웨이의 MAC 주소를 ARP에서 조회하여 목적지 MAC 주소로 등록한다.
기본게이트웨이는 자신 이외의 네트워크로 갈 때 사용하는 출구가 되는 IP 주소이다. 보통 방화벽이나 라우터의 IP 주소가 기본 게이트웨이가 되는 경우가 많다.
IP 주소는 목적지까지 바뀌지 않지만 MAC 주소는 NIC을 경유할 때 마다 바뀐다.

TCP/UDP

TCP(Transmission Control Protocol)

 TCP는 전송 제어 프로토콜로 IP와 함께 TCP/IP로 불리며 제 4계층(전송 계층)에서 사용되는 프로토콜이다. TCP는 데이터를 송신할 때 마다 확인 응답을 주고 받는 절차가 있어서 통신의 신뢰성을 높인다. 웹이나 메일, 파일 공유 등과 같이 데이터를 누락시키고 싶지 않은 서비스에 주로 사용된다.

UDP(User Datagram Protocol)

UDP는 TCP와 함께 데이터 그램으로 알려진 단문 메시지를 교환하기 위해 사용하는 프로토콜이다. 데이터만 보내고 확인 응답과 같은 절차를 생략할 수 있으므로 통신의 신속성을 높인다. 주로 DNS, VoIP 등에 사용 된다.

TCP 와 UDP 

TCP 와 UDP 모두 포트 번호로 서비스를 식별한다. 두 프로토콜을 구분하는 주요한 차이는 통신의 신뢰성이냐 신속성이냐이다. 애플리케이션 데이터에 TCP 또는 UDP 헤더를 추가하여 TCP 세그먼트나 UDP 세그먼트가 만들어진다.


[참고링크]

네트워크 기초 지식 정리
OSI7계층사진
수제비 정보처리기사
port
NIC

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