OSI 모델

OSI 모델이란?

 

OSI 모델은 컴퓨터에서 데이터를 전송하기 위해서 컴퓨터 내부에서 하는 여러 가지 일들은 7 계층으로 나눈 것이다.

 

💡 통신이 일어나는 과정을 단계별로 알 수 있기 때문에 특정한 단계에서 이상이 생기면 그 곳만 수정하면 되기 때문에 편리하다.

 

사용하는 기계, 케이블 등과 관계 없이 통신을 하기 위해 공통으로 사용하기로 약속한 통신 표준 규격이다.

 

 

💡 TCP/IP 모델은 OSI 모델을 바탕으로 실생활에 사용하기 위해 만들어졌다.

 

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1. 물리 계층

- 전송 매체의 물리적(기계적, 전기적) 인터페이스에 관한 기술
- 하드웨어로 구현
- 데이터 전송 속도, 클럭 동기화, 물리적 연결 형태 

 

물리 계층은 전기 신호를 전달하는 계층이다.

 

컴퓨터는 0과 1로 이루어진 비트열을 사용한다. 

 

따라서 통신이라는 것은, 한 기기에서 다른 기기로 0과 1로 이루어진 디지털 신호를 잘 전달할 수 있어야 한다.

 

 ❓이러한 디지털 신호를 어떻게 전달할까?

 

랜 카드

 

랜카드는 컴퓨터와 네트워크 간 데이터를 주고받을 수 있도록 해주는 하드웨어이다.

 

컴퓨터에서 사용하는 디지털 신호를 전기 신호로 변환하여 전송하고 전기 신호를 받아 디지털 신호로 변환하여 전달 받을 수 있도록 한다.

 

리피터

 

데이터 전송을 위해 전기 신호로 변환하여 전송한다고 했다.

 

컴퓨터 간 멀리 있을 때는, 전기 신호가 갈수록 약해지기 때문에 리피터 라는 장비를 사용해서 전기 신호를 증폭시킨다.

 

세기가 약해진 전기 신호를 받아서 다시 정상으로 만들어주고 강화시켜주는 역할을 한다.

 

단, 리피터는 1대1 통신만 지원하므로, 허브를 사용한다.

 

허브

 

 

허브는 감쇠된 신호를 증폭하는 리피터의 역할도 하면서, 기기를 여러 개 연결해준다.

 

한 기기에서 허브로 전달한 데이터는, 연결되어 있는 모든 기기에 전송한다는 특징이 있다.

 

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2. 데이터 링크 계층

- 물리 계층을 통해 전송하는 데이터의 물리적 전송 오류를 해결하고 흐름 제어 제공한다.
- 데이터 링크 계층의 프로토콜 헤더에는 오류 제어에 관련된 정보와 흐름제어에 관련된 정보가 포함된다.

데이터 링크 계층은 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층이다.

 

랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위해 필요한 계층이고, 가장 많이 사용되는 프로토콜로는 이더넷이 있다.

 

이더넷

 

 

이더넷 헤더에는 목적지 MAC 주소와 출발지 MAC 주소가 있다.

 

MAC 주소는 랜카드에 부여된, 전 세계에서 유일한 번호이고 이를 통해 어떤 기기에 전송할지 식별할 수 있다.

 

 

스위치

여러 기기가 동시에 허브를 통해 데이터를 송신하게 되면 위와 같이 충돌이 발생할 수 있다.

 

따라서, 데이터를 전송하기 전에 이미 신호가 흐르고 있는지 확인하고 없을 때 전송하는 방식으로 충돌을 피한다.

 

이러한 방법을 CSMA/CD 라고 하는데, 효율상 좋지 않아 현재는 스위치 라는 네트워크 장비를 사용해서 충돌을 방지한다.

 

 

스위치는 MAC 주소 테이블을 갖고 있다.

 

각 포트에 연결된 기기의 MAC 주소를 묶어 관리한다.

 

처음에는, 각 포트에 연결된 MAC 주소를 알 수 없고 위와 같이 데이터 송신이 발생하면 해당 포트에 MAC 주소가 기록된다.

 

그리고 도착할 MAC 주소를 아직 모르기 때문에, 일단 연결된 모든 기기에 전송한다.

 

 

나중에 다른 기기의 MAC 주소를 알게되는 경우에는, 위와 같이 해당 MAC 주소를 가진 기기에만 전송하게 된다.

 

 

3. 네트워크 계층

- 네트워크 주소를 기반으로 호스트 간 데이터의 전송 경로를 결정하고, 미리 정해진 경로를 이용하는 정적 경로 설정과 네트워크 상황 등을 고려하여 판단하는 동적 경로 설정이 있다.
- 혼잡 제어 : 전송하는 데이터가 과도하게 많은 경우 전송 속도가 떨어지는데, 이를 조절한다.

데이터 링크 계층은 이더넷을 기반으로 MAC 주소를 이용해 같은 네트워크에 있는 다른 컴퓨터로 데이터를 전송한다.

 

다른 네트워크로의 데이터 전송은 네트워크 계층의 역할이고 라우터가 담당한다.

 

또한, 다른 네트워크로의 목적지 지정을 위해서는 IP 주소가 필요하다.

 

 

IP 주소

 

IP란 인터넷에 연결되어 있는 모든 장치를 식별할 수 있도록 각각의 장비에 부여되는 고유 주소이다.

 

MAC 주소가 물리적인 주소라고 한다면, IP 주소는 논리적인 주소라고 할 수 있다.

 

 

IP 주소의 일부분은 네트워크 ID로서 네트워크 주소(게이트웨이 주소)로 사용하고 남은 부분은 호스트 ID로 사용하여 각 기기를 구분할 수 있다.

 

특정 기기에서 다른 네트워크로 요청을 보내면, 게이트 웨이 IP 주소를 출발지로서 요청을 하고,

 

게이트 웨이 IP 주소로 응답을 받아 요청을 보냈던 기기로 전달하게 된다.

 

이전 데이터 링크 계층에서 알 수 있듯, 요청했던 기기의 MAC 주소를 이더넷 프로토콜로 알 수 있기 때문에 가능하다.

 

라우터

 

라우터는 현재 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송하는 기법인 라우팅을 하는 장치이다.

 

 

라우팅 테이블과 라우팅 알고리즘(동적 라우팅의 경우)을 통해 최적의 경로를 선택하고

 

다른 네트워크의 라우터에게 데이터를 전달한다.

 

라우터에서 다른 라우터로 보내기전에 헤더 정보를 적절히 수정하여 전송하게 된다.

 

 

ARP 프로토콜

 

IP 주소를 이용해 MAC 주소를 알아오는 프로토콜이다.

 

2 계층에서 살펴봤듯이, 통신을 위해서는 MAC 주소가 필요하다.

 

 

ARP 테이블은 위와 같이, 기기의 IP 주소와 MAC 주소를 매칭시켜서 보관해둔다.

 

상대방의 MAC 주소를 알지 못할때는, 이전에 설명했던 스위치가 MAC주소 테이블 관리를 위해,

 

같은 네트워크에 있는 MAC 주소를 저장하는 원리와 비슷한 과정을 진행한다.

 

상대방의 IP 주소는 알고 있으므로, 상대방의 IP주소의 브로드캐스트 주소로 해당 네트워크의 모든 기기에 패킷을 전달하고

 

IP 주소와 정확히 일치하는 기기만 MAC 주소를 응답함으로서 ARP 테이블에 IP 주소와 MAC 주소를 매칭시켜 저장할 수 있다.

 

 

 

4. 전송 계층

- 송신 프로세스와 수신 프로세스를 연결하는 통신 기능을 제공한다.
- 전송 속도, 전송 오류, 흐름 제어 등을 담당한다.

 

 

 

 

5. 세션 계층

- 논리적 연결 개념인 세션 기능을 제공한다.
- 대화 제어, 토큰 제어, 동기화 등을 담당한다.

 

 

6. 표현 계층

- 데이터의 의미와 표현 방법 등을 처리한다.
- 암호화/ 압축 기능도 담당한다.

 

7. 응용 계층

- 사용자에게 유용한 서비스를 제공한다. (ex. http, email ...)