[네트워크] OSI 7계층은 왜 필요하냐... 뭐냐.. -1

팀장님께서 하신 말씀
" 나는 몰랐다. 왜 OSI7계층을 배우는지,,, 근데 일하면서 보니깐 이걸 모르면 일을 못한다..."
이걸 듣고 다시 공부해볼겸 정리!

OSI 모델

네트워크에 필요한 Protocol 기능들을 7계층으로 나누어 복잡성을 줄이고 계층간의 간섭을 최소화하는 모델

• 응용 계층 : 최상위 계층으로 사용자가 네트워크에 접속하는 것을 가능하게 함
• 표현 계층 : 송/수신자가 공통으로 이해할 수 있도록 정보의 데이터 표현방식을 바꾸는 기능 담당
• 세션 계층 : 네트워크 대화 제어기로 통신 시스템 간에 상호대화를 설정하고 동기화
• 전송 계층 : Port를 이용하여 응용 프로그램간 송수신 담당
• 네트워크 계층 : IP를 주소로 사용하여 호스트간 전송 담당
• 데이터링크 계층 : 송수신되는 정보의 오류와 흐름 관리 담당
• 물리 계층 : 데이터를 물리 매체상으로 전송하는 역할 담당

TCP/IP 모델

OSI와 유사하게 네트워크에 필요한 기능을 4계층으로 나눈 모델
OSI보다 먼저 등장했으며 현재 표준으로 자리 잡음

• 응용 계층
• 전송 계층
• 인터넷 계층
• 네트워크 연결 계층

7계층으로 나눈 이유

통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악하기 용이함

(예시)
만약 PC방에서 게임 중 연결이 끊겼는데, 문제가 어디서 발생했는지 확인하기 위해서는 
1. 모든 PC에 문제 발생 -> 라우터(3계층, 네트워크 계층)의 문제이거나, 광랜을 제공하는 회사의 회선 문제(1계층, 물리 계층)

2. 한 개의 PC에 문제인데
    1. 게임 SW에 문제가 있다면 -> 7계층, 애플리케이션 계층
    2. 게인 SW에 문제가 없고, 스위치(2계층, 데이터링크 계층)
이렇게 판단할 수 있다.

Layer 1, 물리 계층(Physical Layer)

• 주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해서 통신 케이블로 데이터를 전송
• 통신 단위는 bit
• 단지 데이터를 전달만할 뿐 전송하려는(또는 받으려는) 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에 대해서는 전혀 신경X
• 데이터를 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능만 함
• 대표적인 장비 : 통신 케이블, 리피터, 허브 등

Layer 2, 데이터링크 계층(DataLink Layer)

• 물리 계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전한 정보 전달을 수행할 수 있도록 도와주는 역할
• 통신에서의 오류를 찾고, 재전송하는 기능 제공
• MAC 주소를 가지고 통신
• 전송 단위 : frame
• 대표적인 장비 : 브리지, 스위치
• Point to Point 간 신뢰성있는 전송을 보장하기 위한 계층으로 CRC 기반의 오류 제어와 흐름 제어가 필요
• 네트워크 위의 개체들 간 데이터를 전달하고, 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 찾아내고, 수정하는데 필요한 기능적, 절차적 수단을 제공
• 주소 값은 물리적으로 할당받는데, 이는 네트워크 카드가 만들어질 때부터 MAC Address 가 정해져 있다는 의미
• 주소 체계는 계층이 없는 단일 구조
• 잘 알려진 예는 이더넷
• 네트워크 브릿지나 스위치 등이 이 계층에서 동작하며, 직접 이어진 곳에만 연결 가능

Layer 3, 네트워크 계층(Network Layer)

• 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능(라우팅)
• 경로를 선택하고, 주소를 정하고, 경로에 따라 packet을 전달
• 대표적인 장비 : 라우터, 요즘은 스위치에 라우팅 기능을 장착한 Layer 3 스위치도 있음
• 여러 개의 노드를 지날때 마다 경로를 찾아주는 역할로, 다양한 길이의 데이터를 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)를 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공
• 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션(segmentation/desegmentation), 오류 제어, 인터네트워킹(Internetworking)등을 수행
• 데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만드는 계층
• 논리적인 주소 구조(IP), 즉 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적(hierarchical) 임
• 서브넷의 최상의 계층으로 경로를 설정하고, 청구 정보를 관리
• 개방형 시스템 사이에서 네트워크 연결을 설정, 유지, 해제하는 기능을 부여하고, 전송 계층 사이에 네트워크 서비스 데이터 유닛(NSDU, Network Service Data Unit)을 교환하는 기능 제공

IP 계층

TCP/IP 상에서 IP 계층이란 네트워크의 주소 (IP 주소)를 정의하고, IP Packet의 전달 및 라우팅을 담당하는 계층
OSI 7계층 모델의 관점에서 보면 IP 계층은 네트워크 계층에 해당
-> 즉, Packet을 목적지까지 전달하는 역할 및 그에 수반되는 기타 역할 담당
주요 역할
- 그 하위 계층인 데이터링크 계층의 하드웨어적인 특성에 관계없이 독립적인 역할을 수행

• 주요 프로토콜
  • Packet 전달을 책임지는 IP
  • Packet 전달 에러 보고 및 진단을 위한 ICMP
  • 복잡한 네트워크에서 인터네트워킹을 위한 경로를 찾아주는 Routing Protocol

IP Protocol

TCP/IP 기반의 인터넷 망을 통하여 Datagram의 전달을 담당하는 Protocol

1. 주요 기능
   IP 계층에서 IP Packet의 Routing 대상이 됨
   IP 주소 지정 (Addressing)
2. 주요 특징
   • 신뢰성(에러 제어) 및 흐름 제어 기능이 전호 없음 -> Best-Effort Service
     • 한편, 신뢰성을 확보하려면 IP 계층위의 TCP와 같은 상위 Transport 계층에 의존
   • 비연결성 Datagram 방식으로 전달되는 Protocol -> Connectionless
   • Packet의 완전한 전달(소실, 중복, 지연, 순서 바뀜 등이 없게함) 을 보장하지 않음 -> Unreliable
   • IP Packet Header 내 수신 및 발신 주소를 포함 -> IPv4 Header, IPv6 Header, IP Address
   • IP Header 내 바이트 전달 순서 : 최상위 바이트(MSB)를 먼저 보냄 -> Big-endian
   • 경우에 따라, 단편화 필요
   • TCP, UDP, ICMP, IGMP 등이 IP Datagram에 실려서 전송

Layer 4, 전송 계층(Transport Layer)

• 통신을 활성화하기 위한 계층
• 보통 TCP Protocol을 이용하며, 포트를 열어서 응용 프로그램들이 전송을 할 수 있게 함
• 만약 데이터가 왔다면, 4계층에서 해당 데이터를 하나로 합쳐서 5계층에 전달
• 전송 계층은 양 끝단의 사용자들이 신뢰성있는 데이터를 주고 받을 수 있게 해주어, 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해줌
• 시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 방식 사용
• 전송 계층은 특정 연결의 유효성을 제어하고, 일부 프로토콜은 상태 개념이 있고(stateful), 연결 기반(connection oriented)임
• 이는 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 재전송 함을 의미
• 종단간 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단간 신뢰성있고, 효율적인 데이터를 전송하며, 기능은 오류 검출 및 복구와 흐름 제어, 중복 검사 등을 수행

패킷 생성 (Assembly / Sequencing / Deassembly / Error Detection / Request Repeat / Flow Control) 및 전송

TCP Protocol

OSI 계층 모델의 관점에서 전송 계층(4계층)에 해당
양종단 호스트 내 프로세스 상호 간에 신뢰적인 연결 지향성 서비스 제공

• IP의 비신뢰적인 최선형 서비스에다가 신뢰적인 연결지향성 서비스를 제공하게 됨
• 신뢰적인 전송을 보장함으로써, 어플리케이션 구현이 한층 쉬어짐

1. 신뢰성 있음(Reliable)
   패킷 손실, 중복, 순서바뀜 등이 없도록 보장
   TCP 하위계층인 IP계층의 신뢰성없는 서비스에 대해 다방면으로 신뢰성을 제공

2. 연결지향적(Connection-Oriented) -> TCP 연결
   같은 전송 계층의 UDP 가 비연결성(Connectionless)인 것과 달리, TCP는 연결지향적
   이 경우, 느슨한 연결(Loosly Connected)을 갖으므로 강한 연결을 의미하는 가상회선이라는 표현보다는 오히려 연결지향적이 맞음
   연결 관리를 위한 연결 설정 및 해제 필요
   양단간 어플리케이션/프로세스는 TCP가 제공하는 연결성 회선을 통하여 서로 통신

UDP Protocol

<-> TCP Protocol

• 신뢰성이 낮은 Protocol로써 완전성을 보증하지 않으나, 가상회선을 굳이 확립할 필요가 없고 유연하며 효율적 응용의 데이터 전송에 사용

1. 비연결성이고, 신뢰성이 없으며, 순서화되지 않은 Datagram 서비스 제공
   • 메세지가 제대로 도착했는지 확인하지 않음 (확인 응답 없음)
   • 수신된 메세지의 순서를 맞추지 않음 (순서 제어 없음)
   • 흐름 제어를 위한 피드백을 제공하지 않음 (흐름 제어 없음)
   • 검사합을 제외한 특별한 오류 검출 및 제어 없음 (오류 제어 거의 없음)
     UDP를 사용하는 프로그램 쪽에서 오류제어 기능을 스스로 갖추어야 함
   • 데이터그램 지향의 전송계층용 프로토콜 (논리적인 가상회선 연결이 필요 없음)
     비연결접속상태 하에서 통신
2. 실시시간 응용 및 멀티캐스팅 가능
   • 빠른 요청과 응답이 필요한 실시간 응용에 적합
   • 여러 다수 지점에 전송 가능 (일 대 다)
3. 단순한 헤더
   • UDP는 TCP처럼 16bit의 포트 번호를 사용하나, 헤더는 고정 크기의 8Byte(TCP는 20Byte)만 사용
   • 즉, 헤더 처리에 많은 시간과 노력을 요하지 않음