[네트워크] 프로토콜 스택 (OSI 7계층 ,TCP/IP 5계층)

1.1. 네트워크 표준화

▷ 배경

• 정보통신기술은 자사의 모델을 중심으로한 통신 위주로 발전 -> 타사 제품 컴퓨터 간의 통신문제 대두
• 네트워크 사용의 효율성을 높이고 컴퓨터 네트워크 구조를 통일시키는 것이 필요했다.

▷ 1983년 ISO에서 OSI 모형을 제시

• ISO (International Standardization Organization): 국제표준화기구
• OSI (Open Systems Interconnection) 개방형 시스템간 상호접속: 서로 다른 통신 시스템간에 원활한 통신을 이루기 위해 ISO가 제안한 통신 H/W, S/W에 대한 표준안

 

1.2. 프로토콜

▷ 통신에 참여하는 장치들(송신기, 수신기, 중간 노드들)이 효과적인 통신을 위해 지켜야 할 규칙

▷ 통신 프로토콜

- 통신 원하는 두 개체 간에 정보교환을 위해 정한 통신 규칙

- 상호 간의 접속이나 절단 방식, 통신 방식, 자료의 형식, 오류 검출 방식, 코드 변환 방식, 전송 속도 등의 규칙이 있다.

 

 

1.3. 프로토콜 스택(protocol stack)

▷ 계층화된 구조(layered architecture)로 모여 있는 프로토콜들의 집합

▷ 프로토콜 계층화(Protocol Layering)

- 통신 과정이 복잡하다면 여러 계층으로 분해하여 서로 다른 계층 간에 임무를 나누는 것이 유리하다.

- 그러나, 게층을 나눌수록 오버헤드는 증가 된다.

 

 

1.4. 프로토콜 계층화의 특징

▷ 복잡한 작업을 여러 개의 작고 단순한 작업들로 나눔

- 모듈성 향상

- 같은 입력에 같은 출력을 제공: 호환시스템

- 중간 노드에서 모든 계층을 다 사용하지 않을 수도 있음

 

▷ 서비스를 구현으로 부터 분리 가능

- 한 계층은 하위 계층으로부터 서비스를 받고, 상위 계층에게 서비스를 제공해야 함

- 그 계층이 어떻게 구현되는지는 신경 쓰지 않아도 됨

 

 

1.5. 프로토콜 계층화의 원칙

▷ 원칙1: 양방향 통신이라면, 각 계층은 각 방향으로 한 가지씩, 상반되는 두가지 기능을 수행해야 한다.

예) 쓰기/읽기, 암호화/복호화, 보내기/받기

▷ 원칙2: 양측의 각 계층의 객체는 동일하다.

예) 평문 처리, 암호문 처리, 편지

 

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2.1. OSI 모델

▷ OSI (Open System Interconnection) 개방시스템 상호연결

▷ 국제표준기구(ISO)에 의해 설계

- International Organization for Standard

- 국제 표준을 제정하는 다국적 기관

- 1970년 후반에 처음 소개

- TCP/IP가 자리잡은 뒤 OSI가 완성

▷ 서로 다른 시스템 간의 통신을 허용하는 네트워크 시스템을 설 계하기 위한 목적

▷ OSI Model은 TCP/IP이후에 규격화 됨 ->  OSI 모델의 실패

이유1: OSI는 TCP/IP가 자리잡고 난 이후 완성됨. 다른 모델로의 변이 어려워 졌음.

이유2: OSI 모델의 일부는 완전히 정의되지 않았음.

이유3: TCP/IP측에서 볼 때, 구현된 OSI가 높은 수준의 성능을 보여 주지 못하여, OSI로 변환시킬 매력을 못 느낌.

 

 

2.2. OSI 7계층

 

계층	명칭	기능
7	응용 계층	최종 목적지로, 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행(ex. explore, chrome 등) HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet 등과 같은 프로토콜이 있다.
6	표현 계층	전송하는 데이터의 표현방식을 결정(ex. 데이터변환, 압축, 암호화 등) 파일인코딩, 명령어를 포장, 압축, 암호화 JPEG, MPEG, GIF, ASCII 등
5	세션 계층	주 지점간의 프로세스 및 통신하는 호스트 간의 연결 유지 TCP/IP 세션 체결, 포트번호를 기반으로 통신 세션 구성 API, Socket
4	전송 계층	port 번호, 전송방식(TCP/UDP) 결정 > TCP 헤더 붙음 TCP : 신뢰성, 연결지향적 UDP : 비신뢰성, 비연결성, 실시간 두 지점간의 신뢰성 있는 데이터를 주고 받게 해주는 역할 신호를 분산하고 다시 합치는 과정을 통해서 에러와 경로를 제어
3	네트워크 계층	데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달 라우터(Router)를 통해 경로를 선택하고 주소를 정하고(IP) 경로(Route)에 따라 패킷을 전달 > IP 헤더 붙음 이 계층에서 전송되는 단위 : 패킷(Packet) 장비 : 라우터
2	데이터 링크 계층	물리계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전한통신의 흐름을 관리 프레임에 물리적 주소(MAC address)를 부여하고 에러검출, 재전송, 흐름제어를 수행 이 계층에서 전송되는 단위 : 프레임(Frame) 장비 : 브리지, 스위치, 이더넷 등(여기서 MAC주소를 사용) -> 브릿지나 스위치를 통해 맥주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달함.
1	물리 계층	주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해서 통신 케이블로 데이터를 전송하는 물리적인 장비 단지 데이터 전기적인 신호(0,1)로 변환해서 주고받는 기능만 할 뿐 이 계층에서 사용되는 통신 단위 : 비트(Bit)이며 이것은 1과 0으로 나타내어지는, 즉 전기적으로 On, Off 상태 장비 : 통신 케이블, 리피터, 허브 등

 

 

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 3.1. TCP/IP 모델

▷ 서로 다른 다수의 망을 통하여 통신하기 위한 프로토콜의 집합

▷ 현재 인터넷에서 사용하는 프로토콜 그룹

- TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internetworking Protocol)

- 여러 계층에서 조직된 프로토콜들의 집합

- 상호 작용하는 모듈로 이루어진 계층적 프로토콜

 

 3.2. TCP/IP 프로토콜 계층

1 계층 - 물리 계층: 물리적인 연결과 전기 신호 변환/제어를 담당합니다.
2 계층 - 링크 계층: 네트워크 기기 간 데이터 전송 및 물리 주소를 결정합니다.
3 계층 - 네트워크 계층: 다른 네트워크와 통신하기 위한 경로를 설정하고 논리 주소를 결정합니다.
4 계층 - 전송 계층: 네트워크 계층에서 보내온 데이터 정렬, 오류 정정 등을 수행하고 신뢰할 수 있는 통신을 확보합니다.
5 계층 - 응용 계층: 다른 종단 시스템에서 실행되는 애플리케이션의 프로세스가 서로 메시지를 보내는 방법을 정의합니다.