네트워크 시스템의 Layer and Architecture

인터넷 프로토콜 스택 5계층

Protocol : 컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에서 메시지를 주고 받는 양식과 규칙

• 서로 다른 환경에서 데이터의 형태를 일정하게 규정하여 충돌 및 지연 등의 문제를 방지한다

Protocol Stack : 다양한 계층의 프로토콜들을 모두 합친 것

• 하나의 프로토콜에서 모든 작업을 수행하지 않고 다수의 통신 프로토콜을 사용한다. (데이터 처리 시스템에서 통신의 복잡도를 높히기 때문)

인터넷 프로토콜 스택 5계층

1. 응용 계층 : 사용자 관점에서 여러 하위 통신 프로토콜들에 대한 사용자 인터페이스를 제공하는 계층

   • PDU : 메시지

   • 프로토콜 : HTTP(웹 문서 및 request 전송), SMTP(전자 메일 전송), FTP(파일 전송)

   • 전송 계층 프로토콜을 기반으로 호스트 간 연결을 확립

2. 전송 계층 : Endpoint 간에 응용 계층의 메시지를 신뢰성 있게 전달하기 위해 논리적 통신 서비스를 제공하는 계층 (Endpoint는 클라이언트와 서버를 의미)

   • PDU : 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP)

   • 프로토콜 : TCP, UDP

   • Port 번호에 해당하는 응용 프로세스에 데이터를 전달함(Port 번호로 동일 호스트 내에 프로세스를 구분함)

3. 네트워크 계층 : 논리적 주소 체계에 따라 라우팅을 통해 호스트들 사이에 패킷 전달을 제공하는 계층

   • PDU : 데이터그램 (IP 패킷이라고 많이 부르지만, IP 데이터그램이라고 부르는 것이 더 정확함, 참고)

   • 프로토콜 : IP

   • 📌 논리적 주소 체계 : IP 주소를 의미함.

   • 포워딩 : 다음 라우터에게 IP 데이터그램을 넘겨주는 것.

   • 라우팅 : IP 데이터그램을 한 번에 하나의 라우터 씩 이동시키면서 목적지 호스트까지의 최적의 경로를 찾는 방식.

4. 데이터링크 계층 : 장치 간 전기 신호를 전달하는 물리 계층을 이용하여 동일 네트워크 상의 주변 장치들끼리 전송 에러 없이 통신할 수 있도록 하는 계층

   • PDU : 프레임

   • 프로토콜 : Ethernet, WiFi

   • 상위 계층(네트워크 계층)이 불안정한 물리 계층을 신뢰할 수 있도록 전송 에러를 없앤다

     • 프레이밍(데이터를 프레임으로 나누어 그룹화), 흐름 제어, 에러 제어 (참고)

5. 물리 계층 : 비트 데이터를 전기적 신호로 변환하여 물리적인 전송 매체를 통해 다음 노드로 전송하는 계층

   • PDU : 비트(0과 1은 전기적 on/off 상태를 의미)

   • 물리적인 전송 매체 : 광케이블 등

   • 인코딩 : 비트 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 것

   • 디코딩 : 아날로그 신호를 비트 데이터로 변환하는 것

   • 데이터 전송시에 잡음, 간섭, 왜곡, 지연 등의 영향을 받는다. (데이터링크 계층의 필요성)

https://img1.daumcdn.net/thumb/R1280x0/?scode=mtistory2&fname=https%3A%2F%2Fblog.kakaocdn.net%2Fdn%2FdF3tiC%2Fbtrj9kybwlX%2FC8YHjghkXQszunfEyKyasK%2Fimg.png

PDU(Protocol Data Unit) : 각 프로토콜 스택 계층의 데이터 단위 (PDU = SDU + PCI)

• SDU(Service Data Unit) : 각 프로토콜 스택 간에 전송하는 데이터 단위

• PCI(Protocol Control Information) : 프로토콜 제어 정보(헤더와 같은 의미)

• 캡슐화 : 송신측의 각 계층에서 데이터에 PCI(헤더)를 덧붙히는 과정

• 역캡슐화 : 수신측의 각 계층에서 캡슐화된 데이터에 PCI(헤더)를 벗겨내는 과정

**계층을 구조화한 이유 : 복잡한 구조의 통신 시스템을 기능별로 나누어 명확하고 구체적으로 구분하여 각각의 모듈로써 효과적으로 분업시키기 위함이다.**

네트워크를 계층으로 나눈 이유

• OSI 각 계층을 나누어 어떤 계층에서 문제가 생긴다면 다른 계층은 건드리지 않고 한 계층의 문제만 해결할 수 있기 때문에 유지 보수 측면에서 강점을 가지고 있다.

상하구조인 이유

• 상하 구조를 통해서 상위 계층이 정삭적으로 동작하기 위해서 그 하위 계층이 모두 정상 동작을 해야하기 때문이다.

OSI 7계층

인터넷 프로토콜 스택 5계층의 응용 계층을 응용 계층 ,표현 계층, 세션 계층으로 나눈 모델이다. (응용 계층의 부담을 덜기 위함)

1. 응용 계층

2. 표현 계층 : 네트워크의 데이터 번역을 통해 데이터 형식의 차이를 다루는 계층

   • MIME 인코딩, 암호화가 이루어진다

3. 세션 계층 : 두 호스트 프로세스 간 세션 설정/유지/종료하는데 필요한 기능을 제공하는 계층

   • 두 호스트 프로세스 간의 연결이 손실되면 연결을 복구 시도를 하는 계층이다.

   • 세션 : 네트워크 상에서 종단간의 일회용 논리적 연결을 의미함

4. 전송 계층

5. 네트워크 계층

6. 데이터링크 계층

7. 물리 계층

현재 인터넷은 OSI 7계층이 아닌 TCP/IP 계층 모델을 따른다

• 현대의 인터넷이 TCP/IP 모델을 따르는 이유는 OSI 모델이 TCP/IP 모델과의 시장 점유 싸움에서 졌기 때문이다.

TCP/IP 계층

https://raw.githubusercontent.com/CS-studi/CS-study/master/CS/Network/img/Network_Layer/2.png

TCP/IP 계층은 2가지 버전이 있다 → TCP/IP Original(4계층), TCP/IP Updated(5계층)

• 오늘날에는 TCP/IP Updated(5계층) 모델이 더 많이 사용된다

• 인터넷 프로토콜 스택 5계층이 사용 중인 TCP/IP Updated(5계층) 모델을 따른다.

논리적 주소 체계

IP 주소 : 인터넷에 연결된 모든 컴퓨터들이 논리적으로 갖는 고유 주소

• Domain Name : IP 주소를 전부 입력하기 힘들기 때문에 도메인 네임이 등장

• DNS : 도메인 네임을 IP 주소로 매핑시켜주는 시스템

IP : TCP/IP 기반의 인터넷 망을 통해 IP 데이터그램을 전달하는 프로토콜

• IP 데이터그램 : IP 헤더 + 데이터

• IP 네트워크 : IP 프로토콜 기반으로 구축된 네트워크. 현재의 인터넷을 지칭함

IPv4 와 IPv6

기존 IPv4의 주소 고갈문제와 를 해결하고자 IPv6가 생겼다.

IPv4 와 IPv6의 헤더

image

	IPv4(Internet Protocol Version 4)	IPv6(Internet Protocol Version 6)
주소 크기	32비트	128비트
헤더 종류	1종류	2종류(기본 헤더 & 확장 헤더)
헤더 크기	가변 크기 헤더(옵션에 따라 달라짐)	고정 크기 헤더(기본 40바이트)
주소 표기법	. 으로 구분하며 4자리의 10진 표기법(192.168.10.1)	: 으로 구분하며 8자리의 16진 표기법(2001:0DB8:1000:0000:0000:0000:1111:2222)
패킷 크기 제한	64kbyte	없음
인증 및 보안 기능	없음	확장 헤더를 통해 적용 가능

IPv6가 IPv4에 비해 가지는 이점

• 패킷을 단편화 하지 않아 효율적인 라우팅이 가능하다

• 확장 헤더를 통해 인증 및 보안 기능을 적용할 수 있어서 데이터 무결성을 제공한다