[Network] 네트워크 통신의 이해 : OSI 7계층 모델과 TCP/IP 모델

네트워크 통신의 이해 : OSI 7계층 모델과 TCP/IP 모델

네트워크 통신은 과정에서 데이터를 어떻게 주고받는지 이해하기 위해서는 OSI 7계층 모델과 TCP/IP 모델을 알아야 합니다. 이 두 모델은 네트워크 통신 과정을 계층화해서 설명하고, 각 계층에서 데이터가 어떻게 처리되는지 보여줍니다. 또한, 데이터를 전송하고 받을 때 중요한 개념인 캡슐화와 역캡슐화도 함께 이해해야 합니다.

OSI 7계층 모델 : 네트워크 통신의 기본

OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 네트워크 통신을 계층화해서 설명하는 국제 표준입니다. 이 모델은 네트워크 통신을 7개의 계층으로 나눠서, 각각의 계층이 수행하는 역할을 정의합니다. 이 모델을 이해하면 네트워크 문제를 진단하고 해결하는 데 유용하며, 다양한 네트워크 장비와 프로토콜 간의 상호 운용성을 높일 수 있습니다.

OSI 7계층의 구조

• 물리 계층(Physical Layer)
  • 역할 : 네트워크의 물리적인 연결을 담당합니다. 케이블, 전기 신호, 비트 전송을 관리하며, 데이터가 전송될 수 있도록 합니다.
  • 예시 : 집에 설치된 인터넷 케이블, Wi-Fi 신호 등
  • 케이스 : 인터넷 케이블이 끊어지면 물리 계층에서 문제가 발생한 것입니다.
• 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
  • 역할 : 물리 계층에서 전달된 데이터를 프레임 단위로 묶어 안정적인 전송을 보장합니다. MAC 주소를 사용해 장치 간의 데이터 전송을 담당합니다.
  • 예시 : 이더넷 스위치, Wi-Fi의 MAC 주소 기반 통신
  • 케이스 : 컴퓨터가 같은 네트워크에 있는 다른 장치와 데이터를 주고받을 때, 이 계층에서 오류를 검출하고 데이터를 수정합니다.
• 네트워크 계층(Network Layer)
  • 역할 : 데이터를 목적지까지 전달하기 위해 라우팅을 수행합니다. IP 주소를 사용해서 패킷을 목적지로 전송합니다.
  • 예시 : 라우터가 인터넷을 통해 데이터 패킷을 라우팅 하는 과정
  • 케이스 : 집에서 특정 웹 사이트를 접속할 때, 라우터는 그 웹 사이트의 서버로 데이터 패킷을 라우팅 합니다.
• 전송 계층(Transport Layer)
  • 역할 : 데이터 전송의 신뢰성과 무결성을 보장합니다. TCP/UDP 프로토콜을 사용해서 데이터를 세그먼트로 분할하고 전송 중 손실된 데이터를 재전송합니다.
  • 예시 : 웹 브라우저에서 웹 페이지를 로드할 때, TCP를 통해 데이터가 손실 없이 도착하는 과정
  • 케이스 : 웹 브라우저가 웹 페이지를 요청할 때, 전송 계층에서 TCP 프로토콜이 사용되어 데이터 패킷이 손실 없이 순서대로 도착하도록 합니다.
• 세션 계층(Session Layer)
  • 역할 : 두 장치 간의 세션을 관리합니다. 세션을 열고 닫으며, 데이터 전송이 중단될 경우 복구를 지원합니다.
  • 예시 : 비디오 스트리밍 시 세션 관리
  • 케이스 : 세션 계층은 클라이언트와 서버 간의 연결을 설정하고 관리하며, 사용자가 로그아웃하지 않는 한 세션을 유지시킵니다.
• 프레젠테이션 계층(Presentation Layer)
  • 역할 : 데이터 형식을 변환하고 암호화 및 복호화를 수행합니다. 데이터를 응용 계층이 이해할 수 있는 형태로 변환합니다.
  • 예시 : 웹 사이트 접속 시 HTTPS를 통한 데이터 암호화, 이미지 파일 포맷 변환, 데이터 압축
  • 케이스 : 웹 사이트 접속 시 HTTPS를 통해 데이터가 암호화되며, 이미지 파일이 특정 형식으로 변환되어 표시됩니다.
• 응용 계층(Application Layer)
  • 역할 : 사용자가 직접 상호작용하는 애플리케이션의 네트워크 기능을 지원합니다. 이메일, 파일 전송, 웹 브라우징 등 다양한 네트워크 서비스가 이 계층에서 동작합니다.
  • 예시 : 웹 브라우저를 통한 HTTP, SMTP, FTP
  • 케이스 : 사용자가 웹 브라우저를 통해 웹 사이트에 접속하거나, 이메일 클라이언트를 통해 이메일을 주고받을 때 응용 계층이 작동합니다.

OSI 7계층의 중요성

• 문제 해결 : OSI 모델을 통해 네트워크 문제를 특정 계층으로 좁혀서 진단할 수 있습니다. 예를 들어, 어떤 계층에서 문제인지를 구분할 수 있습니다.
• 표준화 : OSI 모델은 네트워크 장비 제조사와 소프트웨어 개발자가 서로 다른 환경에서 일관되게 통신할 수 있도록 표준을 제공합니다.
• 교육 및 학습 : 네트워크 통신의 복잡한 과정을 계층별로 나눠서 이해하기 쉽게 만들고, 네트워크 전문가를 양성하는 데 중요한 역할을 합니다.

TCP/IP 모델 : 현대 네트워크 표준

TCP/IP 모델은 실제 네트워크에서 주로 사용되는 네트워크 프로토콜 모델로, OSI 모델보다 더 간결하고 실용적입니다. 네 개의 계층으로 구성되며, 인터넷 프로토콜(IP)을 중심으로 설계되었습니다.

TCP/IP 모델의 계층 구조

• 응용 계층(Application Layer)
  • OSI 모델의 응용, 프레젠테이션, 세션 계층이 합쳐져 있습니다.
  • 역할 : 사용자가 상호작용하는 네트워크 애플리케이션을 지원합니다. (예 : HTTP, SMTP, FTP)
• 전송 계층(Transport Layer)
  • OSI 모델의 전송 계층과 동일한 기능을 수행합니다.
  • 역할 : 데이터 전송의 신뢰성을 보장하며, TCP/UDP 프로토콜을 사용해서 데이터를 세그먼트로 분할합니다.
• 인터넷 계층(Internet Layer)
  • OSI 모델의 네트워크 계층과 동일한 기능을 수행합니다.
  • 역할 : IP 주소를 사용해서 데이터를 패킷으로 전송하고, 목적지까지 라우팅 합니다.
• 네트워크 엑세스 계층(Network Access Layer)
  • OSI 모델의 물리 계층과 데이터 링크 계층이 합쳐져 있습니다.
  • 역할 : 데이터를 물리적 매체를 통해 전송하며, 프레임 단위로 처리합니다.

캡슐화와 역캡슐화 : 데이터 전송

캡슐화는 데이터를 전송하기 위해 계층별로 헤더와 트레일러를 추가해서 데이터 단위를 구성하는 과정입니다. 반대로, 역캡슐화는 수신된 데이터에서 각 계층의 헤더와 트레일러를 제거해서 원래의 데이터로 복구하는 과정입니다.

• 캡슐화 과정
  1. 응용 계층에서 데이터를 생성하고, 이를 전송 계층으로 전달합니다.
  2. 전송 계층에서 데이터에 TCP/UDP 헤더를 추가하고, 이를 세그먼트로 나눕니다.
  3. 인터넷 계층에서 IP 패킷으로 변환하며, IP 헤더를 추가합니다.
  4. 네트워크 엑세스 계층에서 패킷을 프레임으로 변환하고, 물리적 신호로 전송합니다.
• 역캡슐화 과정
  1. 네트워크 엑세스 계층에서 프레임을 수신해서 IP 패킷을 추출합니다.
  2. 인터넷 계층에서 IP 헤더를 제거하고 세그먼트를 추출합니다.
  3. 전송 계층에서 TCP/UDP 헤더를 제거하고, 원래의 데이터를 복구합니다.
  4. 응용 계층에서 최종 데이터를 사용자가 접근할 수 있도록 합니다.

REF

https://velog.io/@chullll/OSI-7%EA%B3%84%EC%B8%B5