[Network] 네트워크 모델

1. 계층 구조의 개념

* 모듈화

크고 복잡한 시스템을 기능별로 여러 개의 작고 단순한 모듈로 독립화

모듈 사이의 적절한 인터페이스가 필요하다.

* 계층 구조

상위 모듈이 하위 모듈에게 서비스를 요청

하위 모듈은 서비스를 실행하고 그 결과를 상위 모듈에 통보

- 장점

> 전체 시스템을 이해하기 쉽고, 설계 및 구현이 용이하다.

> 모듈간의 인터페이스가 단순하면 모듈의 독립성을 향상시킬 수 있으며, 이는 시스템 구조를 단순화시키는 장점이 된다.

> 대칭 구조에서는 동일 계층 사이의 인터페이스인 프로토콜을 단순화시킬 수 있다.

> 특정 모듈의 외부 인터페이스가 변하지 않으면 내부 기능의 변화가 전체 시스템의 동작에 영향을 미치지 않는다.

* 프로토콜 설계 시 고려 사항

1) 주소 표현

주소의 활용도를 높이기 위하여 구조적 정보를 포함한다.

2) 오류제어

데이터 변형 오류 - 데이터가 깨져서 수신자에게 도착함

데이터 분실 오류 - 데이터가 수신자에게 도착하지 못함

오류제어는 데이터 링크 계층의 주요 기능으로 재전송 방식을 사용한다.

3) 흐름제어

수신자의 처리 능력에 비해 너무 빨리 데이터를 전송하지 못하도록 제어한다.

수신 버퍼가 부족하면 수신자는 데이터를 분실처리한다.

4) 데이터 전달 방식

단방향 - 데이터를 한쪽 방향으로만 전송

전이중 - 데이터를 양쪽에서 동시에 전송

반이중 - 양방향으로 전송할 수 있지만, 특정 시점에서는 한쪽 방향으로만 전송

* OSI 참조 모델

1) 용어정의

계층n 프로토콜 - 계층 n 모듈끼리 사용하는 통신 규칙

동료 프로세스 - 동일 계층에 위치한 통신 양단 프로세스

인터페이스 - 상하위 계층 사이의 접속 방법

서비스 - 상위 계층이 하위 계층을 사용하는 방법

2) 중개 기능

3) 계층별 기능

- 물리 계층

데이터 전송 속도, 클록 동기화 방법, 물리적 연결 형태 등

- 데이터 링크 계층

물리 계층의 물리적 전송 오류 문제를 해결

프레임 - 전송 데이터의 명칭

- 네트워크 계층

데이터의 전송 경로를 결정

호스트 구분을 위한 주소 개념 필요 ( IP 주소 )

패킷 - 전송 데이터의 명칭

혼잡 제어 - 데이터 전송 경로의 선택에 따라 네트워크 혼잡에 영향을 미친다.

- 전송 계층

송수신 프로세스 사이의 단대단( peer to peer ) 통신 기능을 지원한다.

프로세스 구분을 위한 주소 개념 필요 ( PORT 번호 )

- 세션 계층

송수신자 사이에 상위적 연결 개념인 세션을 지원한다.

- 표현 계층

데이터의 의미와 표현 방법을 처리한다

암호화/압축 기능도 처리한다.

- 응용 계층

FTP, Telnet, 전자메일 등

* OSI 참조 모델의 데이터 전송

데이터는 응용 계층에서 하위 계층으로 순차적으로 전송된다.

물리 계층과 응용 계층을 제외한 나머지 계층에서는 데이터의 시작부분과 끝부분에 헤더나 트레일러 형태로 정보를 추가한다.

실제 네트워크 프로토콜은 OSI 참조 모델의 7계층을 모두 사용하지 않고, 처음 세 계층만 사용한다.

* OSI 참조 모델 7계층

계층 7개는 서로 독립적이므로 어느 한 계층의 변경이 다른 계층에는 영향을 미치지 않는다.

기능에 필요한 몇 개의 계층만 표준화하면 정상적으로 통신할 수 있다.

1) 물리계층

두 시스템 간에 데이터를 전송하려고 링크를 활성화하고 관리하는 전기적・기계적・절차적・기능적 특성 등을 정의한다.

허브, 라우터, 네트워크 카드, 케이블 등 전송매체를 통해 비트를 전송한다.

상위 계층에서 전송된 데이터를 물리 매체를 통해 다른 시스템에 전기적 신호로 전송한다.

2) 데이터 링크 계층

물리적 링크를 이용하여 신뢰성 있는 데이터를 전송하는 계층으로, 네트워크를 통해 데이터를 전송할 때 전송로 역할을 한다.

데이터 링크 계층에서는 비트를 프레임이라는 논리적 단위로 구성하는데, 전송하려는 데이터에 인접한 노드의 주소( MAC 주소 )가 더해진다.

시스템 간에 오류 없이 데이터를 전송하려고 네트워크 계층에서 받은 데이터 단위를 프레임으로 구

성하여 물리 계층으로 전송한다.

3) 네트워크 계층

상위 계층에 연결하는 데 필요한 데이터 전송과 경로선택 기능을 제공하고, 라우팅 프로토콜을 사용하여 최적의 경로를 선택한다.

데이터를 패킷 단위로 분할하여 전송한 후 재결합한다.

전송 개체 사이에 안정적으로 전송할 수 있도록 서비스를 제공한다.

4) 전송 계층

프로토콜과 관련된 계층으로 오류 복구와 흐름 제어 등을 담당하며, 두 시스템 간에 신뢰성 있는 데이터를 전송한다.

네트워크 계층에서 온 데이터를 세션 계층의 어느 어플리케이션에 보낼 것인지 판독하고, 네트워크 계층으로 전송할 경로를 선택한다.

5) 세션 계층

응용 프로그램 계층 간의 통신을 제어하는 구조를 제공하려고 응용 프로그램 계층 사이의 접속을 설정・유지・종료시켜주는 역할을 한다.

사용자와 전송 계층 간의 인터페이스 역할을 하며, LAN 사용자가 서버에 접속할 때 이를 관리하는 기능도 수행한다.

데이터의 단위를 전송 계층으로 전송할 순서를 결정하고, 데이터를 점검 및 복구하는 동기 위치를 제공한다.

6) 표현 계층

데이터 표현 차이를 해결하려고 서로 다른 형식으로 변환하거나 공통 형식을 제공하는 계층이다.

송신측에서는 수신측에 맞는 형태로 변환하고, 수신측에서는 응용 계층에 맞는 형태로 변환한다.

송신측과 수신측 사이에서 표준화된 데이터 형식을 규정한다.

7) 응용 계층

파일 전송, 데이터베이스, 원격 접속, 이메일 전송 등 응용 서비스를 네트워크에 접속시키는 역할을 하며, 여러 가지 서비스를 제공한다.

사용자에게 정보를 입력받아 하위 계층으로 전달하고, 하위 계층에서 전송한 데이터를 사용자에게 전달한다.

* 인터넷 모델( TCP/IP 모델 )

1) 응용 계층

2) 전송계층

- TCP

송신지에서 수신지까지 문자 스트림을 전송하는데, 두 응용 계층이 서로 대화하는 것을 허용하는 신뢰성 있는 프로토콜이다.

- UDP

OSI 참조 모델에서 정의하는 전송 계층의 일부 역할을 무시하는 단순한 전송 프로토콜이다.

흐름 제어 및 오류 검출 등의 기능이 없어 패킷을 빠르게 전송할 수 있다.

3) 인터넷 계층 ( Network )

- ICMP( Internet Control Message Protocol )

IP 패킷을 처리함에 있어 발생되는 문제를 알리거나, 진단 등과 같이 IP 계층에서 필요한 기타 기능을 수행한다.

IP 프로토콜에 캡슐화되어 전송된다.

- IGMP ( Internet Group Message Protocol )

서브넷 ( 로컬 네트워크 )에서 그룹관리를 위한 프로토콜이다.

- ARP( Address Resolution Protocol )

논리적인 IP 주소를 물리적인 MAC 주소로 변환하는 프로토콜이다.

- RARP ( Reverse Address Resolution Protocol )

물리적인 MAC 주소를 논리적인 IP 주소로 변환하는 프로토콜이다.

- IP ( Internet Protocol )

데이터 그램이라는 패킷을 만들고 수신지에 해당 패킷을 전송한다.

4) 네트워크 접속 계층

인터넷 모델은 대부분 하나의 네트워크나 다른 네트워크의 송신지에서 수신지까지 데이터를 주고 받는데, 물리 계층과 데이터 링크 계층에서 하는 일은 LAN과 WAN을 연결하여 인터넷을 구성하는 것이다.

* 프로토콜

* 계층별 사용장비

1) 물리계층

- 리피터

cable 전송으로 약화된 신호를 초기화, 증폭, 재전송의 기능을 수행한다.

리피터와 허브는 상위 계층에서 사용하는 MAC 주소나 IP주소를 이해하지 못하고 단지 전기 신호만을 증폭시키는 역할을 한다.

- 허브

리피터와 마찬가지로 전기적 신호를 증폭시킨다.

LAN 전송거리를 연장시키고 여러 대의 장비를 LAN에 접속할 수 있도록 한다.

2) 데이터 링크 계층

- LLC( Logical Link Control )

Data Link의 부 계층 중 하나로 물리적 매체 상에서 흐름제어와 에러제어 등의 트래픽을 관리한다.

두 장비간에 link를 설정하고 Frame을 송수신하는 방식과 상위 계층 프로토콜의 종류를 알리는 역할을 한다.

- MAC( Media Access Control )

Frame의 포맷, Ethernet 동작 방식, 충돌감지 및 재전송 방식 등을 정의한다.

- 브리지

단순히 전기적 신호만을 증폭시키는 것이 아니라 Frame을 다시 만들어서 전송한다.

MAC 주소를 보고 Frame 전송 포트를 결정한다.

- 스위치

MAC 주소와 해당 장비의 포트번호가 기록된 MAC address table을 보고 목적지에게만 Frame을 전송한다.

한 포트에서 전송되는 Frame이 MAC address table에 있는 특정 포트로만 전송하기 때문에 다른 포트가 전송하는 Frame과 충돌이 발생하지 않는다.

3) 네트워크 계층

- 라우터

IP 주소 등을 참조하여 목적지와 연결되는 포트로 패킷을 전송한다.

다른 네트워크( LAN )구간의 장비와 통신을 하려면 반드시 L3 장비를 거쳐야 한다.

경로 결정, 경로에 따른 패킷 전송

L3 스위치는 VLAN 간 고속 라우팅을 위해 사용하는 경우가 많다.

동일한 VLAN 포트간에는 스위칭 기능을 제공하고 서로 다른 VLAN 포트간에는 라우팅 기능을 제공한다.