네트워크 계층

1980년대 초 ISO(International Organization for Standardization)는 여러 업체가 만든 시스템을 상호 연동 가능케 하는 표준 네트워크 모델 제정의 필요성을 인식하고, 이런 요구를 수용해 OSI(Open System Interconnection) 네트워크 모델을 만들었다.

물리 계층¶

시스템 간의 연결 선으로, 실제 장치를 연결하는 데 필요한 전기적, 물리적 세부 사항을 정의

케이블¶

랜(LAN) 케이블이 대표적이지만 케이블의 속도에 따라 CAT 1~6로 나뉘며 재질에 따라 구분된다.

케이블의 구분

일반적으로 사용하는 랜 케이블은 CAT 5(or CAT 6)인 UTP 케이블이다.

관련 장비¶

리피터¶

네트워크를 연장하기 위한 장비로 신호 세기를 증가시키는 역할을 한다. 요즘에는 모든 네트워크 장비에 공통적으로 들어가는 기능이 되어 별도 장비로 사용하지는 않는다.

더미 허브¶

스위치의 예전 형태로 네트워크 구조가 버스 구조를 하고 있다. 허브는 스위치와 사용 방법이 똑같으나 패킷을 보낼 때 데이터가 모든 노드에게 전달된다는 점이 다르다.

데이터 링크 계층¶

점대점(point-to-point) 간 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층

• CRC 기반의 오류 제어와 흐름 제어가 필요
• 네트워크를 구성하는 개체들 간 데이터를 전달
• 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 찾아 수정하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공

MAC 주소¶

데이터 링크 계층을 간단히 설명하면 하드웨어 주소만으로 통신하는 계층이다. 하드웨어 주소인 MAC은 네트워크 카드에 할당되는 고유 주소로 12개의 16진수로 구성된다. 앞 6자리는 제조사 정보(OUI, Organizational Unique Identifier)이며 뒤쪽 자리는 호스트 식별자(Host Identifier)로 제조사에서 임의로 붙이는 일련번호이다.

네트워크 종류¶

데이터 링크 계층에는 이더넷 외에도 몇 가지 주요 네트워크가 존재한다.

X.25¶

ITU-T에 의해 규격화된 통신 규약으로 단말 장치(DTE, Data Terminal Equipment)와 회선종단장치(DCE, Data Circuit-terminating Equipment) 간의 상호 접속에 대해서만 규정한다.

회선종단장치: 네트워크를 통해 데이터를 아날로그나 디지털 신호 형태로 송수신하는 장치

프레임 릴레이¶

디지털 전송 통로 품질의 향상에 따라 불필요한 전송 오류 제어나 흐름 제어 등 복잡한 기능을 최소화하고, 망 종단 장치에서 처리하도록 함으로써 고속 전송을 실현하는 고속 데이터 전송 기술이다. X.25 패킷 교환망의 10배까지 구현 가능

ATM¶

고속의 데이터를 53Byte 셀로 처리하는 VLSI 기술로, 실시간 영상 전송과 같은 고속 통신에 사용한다.

관련 장비¶

브리지¶

랜과 랜을 연결하는 네트워크 장치로, 데이터 링크 계층에서 통신 선로를 따라 한 네트워크에서 그 다음 네트워크로 프레임을 복사하는 역할을 한다.

프레임은 L2(Layer 2, 데이터 링크 계층)에서 사용되는 데이터 전송 단위이다.

스위치¶

기본적으로 L2에서 작동하는 스위치를 말한다. L3, L4 스위치는 L2 스위치에 상위 계층의 네트워킹 기능을 추가한 것이다. L2 스위치는 스타형 네트워크로 더미 허브의 패킷 간 충돌을 해결하는 획기적 방안이었다.

스위칭¶

패킷 전송 방식

• 컷스루(cut-through)
• 수신한 프레임의 목적지 주소를 확인하고 해당 포트로 즉시 전송
• 지연 시간 최소화
• 수신 패킷에 오류있을 시, 수신 장치에서 폐기
• 저장 후 전송(store & forward)
• 완저히 프레임을 수신하여 버퍼에 보관
• CRC 등 오류를 확인하고 정상 프레임을 전송
• 전송 지연이 발생하지만 브리지나 라우터보다 신속
• 속도가 다른 포트가 연결된 경우 반드시 사용해야 함
• 최근에는 컷스루와 동시지원이 일반적
• 인텔리전트 스위칭(intelligent switching)
• 평소에는 컷스루 방식으로 작동
• 오류 발생시 저장 후 전송 모드로 자동 전환
• 오류가 0이 되면 다시 컷스루로 전환
• 전이중(full-duplex)
• 송신 포트와 수신 포트를 분리
• 반이중 방식보다 성능이 두배
• 충돌이 없으므로 전송거리 제한 연장 가능

스위치 테이블
데이터 링크 계층에서 스위치는 시스템 간의 원활한 통신을 위해 주소 테이블을 생성하고 관리

스위치는 IP주소를 기억하지 않으며 MAC 주소만을 포트에 매칭한다.

네트워크 계층¶

여러 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층

• 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 절차적, 기능적 수단을 제공
• 라우팅, 흐름 제어, 단편화, 오류 제어 등 수행
• 라우터와 L3 스위치가 여기에 해당

라우터¶

둘 이상의 네트워크를 연결하거나 분리하는 역할을 수행

주요 기능

• 네트워크를 서로 연결
• 각기 독립적으로 구성된 네트워크들을 연결
• 패킷 스위칭
• 한 포트로 패킷을 받아서, 다른 포트로 전송
• 경로 설정
• 패킷 교환망에서 최적 경로를 찾기 위한 라우팅 테이블을 구성
• 이에 따라 패킷을 목적지까지 가장 빠르게 전송

라우팅¶

네트워크상에서 주소를 이용, 목적지까지 경로를 체계적으로 결정하는 경로선택 과정

• 정적 라우팅
• 관리자 권한으로 특정 경로를 통해서만 패킷이 지날 수 있도록 설정한 것
• 네트워크 변경사항이 발생할 때 라우팅 테이블을 수동으로 직접 고쳐줘야 함
• 동적 라우팅
• 네트워크 연결 상태를 라우터가 스스로 파악, 최적 경로 선택
• 네트워크 연결 형태가 변경되어도 자동으로 문제 해결

전송 계층¶

양 끝단(end-to-end)의 사용자들이 신뢰성 있는 데이터를 주고받을 수 있게 함으로, 상위 계층이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 고려하지 않아도 되게 함

• 시퀸스 넘버 기반의 오류 제어 방식을 사용
• 특정 연결의 유효성 제어
• TCP는 연결 지향 프로토콜
• 패킷 전송이 유효한가 판단, 재전송

port¶

전송 계층의 대표적인 프로토콜인 TCP는 포트(port)라는 주소를 가진다. IP가 시스템의 논리적 주소라면, 포트는 시스템에 도착한 이후 찾아갈 응용 프로그램의 주소라 할 수 있다.

• 0~65535(2^16)번까지 존재
• 0~1023번을 잘 알려진 포트라 함(well known port)
• 출발지 포트는 사용하지 않는 임의의 포트를 할당
• 1025~65535번 중 할당

세션 계층¶

양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공

• 동시 송수신 방식, 반이중 방식, 전이중 방식의 통신
• 체크 포인팅과 유휴, 종류, 재시작 과정 등을 수행
• TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임

표현 계층¶

데이터에 대한 구조를 하나의 통일된 형식을 표현

• 응용 프로그램 계층 간의 서로 다른 표현을 상호 인식하기 위한 정보 정의
• 데이터 압축과 암호화
• 이에 대한 정보가 헤더에 담김

응용 계층¶

사용자나 응용 프로그램 사이에 데이터 교환을 가능하게 하는 계층

• HTTP, FTP, 터미널 서비스, 메일 프로그램, 디렉토리 서비스 등