클라이밍하는 개발자

OSI 참조 모델이란?

OSI(Open Systems Interconnection) 참조 모델은 1984년 국제표준화기구(ISO)에서 개발한 네트워크 통신 표준입니다. 컴퓨터 네트워킹을 7개의 논리적 계층으로 나누어, 복잡한 네트워크 통신 과정을 체계적으로 이해할 수 있게 해줍니다.

이 모델은 마치 우편 시스템과 비슷합니다. 여러분이 친구에게 편지를 보낼 때, 편지 작성부터 배달까지 여러 단계를 거치게 되죠. OSI 모델도 데이터가 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 전송될 때 거치는 단계들을 설명합니다.

OSI 모델의 7계층 구조와 역할

제1층: 물리층 (Physical Layer)

물리층은 가장 기본적인 계층으로, 실제 데이터를 전기 신호로 변환하여 물리적 매체(케이블, 무선 등)를 통해 전송합니다.

• 주요 기능: 비트(0과 1)를 전기 신호, 빛, 전파 등으로 변환
• 예시 장비: 케이블, 리피터, 허브, 네트워크 어댑터
• 실생활 비유: 우편 배달부가 실제로 편지를 운반하는 것과 같습니다

제2층: 데이터 링크층 (Data Link Layer)

데이터 링크층은 물리적으로 연결된 두 장치 간의 신뢰할 수 있는 데이터 전송을 담당합니다.

• 주요 기능: 오류 감지 및 수정, MAC 주소를 이용한 장치 식별
• 예시 프로토콜: 이더넷, Wi-Fi, PPP
• 예시 장비: 스위치, 네트워크 브릿지
• 실생활 비유: 우편물이 올바른 집 주소로 배달되도록 하는 것과 같습니다

제3층: 네트워크층 (Network Layer)

네트워크층은 여러 네트워크를 연결하고, 데이터 패킷의 경로를 결정합니다.

• 주요 기능: 라우팅(최적 경로 선택), 논리적 주소 지정(IP 주소)
• 예시 프로토콜: IP, ICMP, OSPF
• 예시 장비: 라우터
• 실생활 비유: 내비게이션처럼 목적지까지 가는 최적의 경로를 찾는 것과 같습니다

제4층: 트랜스포트층 (Transport Layer)

트랜스포트층은 데이터의 분할과 재조립, 흐름 제어, 오류 복구를 담당합니다.

• 주요 기능: 종단간(end-to-end) 통신 관리, 데이터 분할과 재조립
• 예시 프로토콜: TCP, UDP
• 실생활 비유: 여러 소포로 나누어 보내고 받는 쪽에서 다시 조립하는 것과 같습니다

제5층: 세션층 (Session Layer)

세션층은 두 장치 간의 통신 세션을 설정, 유지, 종료하는 역할을 합니다.

• 주요 기능: 대화 제어, 동기화
• 예시 프로토콜: NetBIOS, RPC
• 실생활 비유: 전화 통화를 시작하고 끝내는 과정과 같습니다

제6층: 프레젠테이션층 (Presentation Layer)

프레젠테이션층은 데이터 형식을 변환하고 암호화/복호화하는 역할을 합니다.

• 주요 기능: 데이터 변환, 압축, 암호화
• 예시 프로토콜: SSL/TLS, JPEG, MPEG
• 실생활 비유: 각 나라의 언어를 번역하는 통역사와 같습니다

제7층: 애플리케이션층 (Application Layer)

애플리케이션층은 사용자와 직접 상호작용하는 소프트웨어 애플리케이션의 계층입니다.

• 주요 기능: 사용자 인터페이스 제공, 이메일, 파일 전송 등
• 예시 프로토콜: HTTP, FTP, SMTP, DNS
• 실생활 비유: 우리가 실제로 사용하는 편지지나 메일 앱과 같습니다

데이터 흐름 이해하기

데이터가 전송될 때는 7계층에서 시작하여 1계층까지 내려갑니다(캡슐화). 이 과정에서 각 계층은 자신의 정보(헤더)를 데이터에 추가합니다. 반대로 데이터를 받을 때는 1계층에서 7계층으로 올라가며(비캡슐화) 각 계층의 헤더를 제거하고 데이터를 처리합니다.

예를 들어, 웹 브라우저로 웹 페이지를 요청할 때

1. 애플리케이션층: HTTP 요청 생성
2. 프레젠테이션층: 데이터 형식 변환
3. 세션층: 서버와의 세션 설정
4. 트랜스포트층: 데이터를 패킷으로.분할
5. 네트워크층: 패킷에 IP 주소 추가
6. 데이터 링크층: MAC 주소 추가
7. 물리층: 비트를 전기 신호로 변환하여 전송

OSI 모델의 실제 응용

비록 OSI 모델이 이론적인 프레임워크이지만, 오늘날의 대부분의 네트워크 문제 해결과 설계에 기준이 됩니다. 네트워크 엔지니어들은 문제가 발생했을 때 "어느 계층에서 문제가 발생했는가?"라고 물으며 체계적으로 접근합니다.

예를 들어:

• 인터넷 케이블 문제는 물리층(1계층)
• Wi-Fi 연결 문제는 데이터 링크층(2계층)
• IP 주소 충돌은 네트워크층(3계층)
• 웹사이트 접속 불가는 애플리케이션층(7계층)

마치며

OSI 참조 모델은 복잡한 네트워크 통신을 이해하기 쉽게 논리적 계층으로 분류한 중요한 개념입니다. 각 계층은 특정 기능을 담당하며, 이 계층들이 함께 작동하여 우리가 매일 사용하는 인터넷과 네트워크 통신을 가능하게 합니다.

네트워크에 관심이 있거나 IT 분야로 진로를 고려하고 있다면, OSI 모델을 이해하는 것은 탄탄한 기초를 다지는 첫 걸음입니다.

참고링크: https://velog.io/@donghyuk65/%EA%B0%9C%EB%B0%9C%EC%9E%90%EC%9D%98-%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC-%EA%B8%B0%EB%B3%B8-%EC%83%81%EC%8B%9D-OSI-7-%EA%B3%84%EC%B8%B5%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC%EC%9D%98-%EB%BC%88%EB%8C%80

01-1 컴퓨터 네트워크를 알아야 하는 이유

• 네트워크의 네트워크, 인터넷
  • 전 세계의 컴퓨터들이 서로 연결되어 통신할 수 있는 거대한 네트워크
  • TCP/IP 프로토콜을 기반으로 한 통신망
  • 정보 공유와 통신을 가능하게 하는 핵심 인프라
• 개발자가 컴퓨터 네트워크를 알아야 하는 이유
  • 프로그램을 만드는 업무에서 네트워크 지식을 활용하는 경우
    • 웹 애플리케이션 개발
    • API 통신 구현
    • 데이터베이스 연동
    • 분산 시스템 구축
  • 프로그램을 유지 보수하는 업무에서 네트워크 지식을 활용하는 경우
    • 성능 최적화
    • 네트워크 오류 디버깅
    • 보안 취약점 분석
    • 트래픽 모니터링

01-2 네트워크 거시적으로 살펴보기

• 네트워크의 기본 구조
  1. 호스트 (Host):
     • 설명: 네트워크에 연결된 모든 컴퓨터 장치를 의미합니다. 주로 서버와 클라이언트
     • 서버: 데이터를 저장하고 네트워크를 통해 다른 컴퓨터에 서비스나 자원을 제공하는 컴퓨터. 예를 들어, 웹 서버는 웹 페이지를 호스팅하고, 파일 서버는 파일을 저장합니다.
     • 클라이언트: 서버의 자원을 사용하거나 서비스를 요청하는 컴퓨터. 일반 사용자들이 사용하는 PC, 스마트폰 등이 여기에 해당됩니다.
  2. 네트워크 장비 (Network Devices):
     • 라우터 (Router): 서로 다른 네트워크 간의 데이터 패킷을 전달하고, 최적의 경로를 찾아주는 장치. 인터넷 연결을 가능하게 합니다.
     • 스위치 (Switch): 네트워크 내의 여러 장치를 연결하고, 데이터 패킷을 올바른 목적지로 전송합니다. LAN(Local Area Network)에서 주로 사용됩니다.
     • 허브 (Hub): 네트워크 장치들을 연결하는 기본 장치로, 데이터를 모든 포트로 전송하여 네트워크 트래픽이 많아질 수 있습니다. 스위치보다 비효율적입니다.
  3. 통신 매체 (Transmission Medium):
     • 유선 (Wired):
       • 이더넷 케이블 (Ethernet Cable): 가장 일반적인 유선 네트워크 매체로, 데이터를 전기 신호를 통해 전송합니다. 안정적이고 빠른 속도를 제공합니다.
       • 광섬유 케이블 (Fiber Optic Cable): 빛을 통해 데이터를 전송하며, 매우 빠른 속도와 긴 전송 거리를 제공합니다.
     • 무선 (Wireless):
       • Wi-Fi: 무선 네트워크 기술로, 라우터를 통해 무선 신호를 전송하여 장치들이 네트워크에 연결됩니다. 케이블 없이도 편리하게 사용 가능합니다.
       • Bluetooth: 단거리 무선 통신 기술로, 주로 주변기기 연결에 사용됩니다.
  4. 메시지 (Message):
     • 설명: 네트워크에서 전송되는 데이터 단위입니다. 패킷이라는 작은 단위로 쪼개져 전송되며, 최종적으로 재조합되어 사용자에게 전달됩니다.
     • 패킷 (Packet): 데이터가 전송되는 기본 단위로, 헤더와 페이로드로 구성됩니다. 헤더는 목적지와 출발지 주소를 포함하고, 페이로드는 실제 전송 데이터입니다.
     • 프레임 (Frame): 패킷을 포함한 데이터 링크 계층에서의 데이터 단위로, 물리적 네트워크에서 전송됩니다.
• 범위에 따른 네트워크 분류
  • 설명: LAN은 물리적으로 가까운 위치에 있는 컴퓨터와 장치들이 연결된 네트워크입니다. 보통 한 건물 내 혹은 근처 여러 건물로 이루어진 작은 지역을 커버합니다.
  • 특징:
    • 한정된 공간: 학교, 사무실, 공장, 또는 캠퍼스와 같은 작은 지리적 범위에서 사용됩니다.
    • 높은 속도: 네트워크 속도가 매우 빠르며, 일반적으로 1Gbps 또는 그 이상의 속도를 지원합니다.
    • 낮은 오류율: 신호의 전송 거리가 짧고, 데이터 손실이 적습니다.
  • 예시: 학교 네트워크, 회사 내부 네트워크, 집안의 Wi-Fi 네트워크.
  WAN (Wide Area Network: 광역 통신망)
  • 설명: WAN은 넓은 지리적 범위에 걸쳐 있는 네트워크로, 서로 떨어진 위치에 있는 여러 LAN을 연결합니다. 이 네트워크는 전 세계에 걸쳐 있을 수 있습니다.
  • 특징:
    • 넓은 지역: 국가나 대륙을 포함하는 넓은 범위에서 사용됩니다.
    • 인터넷 연결: 인터넷 서비스 제공업체(ISP)를 통해 네트워크를 연결합니다. WAN은 다양한 통신 기술을 사용하여 데이터를 전송합니다.
    • 속도와 신뢰성: WAN의 속도는 ISP와 사용 기술에 따라 다르며, 신뢰성을 보장하기 위해 다양한 프로토콜을 사용합니다.
  • 예시: 인터넷, 기업의 국제 네트워크, 대규모 통신망.
• LAN (Local Area Network: 근거리 통신망)
• 메시지 교환 방식에 따른 네트워크 분류
  1. 회선 교환 방식 (Circuit Switching):
     • 설명: 통신을 시작하기 전에 두 지점 사이에 전용 통신 경로를 설정합니다. 이 경로는 통신이 끝날 때까지 유지되며, 다른 통신이 동일한 경로를 사용할 수 없습니다.
     • 특징: 고정 대역폭을 보장하고, 실시간 통신에 적합합니다. 예를 들어, 전화망이 대표적입니다.
     • 장점: 전용 경로로 인해 안정적인 연결과 낮은 지연 시간.
     • 단점: 비효율적 자원 사용, 사용되지 않는 동안에도 경로가 점유됨.
  2. 패킷 교환 방식 (Packet Switching):
     • 설명: 데이터를 작은 단위인 패킷으로 나누어 전송합니다. 각 패킷은 독립적으로 목적지로 전송되며, 최종 목적지에서 다시 조립됩니다.
     • 특징: 네트워크 자원을 효율적으로 사용하며, 각 패킷이 독립적인 경로로 전송될 수 있습니다. 인터넷이 대표적인 예입니다.
     • 장점: 효율적인 대역폭 사용, 동적 라우팅으로 안정성 증가.
     • 단점: 지연이 발생할 수 있으며, 실시간 통신에는 덜 적합할 수 있음.
• 주소와 송수신지 유형에 따른 전송 방식
  1. 유니캐스트 (Unicast):
     • 설명: 1대1 통신 방식으로, 하나의 송신자가 하나의 수신자에게 데이터를 전송합니다.
     • 특징: 대부분의 일반적인 인터넷 통신 (예: 웹 브라우징, 이메일 등)이 유니캐스트 방식입니다.
     • 장점: 정확하고 개인화된 데이터 전송.
     • 단점: 많은 수신자에게 데이터를 전송할 때 비효율적.
  2. 브로드캐스트 (Broadcast):
     • 설명: 1대 다수 통신 방식으로, 하나의 송신자가 네트워크에 연결된 모든 장치에 데이터를 전송합니다.
     • 특징: 주로 로컬 네트워크(LAN)에서 사용됩니다. 모든 장치가 데이터를 수신합니다.
     • 장점: 네트워크의 모든 장치에게 동시에 정보를 전달.
     • 단점: 네트워크 트래픽 증가 및 효율성 저하.
  3. 멀티캐스트 (Multicast):
     • 설명: 1대 그룹 통신 방식으로, 하나의 송신자가 특정 그룹의 장치에만 데이터를 전송합니다.
     • 특징: 실시간 스트리밍, 온라인 회의 등에서 자주 사용됩니다.
     • 장점: 특정 그룹의 수신자들에게만 데이터를 전송하여 대역폭을 절약.
     • 단점: 네트워크와 장치의 멀티캐스트 지원 필요.

01-3 네트워크 미시적으로 살펴보기

• 프로토콜: 네트워크 통신 규칙
• 네트워크 참조 모델
  • OSI 모델
    • 7계층 구조
      • 물리 계층: 실제 물리적 연결을 담당.
      • 데이터 링크 계층: 데이터 프레임 전송 및 오류 검사.
      • 네트워크 계층: 패킷 전달 및 라우팅.
      • 전송 계층: 데이터 전송 신뢰성 보장.
      • 세션 계층: 통신 세션 관리.
      • 표현 계층: 데이터 변환 및 암호화.
      • 응용 계층: 사용자 애플리케이션과의 인터페이스.
  • TCP/IP 모델
    • 네트워크 인터페이스 계층: 데이터 링크 및 물리 계층 기능.
    • 인터넷 계층: 패킷 전달 및 라우팅.
    • 전송 계층: 데이터 전송 신뢰성 보장.
    • 응용 계층: 사용자 애플리케이션과의 인터페이스.
    • 실제 인터넷에서 사용되는 표준 모델로, 네트워크 통신을 효율적으로 수행
    • 참고링크: https://pyoja.tistory.com/261
• 캡슐화와 역캡슐화
  1. 캡슐화: 데이터가 상위 계층에서 하위 계층으로 전달될 때, 각 계층은 데이터에 특정 헤더를 추가해요. 예를 들어, 응용 계층에서 생성된 데이터는 전송 계층으로 전달되며, 전송 계층은 데이터에 세그먼트 헤더를 추가합니다.
  2. 역캡슐화: 데이터가 하위 계층에서 상위 계층으로 전달될 때, 각 계층은 헤더를 제거해요. 예를 들어, 데이터 링크 계층에서 받은 프레임은 네트워크 계층으로 전달되며, 네트워크 계층은 프레임 헤더를 제거하고 패킷을 처리합니다.
• PDU: 각 계층별 데이터 단위를 의미
  • 응용 계층: 메시지
  • 전송 계층: 세그먼트
  • 네트워크 계층: 패킷
  • 데이터 링크 계층: 프레임
• 트래픽과 네트워크 성능 지표
  1. 처리율 (Throughput):
     • 설명: 단위 시간당 실제로 전송되는 데이터양.
     • 측정 단위: bps (bits per second).
     • 의미: 네트워크의 실질적인 성능 지표.
  2. 대역폭 (Bandwidth):
     • 설명: 네트워크에서 최대로 전송할 수 있는 데이터의 양.
     • 의미: 네트워크의 이론적인 최대 전송 용량.
     • 특징: 실제 처리율은 대역폭보다 작음.
  3. 패킷 손실 (Packet Loss):
     • 설명: 네트워크에서 전송 중 손실되는 패킷의 비율.
     • 원인: 네트워크 혼잡, 하드웨어 문제 등.
     • 영향: QoS(서비스 품질)에 영향을 미치는 중요 요소.