Network Layer | 네트워크 계층구조

계층구조

크고 복잡한 시스템의 잘 정의된 특정 부분을 논의할 수 있도록 해준다 (단순화 해줌)

한 계층의 구현이 변화하더라도, 시스템의 나머지 부분은 변화하지 않는다.

계층 구조

네트워크 계층 구조를 나타내는 방법에는 크게 두 가지가 있는데

1. OSI 7계층
2. TCP/IP 5계층

이 있다. 

구조적 차이는 OSI 7계층의 5,6,7 계층이 합쳐져 TCP/IP 5계층의 5계층이 된 것이다. 

 

계층 구조의 각 계층은 

그 계층에서 어떤 동작을 취하고

그 계층 바로 아래 계층 서비스를 사용함으로써 서비스를 제공한다.

 

Service Model

• 한 계층은 상위 계층에게 제공하는 서비스(Service)에 관심을 가짐
• 각 계층은 그 계층에서 어떤 행위를 하며, 아래 계층의 Service를 사용함
• 각 계층은 독립적이지만, 서로 영향을 주고 받음

 

TCP/IP 5 계층구조를 기반으로 각 계층에 대해 설명하겠다.

 

 

Physical Layer | 물리 계층

단위 : bit (비트)

• 프레임 내부의 각 비트를 한 노드에서 다음 노드로 이동
• 시스템 간 데이터가 전송되는 물리적 연결 매체
• 실제 전송 매체 (케이블)에 의존 ex) 꼬임쌍선, 단일 모드 광케이블, 랜케이블, 전화
• 데이터 전송 속도에 따라 CAT으로 나누어져있음

일반적으로는 

UTP 케이블 (구리선) 

CAT 5 / CAT6의 속도를 제공하며

RJ 45 커넥터를 사용한다

 

Data Link Layer | 데이터 링크 계층

단위 : frame (프레임)

주소 : MAC 주소 사용 (하드웨어 고유의 주소)

• 전체 프레임을 한 네트워크 요소에서 이웃 네트워크 요소로 이동 (같은 네트워크에 속해있는 곳으로의 이동)
• 해당 링크 계층에서 사용하는 프로토콜에 의해 결정
• ARP 프로토콜 등을 이용하여 브로드캐스팅을 통해 MAC 주소를 찾음
• 스위치, 허브 등을 통해 이동함

MAC 주소

네트워크 카드마다 붙는 고유 이름

구성 : 총 12개의 16진수 숫자로 구성됨

OUI (앞의 6자리) : 네트워크 카드를 만든 회사 

Host Identifier (뒤의 6자리) : 네트워크 카드에 임의로 붙이는 일종의 시리얼 번호

 

Network Layer | 네트워크 계층

단위 : datagram (데이터그램)

주소 : IP 주소 사용

• 한 호스트에서 다른 호스트로 데이터의 최적의 경로를 선택하고 데이터그램을 전송함
• IP 프로토콜을 수행
• 라우터와 같은 gateway를 통해 이동함

IP 주소 (IPv4)

8비트 수 4개로 구성되어 있음 > 32자리의 2진수

ABCDE 클래스로 구분함

클래스

네트워크 주소 : 라우터를 거치지 않고 내부적으로 통신이 가능한 영역 / 브로드 캐스트가 적용되는 영역

호스트 주소 : 특정한 네트워크 내에서 서로를 구분하기 위한 주소 (0 : 네트워크 이름 / 255 : 브로드캐스트)

서브넷 마스크 : 실질적인 네트워크 주소로 IP 주소의 낭비를 방지한다. 

ex) 호스트 주소가 10개에서 14개 정도만 필요하다면 서브넷 마스크를 255.255.255.240 (11110000)으로 설정하여 14개를 표현할 수 있도록 함 (0과 11111111은 제외하기 때문에 14개)

사설 네트워크

내부에서만 사용되는 IP로, 모든 시스템의 IP를 static하게 할당하기에는 부족하여 만들게 되었다.

ex) 공유기와 공유기에 연결된 장비들 > 사설 네트워크 설정

공유기는 Static IP를 통해 공유기로 전달이 되고, 그 각각의 장치는 사설 IP를 이용하여 구분함

외부에서는 인식되지 않고, 사설 네트워크 안에서만 구분 가능한 IP 주소이다 ex) 192.168~~

 

 

Transport Layer | 전송 계층

단위 : segment (세그먼트)

• 클라이언트와 서버 간에 애플리케이션 게층의 메세지를 전달해줌
• TCP/UDP 프로토콜이 존재함
• 포트 번호를 통해 이동함

 

 

Application Layer | 응용 계층

단위 : message (메세지)

• 네트워크를 사용하는 응용 프로그램
• 대표적인 프로토콜 : HTTP, SMTP, FTP 등

 

 

 

캡슐화

캡슐화

각 계층에서 내려가면서 필요한 정보를 추가해주며 캡슐화된다.

\(H_t\)에서는 보통 송수신자의 포트 번호를 포함한 헤더가

\(H_n\)에서는 송수신자의 IP 주소를 포함한 헤더가

\(H_l\)에서는 송수신자의 MAC  주소를 포함한 헤더가 붙는다.

Message → Segment → Datagram → Frame 순서로 캡슐화 되어 이동한다