1장 OSI 참조 모델과 TCP/IP

OSI 참조 모델
OSI(open systems interconnection) 참조 모델은 국제표준화기구(ISO)에서 만든 것으로, 컴퓨터 사이의 통신 단계를 7개의 계층으로 분류하고, 각 계층별 기능을 정의해 놓은 것

* 사람 사이의 의사소통
① 의사소통을 위해 사용하는 물리 계층의 종류가 동일( 전화 - 전화, 메일 -메일)
② 표현 계층에서도 대화 당사자들이 이해할 수 있는 동일한 언어를 사용해야 한다.(한국어 - 한국어)
③ 대화 주제, 즉, 개념계층도 동일해야 한다. ( 네트워크이야기 =/= 용돈)

* OSI 참조 모델의 구성
OSI 참조 모델이 정의한 각 계층 및 계층별 역할, 주요 프로토콜은 다음과 같다
통신 프로토콜(protocol)이란 각 통신장비들이 사용하는 통신방식 즉, 통신규약을 의미하며 많은 종류가 있다.

계층	계층 이름	역할	주요 프로토콜
7	응용계층	응용 프로그램과 통신 프로그램 사이 인터페이스 제공	HTTP, FTP
6	표현 계층	데이터의 표현 및 암호화 방식	ASCII, MPEG, SSL
5	세션 계층	세션의 시작 및 종료 제어	TCP session setup
4	전송 계층	종단 프로그램 사이의 데이터 전달	TCP, UDP
3	네트워크 계층	종단 장비 사이의 데이터 전달	IP, ICMP
2	데이터 링크 계층	인접장비와 연결을 위한 논리적 사양	이더넷, PPP, ARP
1	물리 계층	인접장비와 연결을 위한 물리적 사양	100Base -TX, V.35

* 물리 계층
기계적인 사양을 정의한 표준에 맞추어 만든 커넥터를 사용하면 어느 회사의 제품을 사용하든 물리적 연결을 하는 데에는 지장이 없다.
정의 - 물리 계층의 역할은 직접 연결된 두 장비 사이의 통신신호 송수신을 가능하게 하는 것이다
케이블을 당겼을 때 흔들리는 구간까지가 특정한 물리 게층의 동작범위 이다.
※ 물리적 연결 과정
① 표준의 기계적인 사양에 따라 커넥터와 케이블을 조립하여 PC와 스위치를 연결
② 기능적인 사양에 따라 필요한 신호를 송수신할 핀의 번호를 지정
③ 전기적인 사양에 따라 0과 1을 나타내는 전압을 정의 (신호의 전압이 2v 이상이면 1, 0.8v 이하이면 0)

핀 번호	신호 (RJ 45 커넥터 핀별 신호)
1	데이터 송신+
2	데이터 송신-
3	데이터 수신+
4
5
6	데이터 수신-
7
8

* 데이터 링크 계층
정의 : 데이터 링크 계층(data link layer)은 라우터(router)라는 장비로 구분된 구간에서 프레임(frame)이라는 데이터의 묶음을 전달하는 역할을 담당. 일반적으로 링크 계층이라 함.

역할 : 프레임의 종류를 정의하고, 프레임내 각 필드(field)의 길이, 의미 등을 지정한다.
또 링크 계층에서 사용하는 주소를 정의하고, 에러 발생 확인 및 에러 복구 절차를 지정한다.
링크 계층은 물리 계층을 통하여 수신한 0과 1로 이루어진 신호를 조합하여 프레임 단위의 묶음으로 신호를 해석한다.

목적지 MAC 주소 (6바이트)	출발지 MAC 주소 (6바이트)	타입 (2바이트)	데이터 (48-1500 바이트)	에러체크 (4바이트)
00111...	11010...	10000...	10101011...	01011...

① 목적지 MAC(media access control) 주소는 LAN에서 사용하는 링크 계층 주소이다. 링크 계층에서 사용하는 MAC주소는 장비를 만들 때 LAN 포트(port)마다 할다앟여 저장되며, 물리적인 주소(physical address)라고도 한다.
② 출발지 MAC 주소는 이와 같은 방식으로 송신 또는 수신지 신호를 묶어서 해석하고  그에 따라 사전에 정의된 적절한 동작을 취한다.(링크 게층의 동작 범위는 라우터에 의해서 구분된다.)
※ 데이터 링크 계층 프로토콜
LAN(local area network) - 이더넷(ethernet)
WAN(wide area network) - PPP(point to point protocol), ATM(asyncronous transfer mode), 프레임 릴레이(frame relay) 등이 있다.

* 네트워크 계층
정의 : 네트워크 계층(network layer)은 통신의 최종 당사자들인 종단장치(end system) 사이에 패킷(packet)이라는 데이터의 묶음을 전달하는 역할을 한다.
네트워크 계층에서는 각 장비를 구분하기 위한 주소를 정의해서 사용하는데 이는 장비를 생산할 당시에 정해진 MAC주소가 아니고, 네트워크를 설정할 때 사용자가 정하므로 '논리적 주소'라고 한다.
IP(internet protocol)라는 네트워크 계층 프로토콜을 'IP 주소'라고 하고
IPv6(IP version 6)라는 프로토콜에서 사용하는 주소를 'IPv6 주소'라고 한다.

※ 네트워크 프로토콜의 종류
IP, ICMP(internet control message protocol), IPv6, ICMPv6 등이 있다.

* 전송 계층
정의 : 종단장비에서 동작중인 응용 계층 사이에 세그먼트(segment)라는 데이터의 묶음을 전달하는 역할을 한다.
예를 들어 PC에서 웹서버 접속시 HTTP(Hypertext Trasnport Protocol)이라는 프로토콜이 동작하고, 네트워크 계층의 IP가 PC에서 웹 서버까지 패킷을을 전달하면, IP 패킷 내부에 있던 전송 계층 프로토콜인 TCP(transmission control Protocol)가 내부의 데이터를 HTTP라는 응용 계층 프로토콜에게 전달한다.

※ 전송 계층 프로토콜의 종류
TCP(Transport control Protocol), UDP(user datagram protocol)이 있다.

* 세션 계층
정의 : 종단장비 사이 세션(통신)의 시작, 종료 및 관리 절차 등을 정의한다.
대표적인 프로토콜로 NetBIOS, TCP 세션 관리절차 등이 있다.
세션 계층 이상의 데이터 단위는 메시지(message)라고 한다.

* 표현 계층
정의 : 상위 계층 프로토콜인 응용 계층에 대해 데이터 표현 방식의 변환, 암호화 등의 서비스를 제공
문자표현 방법인 ASCII(애스키)를 EBCBIC(엡스딕) 형식으로 변환하는 것을 예로 들 수 있다.

* 응용 계층
정의 : 응용 프로그램과 통신 프로그램 사이의 인터페이스르 제공한다.
응용 프로그램인 웹(worldwide web) 브라우저(browser)에게 필요한 데이터를 송수신할 떄 사용.
※ 응용계층 프로토콜의 종류
텔넷(telnet), 파일전송 FTP, 도메인 이름을 IP로 바꿔주는 DNS, 메일전송을 위한 프로토콜(SMTP) 등이 있다.

* 인캡슐레이션과 디캡슐레이션

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TCP / IP
정의 : 인터넷에서 사용되는 여러 프로토콜을 통틀어 TCP/IP라고 한다.
OSI 참조 모델과 달리 4계층으로 이루어짐. 물리계층은 언급이 없으며, 응용 계층(세션 계층, 표현 계층 및 응용 계층)으로 나뉜다.
TCP/IP 계층에 대한 정의는 IETF에서 만든  문서인 RFC 1122와 1123에 기술되어 있다.

프로토콜 제정 기구는 다양하다.
LAN(근거리 통신망) 관련 프로토콜은 주로 IEEE에서 만들고
WAN(장거리 통신망) 관련 프로토콜은 주로 IETF라는 기구에서 만든다.
IETF(Interent Engineering Task Force)에서 만든 프로토콜 문서들은 모두 RFC nnnn의 형태로 명명된다.
nnnn은 문서가 만들어지는 순서대로 부여하는 일련번호이다.
RFC는 Request FOr Comments의 약자이다.

TCP / IP 개요

계층	계층 이름	주요 프로토콜
5	응용 계층(application layer)	HTTP, FTP, 텔넷, SMTP, DNS
4	전송계층(transport layer)	TCP, UDP
3	인터넷 계층(internet layer)	IP, ICMP(internet control message protocol)
2	링크 계층(link layer)	ARP (address resolution protocol)

* IP

● 버전 (version, 4비트)
IP의 버전을 나타내며, 항상 4이다. 즉, IPv4임을 표시한다.
● 헤더 길이(header length, 4비트)
IP 헤더의 길이를 워드(word) 단위로 표시한다. 1워드는 4바이트이다. IP 헤더의 최소 길이는 20바이트이며, 최대길이는 60바이트(15워드 X 4바이트)이다.
● DSCP(differentiated services code point, 6바이트)
DSCP는 패킷의 우선순위를 표시한다.
● ECN(explicit congestion notification, 2비트)
종단 장비 사이에 혼잡발생을 통보하는 필드이다.
● 전체 패킷 길이(total length, 16비트)
헤더와 데이터를 포함한 전체 패킷의 길이를 바이트 단위로 나타낸다. IP 패킷의 길이는 최소 20바이트(헤더 20바이트+ 데이터0바이트)이고, 최대 65,535바이트이다.
● ID(identification, 16비트)
각 패킷마다 고유하게 부여하는 일련번호이다. 패킷이 너무 길어 분할하여 전송시, 수신측에서 분할된 패킷을 원래대로 조립할때 ID값이 동일한 패킷들을 하나로 만든다.
● 플래그(flags, 3비트)
패킷 분할 가능 여부와 분할시 최종 패킷임을 표시한다.
● 분할 위치(fragment offset, 13비트
분할된 패킷이 원래 패킷의 어느 위치에 있었는지 표시한다. ID, 플래그, 분할 위치라는 세 필드의 정보를 이용하여 최종적으로 패킷을 수신한 장ㅂ가 분할된 패킷들을 원래의 패킷으로 조립한다.
● TTL(time to live, 8비트)
IP 패킷이 실어 나르는 상위 계층 프로토콜을 표시한다. 예를 들어, TCP를 실어 나르는 중이라면 이 값을 6으로 표시하고, UDP인 경우에는 17로 표시한다.
● 헤더 첵섬(header checksum, 16비트)
IP 헤더의 에러 발생 여부를 확인하는 필드이다.
● 출발지 IP 주소(source address, 32비트)
출발지 장비의 IP 주소를 기록하는 필드이다.
● 목적지 IP 주소(destination address, 32비트)
목적지 장비의 IP 주소를 기록하는 필드이다.
● 옵션(option, 최대 40바이트)
패킷 전송 경로 기록 등 추가적인 옵션을 기록하기 위한 필드이지만, 잘 사용하지 않는다.
● 데이터(data, 최대 65515바이트)
IP 패킷이 실어 나르는 데이터가 위치하는 부분이다. 상위 계층의 헤더들과 실제 데이터를 합쳐 모두 데이터로 간주한다.

* TCP
TCP(trasmission control protoco)와 UDP는 레이어 4에서 동작하는 프로토콜로
주 용도는 IP가 목적지 장비까지 전송한 패킷을 상위의 특정 응용계층 프로토콜에게 전달하기 위한 것이다.
TCP와 UDP의 가장 큰 차이점은 세그먼트(segment) 전달의 신뢰성에 있다.

* UDP

* 커넥션 오리엔티드와 커넥션리스 프로토콜

* 응용 계층 프로토콜
DNS
FTP
TFTP
HTTP
SMTP
텔넷
SSH

- 연습문제