네트워크 : 2. 네트워크 모델

2. 네트워크 모델

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2.1. 네트워크 모델이란

• 데이터 통신이 이루어지는 네트워크의 논리적인 방식/구조를 의미하고, 조금 더 실천적으로는 그러한 방식/구조를 표준화하려는 일련의 가이드라인으로써 의미를 갖는다.
• 통신 설계 교본 따위로 이해할 수 있다.

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2.2. internet protocol suite

• TCP/IP 4계층으로 알려지거나 인식되어진다. 군사목적으로 개발된 4계층 네트워크 모델이다.
• 단순한 계층구분과 명확한 프로토콜 제시로 실천 친화적이어서 기술이 빠르게 확산될 수 있었다. 현대 네트워크의 뿌리로 전통 강자일 뿐 아니라, 프로토콜에 한정하자면 현재도 1등 강자이다.
• TCP는 3way handshake로 신뢰성이 높은 연결을 제공하는 프로토콜이고, IP는 효율적인 라우팅으로 빠른 연결을 제공하는 프로토콜이다. TCP/IP라는 표현은 가장 비중이 높은 프로토콜을 전면에 내세워 기술적 복잡도가 폭주하는 것을 방지하고, 제대로 빠르게 통신하는 네트워크 모델임을 강조한다.
• OSI 7과의 비교로 시대적인 경위를 살펴볼 수 있도록 초기 프로토콜만 담았다.

계층	계층명	설명	프로토콜
4	applicaton layer	데이터의 입력/출력	FTP, SMTP, Telnet
3	transport layer	데이터의 이동방식 지정	TCP, UDP
2	internet layer	데이터의 주소지정	IP, ICMP, ARP/RARP
1	network interface layer	데이터의 물리적 전송	Ethernet

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2.3. OSI 7

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2.3.0. OSI 개념

• open system interconnection 7. 국제표준화기구(ISO)에서 제정한 7계층 네트워크 모델이다.
• 계층을 세분화한 이론 친화적 모델로, TCP/IP라는 프로토콜 외에 필요에 따라 다양한 프로토콜들도 개발되었다. 추상화된 어플리케이션 제공과 트러블슈팅, 그리고 설명하기에 좋다. 굳이 이론 친화적이라고 표현한 이유는 기술자들의 손이나 머리에는 하나로 잡히는 것을 이론적/논리적으로 구별해 여러 계층으로 세분화한 모델이기 때문이다.
• 프로토콜/기술은 너무 많아서 이견이 없는 전형이라고 할 수 있는 것만 담았다. TCP/IP의 초기 기술을 거의 계승하고 있음을 확인할 수 있다. 

층위	계층명		설명	프로토콜/기술/수단	PDU
	TCP/IP 4	OSI 7
7	application	application	입/출력	HTTP,FTP,SMTP	data
6		presentation	포맷변환	암/복호화,확장자
5		session	통신세션관리	NetBIOS,SSL/TLS
4	transport	transport	통신방식지정	TCP,UDP,SCTP	segment(TCP)
3	internet	network	논리적경로	IP,ICMP,ARP/RARP	fragment
2	networinterface	datalink	물리적주소	ethernet,NIC,wifi	frame
1		physical	물리적신호	구리선,광섬유,전파	bit

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2.3.1. 캡슐화/역캡슐화

• 7계층에서 1계층까지 캡슐화되었다가 1계층에서 7계층까지 역캡슐화되는 순서로 데이터가 전송된다.
• 캡슐화될 때마다 데이터 앞부분에 헤더가 추가되고, 마지막에는 끝부분에 트레일러까지 추가한다. 역캡슐화될 역순으로 헤더와 트레일러를 처리한다.
• 이 과정을 통해 동일 계층간 호환성을 도모하고 다른 계층간 독립성을 강화하여 관리/트러블슈팅에 유리하다.

캡슐화와 역캡슐화를 거쳐 정보가 전송되는 과정을 나타낸 다이어그램.

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2.3.2. 7-5계층

• 7계층 : UI와 네트워크 서비스가 제공되는 계층이다.
• 6계층 : 응용프로그램 간의 데이터 변환을 담당하는 계층이다.
• 5계층 : 연결세션을 관리하는 계층이다. 보통 독립성이 강하지 않고 7계층의 기반이 되거나 함께 이루어지는 등 병합적인 성격이 강하다.
• 이들 계층에 대한 구분을 엄격하고 확고하게 여기는 이들은 그리 많지 않다. 
• 호스트 내부 프로세스를 식별한다.

7-5계층 장비	내용
desktop	클라이언트
server	서버
L7 switch	어플리케이션 데이터를 기준으로 트래픽을 관리한다.
	어플리케이션 로드발란서(Load Balancer) : 어플리케이션의 부하를 조절한다 WAF(web application firewall) : 보안스위치로서 기능한다.

 

7계층 프로토콜	내용
HTTP	Hyper Text Transfer Protocol. 웹브라우저와 웹서버간의 데이터 통신을 위한 프로토콜.
HTTPs	HTPPS의 평문 통신의 보안 이슈를 SSL/TLS 인증세션 및 암호화로 해결한 프로토콜
DNS	Domain Name Service. 도메인이름을 IP주소로 변환하는 시스템.
FTP	File Transfer Protocol. 네트워크를 통해 파일을 주고 받는 표준 프로토콜.  *클라이언트-서버 모델을 기반으로 한다.(다운로드/업로드)
SMTP	Simple Mail Transfer Protocol. 이메일 송신을 위한 표준 프로토콜.
POP3/IMAP	Post Office Protocol3/Internet Message Access Protocol. 이메일 수신을 위한 프로토콜.
SNMP	Simple Network Management Protocol. 네트워크장치관리를 위한 표준 프로토콜.
Telnet	Telnet. CLI기반 원격접속 프로토콜.  *평문통신의 문제로 SSH로 대체되는 경우가 흔하다.
SSH	Secure SHell. 보안이 개선된 원격접속/데이터전송 프로토콜.
NFS	Network File System. 네트워크를 통한 파일 공유 프로토콜. *RPC를 기반으로 한 어플리케이션
SMB	Server Message Block. 네트워크를 통한 파일 공유 프로토콜. *초기에는 NetBIOS를 기반으로 한 어플리케이션이었다.
AFP	AppleTalk Filing Protocol. Apple의 파일 공유 프로토콜.

6계층 프로토콜	내용
JPEG	Joint Photographic Experts Group. 이미지 압축 표준.
MPEG	Moving Picture Experts Group. 동영상 압축 표준.
ANS.1	Abstract Syntax Notation One. 자료구조 / 암호화 표준.
이들은 "데이터 포맷 변환" 프로토콜이라 생각할 수 있다.

5계층 프로토콜	내용
SSL/TLS	Secure Socket Layer/Transport Layer Security. 인터넷 통신의 보안 프로토콜이다.  *HTTP에 SSL/TLS의 암호화 및 인증세션 프로토콜을 더한 것이 HTTPs이다.
NetBIOS	Network Basic Input/Output System. 어플리케이션 간의 네트워크 통신 API. *WIndows의 파일/프린터 공유 등.
RPC	Remote Procedure Call. 원격 서비스 호출프로토콜. *NFS 등.

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2.3.3. 4계층

• 네트워크 단에서의 데이터 전달 방식을 설정하는 계층이다.
• 호스트 내부 프로세스를 식별한다.

장비	내용
L4 switch	포트번호와 연결세션을 기준으로 트래픽을 처리하는 장치.
	로드밸런싱 : (Active-Active)인 여러 서버간의 부하 조절 서비스안정 : (Active-Standby)로 가용성 확보

 

프로토콜	내용
TCP	Transmission Control Porotocol. 연결지향 프로토콜로, 통신의 신뢰성을 확보한다. *HTTP/HTTPs, FTP, SMPT 등이 이 위에 쌓인 것이다.
UDP	User Datagram Protocol. 연결비지향 프로토콜로, 통신의 속도를 확보한다. *인터넷전화, 온라인게임, 스트리밍서비스 등의 대부분이 이 위에 쌓인 것이다.
SCTP	Stream Control Trasnmission Protocol. 연결지향이면서도 속도를 확보한 프로토콜 *인터넷전화, 온라인게임, 스트리밍서비스, IoT 등에서 소수 사용되고 있다.
DCCP	Datagram Congestion Control Protocol.연결지향프로토콜이지만 재전송 및 순서보장을 하지 않는 방식으로 혼잡을 피하는 프로토콜

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2.3.4. 3계층

• 네트워크 단에서의 데이터 전달 경로를 설정하는 계층 및
• 인터넷 범위에서 논리적 주소를 설정하는 계층이다.
• 통신장치/호스트를 식별한다.

장비	내용
Gateway	서로 다른 네트워크간의 통신을 매개하는 장치(서브넷의 입출구) *보통 첫번째 서브넷 주소인 게이트웨이 주소가 이 게이트웨이 장비의 IP주소다.
Router	IP주소를 기반으로 패킷의 최적 경로를 지정하는 장치. *보통 가정집의 공유기가 라우터다. 라우터가 게이트웨이 역할까지 하기도 한다.
L3 switch	IP주소를 기반으로 트래픽을 처리하는 장치.(스위칭+라우팅) *스위치를 기반으로 라우팅 기능을 추가했다고 빠르다고 한다 *라우터와 L3스위치가 명확히 구별되는 것은 아니다.

 

프로토콜	내용
IP	Internet Protocol. IP주소의 그 IP이다. 통신기기의 논리적 주소라고 할 수 있다.
ICMP	Internet Control Message Protocol. 네트워크 상태 점검 프로토콜이다. *ping명령어가 이 프로토콜에 의한다.
IGMP	Internet Group Management Protocol. 멀티캐스트그룹을 관리하는 프로토콜이다.
ARP/RARP	Address Resolution Protocol/Reverse ARP. IP주소를 MAC주소로 / 그 반대로 변환하는 프로토콜.
RIP/OSPF/BGP	Routing Information Protocol/Open Shortest Path First /Border Gateway Protocol. 라우팅 프로토콜.

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2.3.5. 2계층

• 로컬 네트워크 범위에서 물리적 주소를 기반으로 Point-to-Point로 통신하는 계층이다.
• 통신장치/호스트를 식별한다.

장비	내용
bridge	MAC주소를 기반으로 트래픽을 처리한다. *1~3개 정도의 포트를 갖는 소규모 네트워크에서 쓰인 초기 모델로, 현재는 보기 어렵다.
switch	MAC주소를 기반으로 트래픽을 처리한다. 스위칭허브라고도 한다. *조금 더 규모가 큰 네트워크에서도 쓰인다.  *layer의 특정이 없으면 보통 L2 switch를 의미한다.
NIC	Network Interface Card(Controller). MAC주소를 갖고 있다. *랜선이 연결되는 그 포트 모듈이다.

 

프로토콜/기술	내용
Ethernet	가장 일반적인 LAN기술로, MAC주소를 이용해 장치간 정보를 통신한다. *흔히 보는 LAN선이 이 이더넷(ethernet)케이블이다.
Token Ring	토큰기반 네트워크기술로 이더넷에 밀려 사장되었다.
PPP	Point to Point Protocol. 가장 일반적인 WAN기술이다. 다소 구식 기술.

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2.3.6. 1계층

• 물리적인 신호가 전송되는 계층이다.

장비	내용
hub	보통 더미허브를 의미하며, 연결된 모든 장비에게 입력신호를 송출한다. 바보허브라고도 한다. *L1 스위치라고도 불린다. *흔히 리피터 기능을 내재하며, 멀티포트리피터라고도 한다.
modem	디지털 신호와 아날로그 신호를 변환한다. *디지털신호는 사각파이지만 아날로그신호는 매끄럽다. 푸리에변환에 따르면 평평한 신호는 넓은 k-space를 점유한다. 즉 디지털 신호의 아날로그 변환을 위해 넓은 대역폭이 필요하다.
repeater	신호를 증폭한다. *요즘 공유기는 리피터 기능도 하는 것이 흔하다.