OSI7계층

1계층

물리 계층(Physical Layer)

먼저 두 대의 컴퓨터가 어떻게 통신하는지부터 생각해 보면
모든 파일과 프로그램은 0과 1의 나열이고, 결국 0과 1만 주고받을 수 있으면 통신이 가능하다는 것이다.

두 대의 컴퓨터 간 통신

두 대의 컴퓨터를 전선 하나로 연결한다 생각하면

• 1을 보낼 때는 +5V
• 0을 보낼 때는 -5V

이렇게 흘려보내면 0과 1의 전송이 가능해진다.
그래서 이제 0과 1을 주고받을수 있으므로 두 컴퓨터는 모든 데이터의 통신이 가능하다.

그런데 이게 실제로는 잘 동작하지 않았다.

이렇게 X축은 시간, Y축은 전압을 갖는 Sin함수가 있다고 생각해 보았을 때

그래서 이렇게 +5, -5의 전압을 갖는 애들을 주고받을 텐데...

1초동안 몇번의 주파수가 있는지 세어보면 총 4번 진동할 것이다. (4Hz)

근데 이거는 주파수 값이 하나로 고정되지 않고 계속 변경될 것이다.
그래서 이게 최소1, 최대 10의 전압을 갖고 있다고 가정하였을 때

이렇게 58Hz의 전자기파만 통과시킬 수 있는 전선이 있으면 위의 저 110Hz전자기파를 흘려보내면 14, 910 구간은 잘 안갔을 것이다.
그러면 둘의 신호가 서로 달라질 것이다.

앞에서는 두대의 컴퓨터간 0/1의 통신으로 데이터를 주고받을 수 있다고 했는데

요런 전자기파가 주어지면(수직선과 수평선이 있는 전자기파는 항상 0~무한대의 주파수 범위를 가짐) 전선은 얘를 통과시킬수 없을 것이다.(전선에서 통과시킬 수 있는 주파수의 한계가 있으므로)

그러면 이걸 어떻게 전송해야 할까??

이런 식으로 아날로그 신호로 변경해서 전송해야 할 것이다.

그래서 Physical Layer가?

• 0과 1의 나열을 아날로그 신호로 변경해서 전선으로 흘려 보내고(encoding)
• 아날로그 신호가 들어오면 0과 1의 나열로 해석하여(decoding)
• 물리적으로 연결된 두 대의 컴퓨터가 0과 1을 나열을 주고받을 수 있게(통신)해주는 모듈
• 소프트웨어가 아니고, 하드웨어적으로 구현되어 있다.

2계층

데이터 링크 계층(Data-Link Layer)

여러 대의 컴퓨터 간 통신

먼저 여러 대의 컴퓨터 간 통신에 대해 알아본다.
위에서처럼 매번 연결이 필요할 때마다 전선을 막 연결하기는 곤란할 것이다.

요렇게

그래서 이제 전선 하나를 가지고 여러 컴퓨터와 통신할 방법을 찾아야 한다.

이렇게 하나의 선을 통해 여러 컴퓨터가 연결되어 있다면?

파랑이가 만든 신호를 전송하면 한꺼번에 모든 곳에 아날로그 신호를 전달할 수 있을 것이다.
근데 만약에 빨간색에만 데이터를 보내고 싶으면??

이렇게 뭔가 기능을 가진 상자(더미 허브)를 만들어서, 얘가 어디로 보내고싶은지 알아서 잘 필터링하도록 만들어주면 빨간색에만 신호를 보낼 수 있을 것이다.

그리고 이 상자를 스위치라고 한다.
이 스위치는 일종의 컴퓨터로서 이러한 작업을 수행해 준다.

여러 대의 컴퓨터 통신 v2

이렇게 두 개의 네트워크가 구성되어 있다고 하자(인트라넷이라고 함)

근데 이러면 파랑 -> 빨강 으로의 전선 연결이 되어있지 않다.
그래서 서로 통신이 불가능해졌다.

그럼 이렇게 두 개의 스위치를 연결한다면?
ㅆㄱㄴ

이렇게 두 개의 스위치를 연결하여, 서로 다른 네트워크 간의 통신이 가능하게 해주는 친구를 라우터라고 한다.
-> 근데 사실 저기서 보이는 저 보라색 선은 스위치+라우터라서 L3스위치이긴 하다.

그래서 이런 모든 네트워크들을 쭈루루루룩 연결해 준 친구를 인터넷이라고 한다.

그래서 Data-Link Layer가

위에서 배운 1계층에서 사용된 기술만으로는 여러 컴퓨터 간 통신을 가능하게 하지 못했다.
그래서 스위치를 통해 여러 컴퓨터간 통신이 가능해졌는데

이렇게 파랑 노랑 초록 -> 빨강
으로 데이터를 송신하면 빨강에서는 일단 이것들을 다 이어서 받는다.
근데 실제로 데이터를 읽으려면 얘들을 잘 나눠야 할 것이다.

이를 해결하기 위해 송신자는 데이터의 앞뒤에 특정 비트열을 붙인다.
예를 들어 앞에 1100, 뒤에 0011을 붙인다고 해보자.

이거를 이제 11000011 <- 이게 데이터가 만들어질때 끝+앞이니까
을 구분자로 갖고 나누면

이렇게 원하는 데이터들을 잘 구분할 수 있는걸 확인 가능하다.

따라서 Data-Link Layer는

• 같은 네트워크에 있는 여러 대의 컴퓨터들이 데이터를 주고받기 위해 필요한 모듈
• Framing은 Data-link Layer에 속하는 작업 중 하나이다.
  • Framing은 저 11000011 으로 데이터를 감싸는 것이다.
• Lan Card에 하드웨어적으로 구현되어 있다.

3계층

네트워크 계층(Network Layer)

이런 식으로 인터넷이 구현되어 있을 떄 A -> B로 데이터를 보내고 싶다고 한다면

A에서 데이터 앞에 목적지 주소 즉 B의 주소(IP주소, 각 컴퓨터마다 고유하다)를 붙인다.

여기서 일단 55.10.54.75 + Data 를 패킷이라고 하자.

이 패킷은

1. 라우터 가로 해당 패킷 전송
2. 라우터 가가 해당 패킷을 열어본다.
3. 가와 연결된 컴퓨터 중에서는 이 주소를 갖는 목적지가 없다.
4. 그래서 상위의 마에 다시 패킷을 포장해서 보낸다.
5. 마에서는 이제 다시 패킷을 까서 확인해 본다.
6. 마는 자신과 연결된 것들 중 해당 목적지가 있다는 것을 알고 있다. (여기서 다양한 통신 방법 참조)
7. 그래서 해당 목적지로 패킷을 전송한다.

그니까 가->마->바->라 로 패킷을 전달하게 될 것이다.

그래서 Network Layer가

• 수많은 네트워크의 연결 중 목적지 컴퓨터로 데이터를 전송하기 위해
  • IP주소를 이용해서 길을 찾고(routing)
  • 자신 다음의 라우터에게 데이터를 넘겨주는 것(forwarding)
• 얘는 운영체제의 커널에 소프트웨어적으로 구현되어 있다.

4계층

전송 계층(Transport Layer)

앞선 3계층까지의 결과로 전 세계의 모든 인터넷 상의 컴퓨터가 서로 통신할 수 있게 되었다.
그래서 수신자는 전 세계 컴퓨터로부터 데이터를 받을 수 있을 것이다.

근데 이 컴퓨터에는 지금 여러 프로그램들이 실행되는 중(프로세스)이라 생각해 보자..

컴퓨터는 자기가 받은 데이터들을 원하는 프로세스에 전송해야 할 것이다.
그를 위해 이 각각의 프로세스들은 포트 번호를 가져야 한다.
포트 번호란, 하나의 컴퓨터에서 동시에 실행되고 있는 프로세스들이 서로 겹치지 않게 가져야 하는 정수 값이다.

예를 들어 A, B 두개의 프로세스가 동작중이면 얘들은 서로 겹치지 않게 8080, 8081의 포트값을 가져야 할 것이다.

-> A:8080 B:8081

그러면 이제 데이터 송신자는 데이터를 보낼 때에 데이터를 받는 수신자 컴퓨터에 있는 프로세스의 포트 번호를 붙여서 보낸다.

-> 8081 'Hello'

근데 그럼 데이터 전송자는 미리 이 포트번호를 알고 있어야 할 것이다!!
예를 들어 www.naver.com 이거는 www.naver.com:80 이거다. 80이 생략됨.

그래서 Transport Layer가

• Port번호를 이용하여 도착지 컴퓨터의 최종 목적지인 프로세스에 데이터가 도달하게 해주는 모듈이다.
• 얘도 커널에 소프트웨어적으로 구현되어 있다.

7계층

어플리케이션 레이어(Application Layer)

갑자기 7계층으로 와버림

OSI7계층 vs TCP/IP모델

OSI 7 Layer는 7개의 Layer로 이루어져 있다.
근데 사실 현대 인터넷은 OSI7Layer말고 TCP/IP모델을 따르고 있다.
그 이유는 이 OSI7Layer가 TCP/IP에게 시장 점유에서 졌기 때문이다.

이거 보면 5,6,7계층이 하나의 layer로 뭉뚱그려져 있다.
그리고 1,2계층도 그렇고 3계층도 뭉쳐져 있거나 좀 달랐는데 updated되면서 설계가 동일하게 바뀌었다.
그래서 이제 5,6,7계층만 다름.

TCP/IP 소켓 프로그래밍(네트워크 프로그래밍)

이제 다시 Application Layer로 돌아와서

운영체제의 Transport layer에서 제공하는 API를 활용해서 통신 가능한 프로그램을 만드는 것.

이 소켓 프로그래밍 만으로도 클라이언트, 서버 프로그램을 따로따로 만들어서 동작시킬 수 있다.
뿐만 아니라 이를 통해 누구나 자신만의 Application Layer 인코더/디코더의 생성이 가능하다.

즉 아무나 자신만의 Application Layer 프로토콜의 생성이 가능하다는 것이다.

이 또한 다른친구들과 마찬가지로 인코더와 디코더를 갖는데, 여기서 http를 통해 잠깐 Application Layer를 알아본다.

1. 서버(전송측)에서 데이터를 보내준다 -> 뭐해?
2. 서버 HTTP encoder에서 이를 Status Cpde:500 / 뭐해?로 바꿔준다.
3. 서버 4계층 encoder를 통해 목적지 9000 + Status Code:500 / 뭐해? 으로 데이터를 보낸다.
4. 서버 1~3계층을 통해서 아날로그 신호가 원하는 위치로 이동한다.
5. 이제 클라이언트(수신측)에서는 1~3계층을 통해 이를 다시 9000 + Status Code:500 / 뭐해?으로 바꿔준다.
6. 클라이언트 4계층 decoder를 통해 Status Code:500 / 뭐해?를 가져온다.
7. HTTP decoder를 통과해서 뭐해? 의 데이터만 꺼내올 수 있다.

Layered Architecture

MVC패턴이랑 마찬가지로 소프트웨어 아키텍쳐중 하나이며, 네트워크 시스템은 이 Layered 아키텍쳐를 따른다.
그니까 네트워크 시스템은 하나의 커다란 소프트웨어라고 할 수 있고, OSI 7 layer모델은 거대한 네트워크 소프트웨어의 구조를 설명하는 것이다.