OSI 7 Layer (Open System Interconnection)

OSI 7 Layer (Open System Interconnection)

 - 하나의 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 데이터가 전송될때, 데이터의 생성 과정, 데이터의 전송 과정을 표준화한 모델

 - 상위 계층(7,6,5) : 데이터 생성 <- 사용자 가까워짐
 - 하위 계층(4,3,2,1) : 데이터 전송 <- 기기랑 가까워짐

 - 각각의 계층들은 같은 계층간에 통신 연결(대화)을 실시한다.
   (피어 계층간에 통신을 실시한다고 표현된다.)
 - 데이터 전송 : 서버와 클라이언트

 

 

 

Layer 7) 어플리케이션 계층

 - 사용자와 가장 가까운 사용자 계층(사용자가 느낄수 있는 계층)
 - 어플리케이션 프로토콜, 어플리케이션 응용 프로그램

 

    1) TCP를 사용하는 어플리케이션 프로토콜
      - HTTP(80), Telnet(23), SSH(22), FTP-Data(20), FTP(21)
      - POP3(110), SMTP(25), BGPv4(179)

    2) UDP를 사용하는 어플리케이션 프로토콜

      - TFTP(69), DNS(53), DHCP-Server(67), DHCP-Client(68)
      - SNMP(161), RIP(520)

 

Layer 6) 프리젠테이션 계층

 - 표현 방법 결정
 - 코딩, 암호화

 

Layer 5) 세션 계층

 - 논리적인 연결 담당
 - 연결 모드 유형

 1. 단방향 모드(Single Mode) : 라디오
 2. 반이중 모드(Half-Duplex Mode) : 무전기
 3. 전이중 모드(Full-Duplex Mode) : 전화기

 

Layer 4) 트랜스포트 계층

 - 데이터에 TCP/UDP 헤더를 삽입하여 새로운 데이터 형식으로 캡슐화
 - TCP 헤더 안에는 출발지 포트, 목적지 포트, 일련 번호, 확인 번호,
    제어 플래그
 - Layer 4 계층 데이터 :  [TCP | DATA] <- 세그먼트

 

Layer 3) 네트워크 계층

 - 바로 위에서 넘어온 데이터에 IP 헤더를 삽입하여 새로운 데이터 형식으
    로 캡슐화
 - IP 헤더 : 출발지 주소, 목적지 주소, 일련 번호, ToS(QoS때 사용)
 - Layer 3 계층 데이터 : [IP | TCP | DATA] <- 패켓
 - Layer 3 데이터(패켓)을 목적지로 전송하기 위해 최적 경로를 선출
 - 라우팅 : Layer 3 데이터(패켓)을 목적지로 전송 <- 라우터 장비가 실시
 - 데이터를 전송할때 IP 주소를 사용함

 

Layer 2) 데이터 링크 계층

 - 바로 위에서 넘어온 데이터를 프레임으로 캡슐화, 이때 MAC 주소 삽입
 - 프레임 : 출발지 MAC 주소, 목적지 MAC 주소, 에러 체크
 - Layer 2 계층 데이터 : [MAC | IP | TCP | DATA] <- 프레임
 - 스위칭 : Layer 2 데이터(프레임)을 목적지로 전송 실시
 - 데이터를 전송할때 MAC 주소를 사용함
 - 스위치

 

[참고] ARP

 - 데이터링크층에서 데이터를 전송할때는 목적지 MAC 주소를 알아야한다
 - 목적지 MAC 주소를 알기 위해 ARP 프로토콜을 다음과 같이 사용한다.

00-0c-24-fe-8f-0b                         00-0a-08-ac-f1-4a
          A----------데이터링크층-----------B
10.1.1.1                            10.1.1.2

  1. A가 B에게 데이터 링크 계층에서 데이터를 보낼때,
     현재 A의 ARP 정보에는 B에 대한 MAC 주소가 없다.

  2. A는 ARP 요청에 대한 브로드케스트(FF-FF-FF-FF-FF-FF)를 실시한다.
  ('IP 10.1.1.2를 사용하는 컴퓨터는 누구? MAC 주소가 어떻게 되니?')

  3. ARP 요청을 받은 B는 A에게 유니케스트로 MAC 주소를 알려준다.
  ('전 IP 10.1.1.2 사용자인데 MAC 주소는 00-0a-08-ac-f1-4a입니다.)

  4. A는 B에게서 받은 정보를 ARP 테이블에 저장한다.

  5. B의 MAC 주소를 확인후 데이터 전송 실시

[참고] 라우터 장비는 해당 인터페이스로 브로드케스트를 차단한다.
         Ex) ARP 요청 브로드케스트 트래픽이 다른 구간으로 X

 

Layer 1) 물리 계층

 - 데이터를 출력하기 위해서 전기신호로 변환
 - 2비트(0,1)
 - 케이블

 

 

# 데이터 링크층 프로토콜

1. IEEE 802.3 Ethernet 프로토콜

 - LAN 구간(데이터링크층)에서 사용하는 프로토콜
 - NIC(랜카드) 내장
 - 라우터 및 스위치 이더넷 인터페이스에 내장
 - 연결되면 자동으로 동작 실시
 - 가장 보편적으로 많이 사용됨
 - CSMA/CD 데이터 전송 방식 <- 전기적인 충돌(Collison) 회피
 - 10M, 100M, 1Giga, 10Giga

2. IEEE 802.5 Token Ring 프로토콜

 - LAN 구간(데이터링크층)에서 사용하는 프로토콜
 - 토큰링 프로토콜 지원 장비 필요
 - 토큰 패싱 데이터 전송 방식 <- 컬리젼 절대 발생 안됨
 - 토큰이 있어야만 데이터 전송이 가능

3. FDDI
 - 링 2개

 

# 네트워크 토폴로지

1. 버스(Bus) 토폴로지

 - 하나의 노드에 여러 노드들이 계속 연결된 형태를 가진 토폴로지

2. 링(Ring) 토폴로지

3. 스타(Star) 토폴로지

4. 메쉬(Mesh) 토폴로지 <- 확장성과 이중성, 중대형 네트워크에서 권장

[참고] 잘된 네트워크 설계란 확장성, 유연성, 예측가능성, IP 설계가 핵심

 

# 네트워크 장비

1. 트위스티드 페어 케이블

 - UTP Cable : 이더넷 구간에서 가장 많이 사용된다.
 - 사용 환경 및 속도에 따라서 카테고리 1~6 유형이 있다.
 - 일반적으로 카테고리 5 사용 : 100M
 - 사용 용도에 따라서 3가지로 구분된다.

[참고] Layer 별 장비

Layer 1 - Hub
Layer 2 - Hub, Switch, Bridge
Layer 3 - Router
Layer 3,4,5,6,7 - PC

 1) 다이렉트(Direct)(스트레이트스루) 케이블

  - 서로 다른 Layer급 장비 연결시 사용된다.
  - 스위치=라우터, 허브=라우터, 스위치=PC, 허브=PC
  - 선배열 = 한쪽 끝과 다른 한쪽 끝 배열이 동일하다 <- 백투백 케이블
  - 선배열 기준 : 1,2,3,6 사용
                            1    2    3    4    5    6    7    8
한쪽끝  주   주   초   파   파   초   빨   빨
                          (흰)       (흰)      (흰)       (흰)    

                            1    2    3    4    5    6    7    8
다른한쪽끝 주   주   초   파   파   초   빨   빨
                          (흰)       (흰)      (흰)       (흰)    

 2) 클로스오버(Crossover) 케이블

  - 서로 같은 Layer급 장비 연결시 사용된다.
  - 스위치=스위치, 라우터=라우터, PC=PC, 라우터=PC
  - 선배열 : 한쪽은 기준 배열, 다른 끝은 1->3, 2->6 위치 변경
  - 선배열 기준 : 1,2,3,6 사용
                            1    2    3    4    5    6    7    8
한쪽끝  주   주   초   파   파   초   빨   빨
                          (흰)       (흰)      (흰)       (흰)    

                            1    2    3    4    5    6    7    8
다른한쪽끝 초   초   주   파   파   주   빨   빨
                          (흰)       (흰)      (흰)       (흰)    

 3) 롤오버(Rollover) 케이블

  - 라우터 및 스위치를 관리(설정)하기 위한 케이블
  - PC 시리얼 포트(COM)과 라우터 및 스위치 콘솔(Console)포트에 연결
  - 선배열 : 한쪽과 다른 한쪽 선배열 방향이 반대
  - 선배열 기준 : 1,2,3,6 사용
                            1    2    3    4    5    6    7    8
한쪽끝  주   주   초   파   파   초   빨   빨
                          (흰)       (흰)      (흰)       (흰)    

                            1    2    3    4    5    6    7    8
다른한쪽끝 빨   빨   초   파   파   초   주   주
                                (흰)       (흰)      (흰)       (흰)  

2. 허브(Hub)

 - PC 여러대 연결하기 위한 장비, 신호 보정 기능도있음
 - 더미 허브 : 데이터 전송을 실시할때 모든 포트로 플러딩(Flooding)실시
 - 스위칭 허브 : 데이터 전송시 MAC 주소를 확인하여 올바른 포트로만 전송 실시

 

[참고] 플러딩 : 내가 받은 포트를 제외한 나머지 포트로 데이터를 내보내는 동작

 - 컬리전, 브로드케스트 도메인에 대한 버스 구조이다.
 - 즉, 허브는 하나의 컬리전 도메인으로 동작하기때문에 컬리전 발생율이 높다.
 - 또한, 허브는 하나의 브로드케스트 도메인으로 동작하기때문에 브로드 케스트 트래픽 양과 범위가 크다.

3. 스위치(Switch)

 - Layer 2 장비, MAC 주소를 이용하여 데이터 전송
 - 각 포트들은 컬리전 도메인을 분할하여 컬리전 발생율을 최소화한다.
 - 대신, 하나의 브로드케스트 도메인으로 동작하기 때문에 브로드케스트 트래픽 양과 범위가 크다.
 - 브로드케스트 도메인에 대한 버스 구조이다.
 - 만약, 사용자가 급격하게 증가되면 브로드케스트 양과 범위가 증대되어 

   LAN 구간(데이터링크층)에 문제를 발생시킨다.(브로드케스트 스톰)
 - 해결책 : VLAN(Virtual LAN) 구성 실시
 - 스위치는 LAN 구간에 다양한 기능을 실시한다.(VLAN, STP)
 - Catalyst 2950 스위치 <- Layer 2 스위치
 - Catalyst 3550, 3560 스위치 <- Layer 3 스위치

 

4. 라우터(Router)

 - Layer 3 장비, IP 주소를 이용한 데이터 전송 <- 패켓 통신
 - 목적지로 데이터(패켓)를 전송하기 위해서 최적 경로를 선출한다.
 - 라우팅하는 장비
 - 해당 인터페이스로 브로드케스트를 차단한다. 즉, 인터페이스로 브로드
    케스트 도메인을 분할한다.
 - Cisco Router 2500 씨리즈
 - Cisco Router 2600, 3600
 - Cisco Router 2800, 3800