네트워크 모델

🐳 네트워크 통신

🎠 회선 교환 방식 VS 패킷 교환 방식(주요 차이점)

• 회선 교환 방식은 전용 채널 또는 회로를 설정해야 할 때 사용되는 방법인 반면,
  패킷 교환 방식은 디지털 네트워크를 통해 전송되는 데이터를 패킷으로 그룹화하는 방법입니다.
• 회선 교환 방식에서는 소스에서 보내는 메시지와 동일한 순서로 수신되는 반면,
  패킷 교환 방식에서는 메시지가 순서에 맞지 않게 수신되어 목적지에서 어셈블 됩니다.
• 회로 교환 방식에는 데이터 전송이 시작되기 전에 소스와 대상 사이에 전용 경로가 필요하지만
  패킷 교환에는 소스에서 대상으로의 전용 경로가 필요하지 않습니다.
• 회로 교환 방식은 물리 계층에서 구현되고 패킷 스위칭은 네트워크 계층에서 구현됩니다.

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🐳 네트워크 모델

🎠 OSI 참조 모델

⛄ OSI 7계층

개념
개방형 시스템 상호 연결 모델의 표준임.
실제 인터넷에서 사용되는 TCP/IP 는 OSI 참조 모델을 기반으로 상업적이고 실무적으로 이용될 수 있도록 단순화한 것임.

탄생 배경
초기 여러 정보 통신 업체 장비들은 자신의 업체 장비들끼리만 연결이 되어 호환성이 없었음.
모든 시스템들의 상호 연결에 있어 문제없도록 표준을 정한것이 OSI 7계층.
표준(호환성)과 학습도구에 의미로 제작.

• 작동원리
  • OSI 7계층은 응용, 표현, 세션, 전송, 네트워크, 데이터링크, 물리계층으로 나뉨.
  • 전송 시 7계층에서 1계층으로 각각의 층마다 인식할 수 있어야 하는 헤더를 붙임(캡슐화)
  • 수신 시 1계층에서 7계층으로 헤더를 떼어냄(디캡슐화)
  • 출발지에서 데이터가 전송될 때 헤더가 추가되는데 2계층에서만 오류제어를 위해 꼬리부분에 추가됌
  • 물리계층에서 1, 0 의 신호가 되어 전송매체 (동축케이블, 광섬유 등)을 통해 전송
    
    

🌱 1계층 - 물리계층(Physical Layer)

• 주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해서 통신 케이블로 데이터를 전송하는 물리적인 장비
• 단지 데이터 전기적인 신호(0,1)로 변환해서 주고받는 기능만 할 뿐, 알고리즘, 오류제어 기능이 없음
• 이 계층에서 사용되는 통신 단위 : 비트(Bit)이며 이것은 1과 0으로 나타내어지는, 즉 전기적으로 On, Off 상태
• 장비 : 통신 케이블, 리피터, 허브 등

🌱 2계층 - 데이터 링크계층(DataLink Layer)

• 물리계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전한통신의 흐름을 관리
• 프레임에 물리적 주소(MAC address)를 부여하고 에러검출, 재전송, 흐름제어를 수행
• 이 계층에서 전송되는 단위 : 프레임(Frame)
• 장비 : 브리지, 스위치, 이더넷 등(여기서 MAC주소를 사용)
• 브릿지나 스위치를 통해 맥주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달함.

🌱 3계층 - 네트워크 계층(Network Layer)

• 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달
• 라우터(Router)를 통해 경로를 선택하고 주소를 정하고(IP) 경로(Route)에 따라 패킷을 전달 > IP 헤더 붙음
• 이 계층에서 전송되는 단위 : 패킷(Packet)
• 컴퓨터에게 데이터를 전송할지 주소를 갖고 있어서 통신가능(=우리가 자주 듣는 IP 주소가 바로 네트워크 계층 헤더에 속함)
• 장비 : 라우터, L3 스위치

🌱 4계층 - 전송 계층(Transport Layer)

• port 번호, 전송방식(TCP/UDP) 결정 > TCP 헤더 붙음
  • TCP : 신뢰성, 연결지향적
  • UDP : 비신뢰성, 비연결성, 실시간
• 두 지점간의 신뢰성 있는 데이터를 주고 받게 해주는 역할
• 신호를 분산하고 다시 합치는 과정을 통해서 에러와 경로를 제어
• 데이터 전송을 위해서 Port 번호를 사용함.(대표적인 프로토콜로 TCP와 UDP가 있음)
• 전송 계층에서 데이터 단위는 세그먼트(Segment)

🌱 5계층 - 세션 계층(Session Layer)

• 주 지점간의 프로세스 및 통신하는 호스트 간의 연결 유지
• TCP/IP 세션 체결, 포트번호를 기반으로 통신 세션 구성
• API, Socket
• 통신 장치 간 상호작용 및 동기화를 제공
• 연결 세션에서 데이터 교환과 에러 발생 시의 복구를 관리

🌱 6계층 - 표현 계층(Presentation Layer)

• 전송하는 데이터의 표현방식을 결정(ex. 데이터변환, 압축, 암호화 등)
• 파일인코딩, 명령어를 포장, 압축, 암호화
• JPEF, MPEG, GIF, ASCII 등

🌱 7계층 - 응용 계층(Application Layer)

• 최종 목적지로, 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행(ex. explore, chrome 등)
• HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet 등과 같은 프로토콜이 있다.

⛄ TCP/IP 4계층

💡 1계층 - 네트워크 액세스 계층(Network Access Layer)

• OSI 7계층의 물리계층(1)과 데이터 링크 계층(2)에 해당
• TCP/IP 패킷을 네트워크 매체로 전달하는 것과 네트워크 매체에서 TCP/IP 패킷을 받아들이는 과정을 담당
• 에러 검출 기능(Detecting errors), 패킷의 프레임화(Fraimg packets)
• 네트워크 접근 방법, 프레임 포맷, 매체에 대해 독립적으로 동작하도록 설계.
• 물리적인 주소로 MAC을 사용
• LAN, 패킷망, 등에 사용됨

💡 2계층 - 인터넷 계층(Internet Layer)

• OSI 7계층의 네트워크 계층(3)에 해당
• 어드레싱(addressing), 패키징(packaging), 라우팅(routing) 기능을 제공
• 네트워크상 최종 목적지까지 정확하게 연결되도록 연결성을 제공하게 됨.
• 프로토콜 종류 – IP, ARP, RARP

💡 3계층 - 전송 계층(Transport Layer)

• OSI 7계층의 전송 계층(4)에 해당
• IP와 Port를 이용하여 프로세스와 통신
• 애플리케이션 계층의 세션과 데이터그램(datagram) 통신서비스 제공
• 통신 노드 간의 연결을 제어하고, 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당한다.
• 프로토콜 종류 – TCP, UDP

💡 4계층 - 응용 계층(Application Layer)

• OSI 7계층의 세션 계층(5), 표현 계층(6), 응용 계층(7)에 해당한다.
• 프로그램(브라우저)가 직접 인터액트하는 레이어. 데이터를 처음으로 받는곳
• 다른 계층의 서비스에 접근할 수 있게 하는 애플리케이션을 제공
• 애플리케이션들이 데이터를 교환하기 위해 사용하는 프로토콜을 정의
• HTTP, SMTP등의 프로토콜을 가진다.
• TCP/UDP 기반의 응용 프로그램을 구현할 때 사용한다.
• 프로토콜 종류 – FTP, HTTP, SSH

🎠 ARP

• ARP 동작 원리
  • 송신자는 목적지 물리주소가 필요하므로, 물리주소 요청을 위한 ARP요청 패킷을 브로드캐스트로 전송.
    (브로드캐스트를 하는 이유는 목적지의 물리주소를 모르므로 모두에게 요청함.)
    (요청 패킷에는 수신자가 수신자 주소를 응답할 때 필요한 송신자 주소가 포함)
  • 모든 호스트와 라우터는 송신자가 보낸 ARP 요청 패킷을 수신함.
  • 해당되는 수신자만 자신의 논리주소와 물리주소를 넣어 응답 패킷을 유니캐스트로 전송.
• ARP 동작 과정
  • 송신자는 목적지 IP Address를 지정해 패킷 송신
  • IP 프로토콜이 ARP 프로토콜에게 ARP Request 메시지를 생성하도록 요청
    ARP 요청 메시지 (송신자 물리주소, 송신자 IP주소, 00-00-00-00-00, 수신자 IP주소)
  • 메시지는 2계층으로 전달되고 이더넷 프레임으로 Encapsulation 됨
    송신자 물리주소를 발신지 주소, 수신자 물리주소를 브로드캐스트 주소로 지정
  • 모든 호스트와 라우터는 프레임을 수신 후 자신의 ARP 프로토콜에게 전달
  
  • 목적지 IP Address가 일치하는 시스템은 자신의 물리주소를 포함하고 있는 ARP Reply 메시지를 보냄
    자신의 물리주소를 포함하는 응답 메시지
  • 최초 송신 측은 지정한 IP Address에 대응하는 물리주소를 획득
  • cf) ARP 요청은 브로드캐스트, ARP 응답은 유니캐스트
• 

🎠 Gratuitous ARP

Gratuitous ARP (Address Resolution Protocol)
네트워크 환경에서 사용되는 프로토콜입니다.
ARP는 IP 주소를 물리적인 MAC 주소로 매핑하는 데 사용됩니다.
일반적으로 ARP는 호스트가 특정 IP 주소에 대한 MAC 주소를 알기 위해 요청(Request) 패킷을 브로드캐스트로 전송하는 방식으로 동작합니다.

• 호스트가 네트워크에 새로 등장하거나 재연결되었을 때
  • 호스트가 네트워크에 연결되면, 자신의 IP 주소를 알리기 위해 Gratuitous ARP를 전송합니다.
    이를 통해 다른 장치들은 해당 호스트의 IP 주소를 새로운 정보로 갱신할 수 있습니다.

 

• IP 주소 충돌 감지: 호스트가 자신의 IP 주소가 다른 장치와 충돌하였다고 판단할 경우
  • Gratuitous ARP를 전송하여 다른 장치에게 충돌이 발생했음을 알립니다. 이를 통해 다른 장치들은 충돌을 감지하고, IP 주소 충돌을 해결하기 위해 적절한 조치를 취할 수 있습니다.