Protocol Layer
OSI 7 Layer
ISO가 규정한 OSI 7 Layer는 서로 다른 네트워크들을 연결하기 위해 제시된 설계 모델입니다.
현재는 저 7계층을 엄격하게 지키는 경우는 거의 없으며, 대부분 5계층만 사용되고 있습니다.
OSI 7 Layer는 말 그대로 참조의 역할(레퍼런스)로만 사용되고 있습니다.
OSI는 Open System Interconnection의 약자입니다.
Protocol Layer 설계
복잡한 시스템을 설계할때 흔히 쓰는 방법은 복잡한 내용을 다룰만한 수준까지 분해하여 그 각각을 설계하고, 그것들을 모두 구현한 후에 다같이 합쳐 큰 문제를 해결하는 기법인 분할정복 기법입니다.
이 아이디어를 가지고 설계한 모델이 성공하여 지금의 인터넷 계층 구조를 이루게 되었습니다.
인터넷 계층 구조
인터넷 계층 구조는 레이어 N이 N-1로부터 서비스를 받아 N+1에 서비스를 제공하도록 설계되어 있습니다.
레이어 N은 N+1에 제공하는 서비스의 인터페이스에만 맞게 제작한다면 어떤 방식으로 서비스를 제공하든 상관이 없으며, 이러한 설계 방법은 유지보수 측면에서 큰 장점을 가져옵니다.
이 원리에 대해 이해한다면 각 레이어가 제공하는 서비스를 기계적으로 암기하는 것이 아닌, 왜 그런 서비스를 제공할 수 밖에 없는지에 대해 이해할 수 있게됩니다.
5계층 레이어 구조
L5 - application
L5 계층은 어플리케이션 레이어로, 웹 브라우저와 같은 어플리케이션을 구동시키기 위한 인터페이스를 제공합니다.
어플리케이션 레이어에서 사용되는 대표적인 프로토콜로는 HTTP(웹), IMAP(이메일 전송), SMTP(이메일 수신), DNS(도메인 이름을 ip로 바꾸어주는 서비스) 등이 있습니다.
어플리케이션 레이어에서 보내는 전송 단위는 message라고 부르며 규정된 인터페이스에 맞추어 제작되어 transport 계층에 이를 전달합니다.
L4 - transport
L4 계층에서는 transport 레이어로, 어플리케이션 레이어에 서비스를 제공하는 계층입니다.
어플리케이션 레이어가 동작하기 위해 필요한 서비스는 데이터의 송수신입니다.
데이터를 주고받는 당사자는 process들이므로 transport 레이어는 process - process 통신을 제공합니다.
transport 레이어에서 사용되는 프로토콜로는 신뢰성을 보장하는 대신 느린 TCP와 그렇지 않은 대신 빠른 UDP가 있습니다.
transport 레이어는 어플리케이션으로부터 받은 메시지에 데이터에 대한 제어정보를 담은 header를 부착하여 L3계층에 이를 전달합니다.
transport 레이어의 전송 단위는 segment라 부르며, 어플리케이션으로부터 받은 메시지의 단위가 크다면 이를 적절히 잘라 (인터페이스에 맞게) 각각에 헤더를 부착하여 L3 계층으로 내려보낼 수도 있습니다.
이렇게 적절히 데이터를 잘라 헤더를 붙이는 행위를 encapsulation이라 합니다.
transport 레이어의 전송단위는 TCP의 경우 segment, UDP의 경우 datagram이라 부릅니다.
datagram은 L3 계층의 용어가 아닌가 의문이 드시겠지만 이는 추후에 다시 설명할 내용입니다.
L3 - network
L3 계층은 네트워크 레이어로, L4 계층의 서비스인 process - process 통신이 가능하도록 하기 위해 computer - computer 통신을 지원합니다.
즉, routing 서비스를 제공하는 것이죠. 더 정확히 말하자면 시작지의 네트워크 인터페이스와 목적지의 네트워크 인터페이스 사이의 데이터 전달을 맡고 있는 것입니다.
네트워크 계층에서 사용하는 전송 단위는 datagram 또는 packet이라고 부르며, IP라는 프로토콜을 사용합니다.
네트워크 계층에서도 마찬가지로 데이터 앞에 헤더를 부착하는데 transport 레이어에서 내려준 전체가 데이터에 해당합니다.
즉, transport 레이어가 부착한 헤더도 네트워크 계층의 입장에선 데이터에 해당합니다.
L2 - link
Internet은 network들의 network입니다.
링크 레이어라 불리는 L2 계층은, L3 계층이 제공하는 컴퓨터와 컴퓨터 사이의 통신을 제공하기 위해, 네트워크와 네트워크 간의 통신을 지원해야 합니다.
네트워크들을 거쳐 지나가 최종 목적지 네트워크에 도착할수 있도록 네트워크 - 네트워크 간의 이동을 책임져주는 것이 L2 계층의 역할입니다.
가장 널리 사용되는 L2계층의 기술이 이더넷이기 때문에 L2 계층의 전송 단위도 이더넷 프레임에서 따온 frame이란 용어를 사용하며, 프레임은 L3 계층으로부터 전달받은 데이터에 링크 헤더를 부착하는 형식으로 제작됩니다.
L1 - physical
피지컬 레이어라 불리는 L1 계층은 네트워크 내부의 데이터 전송을 담당합니다.
L1 계층은 L2 계층에 실제 물리적인 경로를 (유선 / 무선) 제공하여 네트워크 내부에서의 이동이 이루어지도록 해줍니다.
Encapsulate / Decapsulate
송신자로부터 각 계층을 내려오며 헤더필드를 추가하는 작업을 Encapsulate
수신자로부터 각 계층을 올라가며 헤더필드를 검사하며 떼어내는 작업을 Decapsulate라고 합니다.
어플리케이션에서 보낸 메세지는 encapsulate 되어 physical 링크를 타고 switch에 도달합니다.
도착한 데이터는 스위치와 라우터의 지정된 계층까지 decapsulate되었다가 다시 encapsulate되며
최종적으로 도착하는 목적지에서 app layer까지 decapsulate되어 message를 전달받습니다.
본 글에 사용된 자료는 https://gaia.cs.umass.edu/kurose_ross/ppt.php에서 무료로 제공하고 있습니다.
