네트워크 - 계층화, 캡슐화
1. 프로토콜 계층화
인터넷은 다양한 네트워크 장치, 수많은 호스트들로 구성된 매우 복잡한 시스템이다. 이러한 복잡한 시스템을 어떻게 효율적으로 조작할 수 있을까?
네트워크 구조에서는 이러한 복잡성을 계층구조로 해결하였다.
계층 구조
Spring 어플리케이션으로 개발을 하다보면 Controller, Service, Repository 등과 같은 방법으로 하나의 API를 여러 개의 층으로 나누는 것을 보았을 것이다. 이와 비슷하게 네트워크도 여러 계층으로 분리되어 각 계층은 각자의 역할을 수행하고 인접 계층에 결과만을 전달한다. 이러한 계층화는 여러 장점을 가지고 있다.
- 모듈화로 다른 계층에 영향이 적어 변경과 확장에 유리하다.
- 시스템을 작은 부분으로 나누어 문제를 쉽게 파악하고 관리할 수 있다.
컴퓨터 네트워크도 이러한 계층화를 적용하여 복잡한 시스템을 쉽게 파악하고 또한 변경과 확장이 가능하도록 TCP/IP 모델, OSI 7 모델 두 가지 계층화 모델이 존재한다. 우리가 흔히 인터넷을 쓸 때 사용하는 Wifi와 이더넷(유선랜)은 물리 계층과 데이터 링크 계층에서 다르게 구현되어 있다. 하지만 우리가 인터넷 서비스를 사용할 때 Wifi로 접속하나 이더넷으로 접속하나 사용자 경험에는 큰 차이가 없다. 네트워크 계층 이상의 상위 계층에서는 하위 계층의 구현 방식에 의존하지 않아 하위 계층에서 Wifi에서 이더넷으로 변경되더라도 큰 영향을 받지 않는다.
2. 계층 모델
하나의 계층이 어떠한 역할까지 수행할 지에 따라 각 기관, 단체마다 계층의 수가 다르다. OSI는 7 계층, TCP/IP는 4 계층으로, “컴퓨터 네트워킹 하향식 접근”에서는 5 계층으로 설명하고 있다. 이 책에서는 TCP/IP의 네트워크 인터페이스 계층을 데이터 링크와 물리 계층으로 구분한다.
OSI 7 계층
국제표준화기구에서 분류한 모델이다. 상이한 컴퓨터 시스템이 서로 통신할 수 있는 표준을 제공한다.
| 계층 | 계층명 | 설명 |
|---|---|---|
| 7 | Application | 사람과 직접 상호작용하여 네트워크 서비스에 접근할 수 있는 계층 |
| 6 | Presentation | 데이터를 사용 가능한 형식으로 변환하고 암호화 |
| 5 | Session | 연결을 유지하며 포트와 세션 관리 |
| 4 | Transport | TCP/UDP 등의 전송 프로토콜을 사용해 데이터 전송 |
| 3 | Network | 데이터를 전송할 물리적 경로를 설정 |
| 2 | Data Link | 네트워크 상에서 데이터의 형식을 정의, 오류 처리 |
| 1 | Physical | 물리적인 매개체를 통해 비트 단위로 데이터 전송 |
TCP/IP 계층
미국 국방부 산하 기관(ARPA)에서 시작한 프로젝트에서 기원하며 TCP/IP와 함께 고안된 실용적인 모델이다. OSI 7 계층을 4 계층으로 줄여 더 추상화하고 간략화하였다. 실용적인 TCP/IP 4 계층을 바탕으로 많은 프로토콜들이 고안되고 채택되었다.
| 계층 | 계층명 | OSI 7 계층과 비교 | 프로토콜 예시 | 데이터 단위 |
|---|---|---|---|---|
| 4 | Application | Application + Presentation + Session | HTTP, FTP, SMTP, DNS | 메세지 |
| 3 | Transport | Transport | TCP, UDP | 세그먼트 |
| 2 | Internet | Network | IPv4, IPv6, ICMP | 패킷 |
| 1 | Network Interface | Data Link + Physical | Ethernet, 802.11(wifi) | 프레임 |
3. 캡슐화
위의 이미지에서 네트워크 전송 시 데이터를 하위 계층으로 전달할 때 각 계층은 데이터에 자신의 헤더를 추가하여 전달하는 것을 볼 수 있다. 이 헤더에는 각각의 계층이 기능을 수행하기 위한 데이터가 포함되어 있다.
데이터를 전달받을 때에는 각 계층이 헤더를 보고 주어진 역할을 수행한다. 이후 상위 계층으로 데이터를 전달한다.
따라서 각 계층의 역할을 수행하기 위해 필요한 정보를 헤더에 포함하며 이를 캡슐화하고 목적지에서 역캡슐화하는 과정을 통해 각 계층의 역할이 수행된다.
Reference
https://www.guru99.com/ko/difference-tcp-ip-vs-osi-model.html
https://www.cloudflare.com/ko-kr/learning/ddos/glossary/open-systems-interconnection-model-osi/
James F. Kurose,Keith W. Ross 편저, 최종원 외 7인 옮김, 컴퓨터 네트워킹 하향식 접근 8판, 퍼스트북