04. OSI 7 Layer 계층 별 프로토콜 (1/3)

 

안녕하세요!

이번에는 OSI 7 Layer의 계층 별 프로토콜에 대해 공부한 것을 정리했습니다.

프로토콜은 자료를 찾으면 계속 나올 정도로 양이 방대한 것 같습니다.

부족한 내용이 있는 점 양해 부탁드립니다.

같은 이유로 프로토콜들의 특징을 전부, 오래 기억하는 것도 쉽지 않습니다.

- 중요한 내용을 파악하는 것을 우선으로

- 자신의 현재 시점에서 필요한 지식에 빠르게 접근하는 것에 초점을 두는 것이 좋겠습니다. 

 

해당 주제로 이 글을 포함해 세 개의 글을 작성하고자 합니다.

순서는 아래와 같습니다.

1. OSI 7 Layer 계층 별 프로토콜 정리

2.

• FTP (컨트롤채널, 데이터채널, 액티브 모드, 패시브 모드)
• SMTP, POP3, IMAP (이메일 전송 프로토콜)
• ICMP (오류 메시지)

3.

• SSH, Telnet 
• HTTP, HTTPS
• DNS

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OSI : Open Systems Interconnection  

OSI 7 Layer는 ISO(국제표준기구)에서 만든 네트워크를 7계층으로 만든 모델입니다.

 

Protocol (프로토콜, 통신규약)은 상호간의 접속이나 전달방식, 통신방식, 주고받을 자료의 형식, 오류 검출 방식, 코드 변환방식, 전송속도 등에 대하여 이미 정해진 약속입니다.

 

따라서 계층 별 프로토콜은 한마디로 OSI 7 계층의 계층 간에 존재하는 네트워크 통신을 위한 규약을 의미합니다. 프로토콜을 이해하기 위해서도 OSI 7 Layer와 TCP/IP 4 Layer를 연계해서 공부하면 도움이 될 것 같습니다.

 

1. 계층의 역할, 특징 등을 봅니다. (각각의 계층별로 데이터를 전송하는 방식이 서로 다르기 때문)

2. 계층 별로 어느 프로토콜이 존재하는지 찾습니다.

3. 해당 위치에 기반해서 프로토콜이 어떤 역할을 하는지 이해할 수 있습니다.

 

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Physical Layer (물리 계층, 1계층)

 

물리 계층은 데이터의 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 다루는 계층이다.

여기에는 네트워크의 데이터 통신을 관리하는 여러 프로토콜이 포함된다.

일반적으로 소프트웨어와 하드웨어 프로그래밍의 조합으로 구성된다.

역할: 데이터를 전송하기 위한 물리적 연결과 관련된 기술을 다룸.

프로토콜: 

• Ethernet(1000BASE-T 이더넷. 1000BASE-SX 이더넷. 100BaseTX 이더넷.)
• USB
• HDMI
• 동기식 광 네트워킹/동기식 디지털 계층 구조
• 802.11 물리 계층 변형
• 블루투스
• 컨트롤러 영역 네트워크
• 범용 직렬 버스
• RS-232
• X.25 및 X.21 

 

Ethernet:
1000BASE-T Ethernet: 기본적인 이더넷 기술 중 하나, 1 Gbps의 전송 속도를 지원함
1000BASE-SX Ethernet: 광섬유를 사용하여 1 Gbps의 전송 속도를 제공
100BaseTX Ethernet: 100 Mbps의 속도를 갖는 이더넷 기술

USB (Universal Serial Bus): 

컴퓨터와 주변 기기 간에 데이터를 전송하고 전원을 공급하기 위한 표준 인터페이스

HDMI (High-Definition Multimedia Interface): 
오디오 및 비디오 신호를 전송하는 인터페이스로, 주로 디지털 텔레비전 및 모니터에 사용된다. 

 

동기식 광 네트워킹/동기식 디지털 계층 구조: 

동기화된 광 통신을 다루며, 주로 광섬유를 사용하여 데이터를 전송

 

802.11 물리 계층 변형: 

무선 네트워크에서 사용되는 물리 계층 표준으로, Wi-Fi의 기초를 제공

블루투스: 

무선 기기 간의 데이터 전송을 위한 표준으로, 주로 휴대전화, 헤드셋 및 주변 기기에 사용됨

컨트롤러 영역 네트워크: 

주로 제어 시스템과 통신하기 위한 네트워크를 다룸

범용 직렬 버스 (Universal Serial Bus): 

다양한 주변 기기와 컴퓨터 간의 데이터 전송을 담당하는 표준 버스

RS-232: 

직렬 통신을 위한 표준으로, 주로 시리얼 포트와 관련이 있음

X.25 및 X.21: 

공중 전송망에서 패킷 교환을 지원하는 통신 프로토콜

주로 하드웨어와 관련된 프로토콜이지만, OSI 모델에서 물리 계층에 속하게 됩니다. 이는 OSI 모델이 데이터 통신을 여러 계층으로 분리하여 각 계층이 특정 기능을 수행하도록 설계되었기 때문입니다.

 

물리계층은 1계층으로 최하위 계층이라는 것을 다시 한 번 기억합시다. 하드웨어적 특성을 통해 상위 계층에서 데이터를 안정적으로 전송할 수 있도록 합니다. 하드웨어적 프로토콜들은 상위 계층인 데이터 링크 계층에서 사용되어 데이터의 흐름을 관리하고 에러 검출 및 수정을 수행하게 됩니다. 상위 계층에서는 이러한 물리 계층의 하드웨어적 특성을 이용하여 효율적으로 데이터를 전송하고 네트워크 기능을 수행합니다.

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Datalink Layer (데이터링크 계층, 2계층)

 

데이터 링크 계층은 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 감지하고 수정한다.

또한 이러한 작업들을 통해 안정적인 프레임 전송을 담당하는 계층이다.

역할: 물리 계층에서 제공된 연결을 통해 오류 없이 프레임 전송을 보장, 물리 주소(MAC 주소)를 관리함.

 

프로토콜: 

• Ethernet
• PPP(Point-to-Point Protocol)
• HDLC(High-Level Data Link Control)
• Frame Relay
• MAC
• ARP
• RARP

 

Ethernet 프레임:
이더넷은 LAN에서 가장 널리 사용되는 프로토콜로, 데이터를 프레임 형태로 전송한다. 
이더넷은 MAC 주소를 사용하여 네트워크 장치 간에 통신을 한다.

PPP (Point-to-Point Protocol): 
주로 인터넷 연결 시, 시리얼 링크를 통해 점대점 연결에서 사용 
다양한 네트워크 서비스를 제공하는 프로토콜 

HDLC (High-Level Data Link Control): 

비트 동기화된 프레임 기반의 프로토콜로, 주로 WAN에서 사용
많은 네트워킹 장비에서는 HDLC를 지원하고 있음.

Frame Relay: 

WAN에서 사용되는 프로토콜로, 가변 길이의 프레임을 사용하여 데이터를 전송
주로 고속 데이터 전송에 활용됨.

MAC (Media Access Control): 

데이터 링크 계층에서 작동하는 하위 계층으로,

네트워크에서 각 디바이스에 할당된 고유한 주소인 MAC 주소를 관리한다.

ARP (Address Resolution Protocol):
IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 프로토콜로, 데이터 링크 계층에서 동작한다. 
네트워크 장치가 다른 장치의 MAC 주소를 알기 위해 사용된다.

RARP (Reverse Address Resolution Protocol):
ARP의 역할을 수행하며, MAC 주소에서 IP 주소로의 변환을 담당한다.

 

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Network Layer (네트워크 계층, 3계층)

 

네트워크 계층은 여러 네트워크 간의 경로를 설정하고 패킷을 전송하는 역할을 수행하는 것을 알아야함.   

역할: 경로 선택 및 라우팅, 패킷 전송 및 중계를 수행함.

 

프로토콜: 

• IP
• ICMP
• OSPF
• BGP
• RIP
• IGMP
• EIGRP

 

IP (Internet Protocol):

인터넷에서 데이터를 전송하기 위한 핵심 프로토콜로, 주소 지정과 경로 선택을 담당합니다. 

IPv4와 IPv6가 현재 가장 널리 사용되고 있습니다.

IPv6 (Internet Protocol version 6):
IPv4의 주소 고갈 문제를 해결하기 위해 개발된 새로운 IP 프로토콜입니다. 

더 많은 주소 공간을 제공하여 미래의 인터넷 환경을 지원합니다.

ICMP (Internet Control Message Protocol):
IP 네트워크 상에서 메시지를 교환하기 위한 프로토콜로, 네트워크의 상태 및 에러 메시지를 제공합니다. 

주로 ping과 traceroute와 같은 도구에서 사용됩니다.

OSPF (Open Shortest Path First):
내부 네트워크에서 라우팅을 수행하기 위한 링크 상태 프로토콜로, 경로의 가장 짧은 경로를 찾아주는 역할을 합니다.

BGP (Border Gateway Protocol):
서로 다른 네트워크 간의 경로를 결정하는 외부 라우팅 프로토콜로, 대규모 네트워크에서 사용됩니다.

RIP (Routing Information Protocol):
작은 규모의 네트워크에서 사용되는 라우팅 프로토콜로, 라우터 간에 라우팅 정보를 교환합니다.

IGMP (Internet Group Management Protocol):
멀티캐스트 그룹에 가입하거나 떠나기 위한 호스트의 멀티캐스트 그룹 관리 프로토콜입니다.

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol):
Cisco가 개발한 라우팅 프로토콜로, OSPF와 같이 내부 라우팅에 사용되며, 빠른 수렴과 자동 요약을 특징으로 합니다.

 

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Transport Layer (전송 계층, 4계층)

 

역할: 전송 계층은 종단 간 통신(데이터의 흐름)을 관리하고 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당하는 계층. 

신뢰성 있는 엔드 투 엔드 통신을 제공

프로토콜: 
TCP(Transmission Control Protocol) 
UDP(User Datagram Protocol)
SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

 

TCP와 UDP가 또 다시 등장했습니다!

TCP (Transmission Control Protocol) :
연결 지향적인 프로토콜로, 신뢰성 있는 데이터 전송을 제공한다.
흐름 제어 및 혼잡 제어를 통해 데이터 전송 속도를 최적화한다.
3-way 핸드셰이크를 통한 연결 설정과 4-way 핸드셰이크를 통한 연결 종료를 지원한다.
주로 웹 브라우징, 파일 전송 등에서 사용된다.

UDP (User Datagram Protocol) :
비연결 지향적인 프로토콜로, 데이터 전송에 대한 보장이 없다.
신속한 데이터 전송을 지향하며, 실시간 응용 및 멀티캐스트 통신에 많이 사용된다.
헤더 오버헤드가 적어 가벼우며, TCP보다 빠른 전송이 가능하다.
데이터 손실이나 순서 변경에 강건한 응용에서 사용된다.

SCTP (Stream Control Transmission Protocol) :
TCP와 UDP의 특징을 결합한 프로토콜로, 연결 지향적이면서도 멀티스트림과 다중 경로를 지원한다.
혼잡 제어 및 흐름 제어 기능을 포함하며, 신뢰성 있는 전송을 제공한다.
주로 텔레콤 및 VoIP 응용에서 사용되며, 대체로 TCP보다 빠른 전송 속도를 가진다.

! 프로토콜 비교 및 사용 시 고려사항:
TCP는 신뢰성과 연결 지향성이 필요한 응용에 적합하다.
UDP는 간단한 요청 및 응답, 실시간 응용, 멀티캐스트와 같이 속도와 신속한 전송이 중요한 경우에 사용된다.
SCTP는 TCP와 UDP의 장점을 결합하여 특정 응용에 적합한 선택지를 제공한다.

 

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Session Layer (세션 계층, 5계층)

 

세션 계층은 데이터 교환의 관리 및 동기화를 담당하는 계층.

네트워크에서 세션 계층의 프로토콜은 일반적으로 사용되지 않거나 상위 계층에서 처리되는 경우가 많음에 유의할 것.
 
역할: 통신 세션을 구성하고, 관리하여 데이터 교환을 도움.

 

프로토콜: 

• NetBIOS
• PPTP
• RPC(원격 프로시저 호출) 
• WinSock

 

NetBIOS (Network Basic Input/Output System) :
네트워크의 기본적인 입출력 시스템을 정의한 규약으로, 소프트웨어 인터페이스 및 이름 명명법을 정의하고 있는 API 이다. 주로 Microsoft Windows 기반의 네트워크에서 사용되는 프로토콜로, 파일 및 프린터 공유와 같은 서비스를 제공한다. 
세션 계층에서 이름 관리 및 세션 설정에 사용된다. 
일반적으로, 통신 프로토콜만을 가르키는 경우에는 NetBEUI 라 칭한다.

PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) :
VPN (Virtual Private Network) 구성을 위해 사용되는 프로토콜 중 하나로, 안전한 데이터 전송을 위한 터널을 설정한다.
세션 계층에서 터널을 설정하고 해제하는 역할을 한다.

RPC(Remote Procedure Call) :
Windows 운영 체제에서 사용하는 원격 프로시저를 호출하여 결과만 돌려받는 프로토콜. 

다른 시스템과 상호처리 가능한 클라이언트/서버 형태의 인터페이스 프로토콜 메커니즘

WinSock(Windows Socket) :
인터넷 응용 프로그램들의 입출력 요청 처리하는 프로그래밍 인터페이스 및 지원 프로그램

세션 계층은 주로 상위 계층에서 사용되는 프로토콜이라서 네트워크 공부에서 직접적으로 다뤄지는 경우가 적습니다. 네트워크에서의 세션 관리와 동기화는 대부분 응용 계층이나 전송 계층에서 처리되므로 세션 계층 자체에 대한 자세한 학습이 필요한 경우는 드물지만, 특정 환경에서 사용되는 프로토콜들은 이해해두면 도움이 될 수 있습니다.

 

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Presentation Layer (표현 계층, 6계층)

 

표현 계층은 데이터의 형식 변환, 데이터 암호화, 압축 등의 기능을 담당한다. 
이 계층에서의 프로토콜은 주로 응용 계층과 데이터 표현 계층 간의 상호 운용성을 제공한다. 

프로토콜은 주로 데이터의 형식, 인코딩, 변환 등과 관련이 있으며, 
각 응용 분야에서 적합한 형식으로 데이터를 다룰 수 있도록 도와준다.

역할: 특정 형식으로 데이터를 표현

 

프로토콜: 

• ASN.1
• JPEG
• GIF
• MPEG

ASN.1 (Abstract Syntax Notation One) : 
데이터의 추상 문법을 정의하는데 사용되는 표준 인코딩 규칙이다.
주로 네트워크 관리 및 보안 프로토콜에서 데이터 형식을 표현하는 데 사용된다.

JPEG (Joint Photographic Experts Group) :
그림이나 이미지의 데이터를 표현하기 위한 표준 이미지 압축 형식이다.
주로 웹에서 이미지를 전송하거나 저장할 때 사용된다.

GIF (Graphics Interchange Format) :
이미지 파일 형식 중 하나로, 여러 이미지를 하나의 파일로 저장하고 애니메이션을 지원한다.
주로 웹에서 아이콘이나 간단한 애니메이션을 표현할 때 사용된다.

MPEG (Moving Picture Experts Group) :
비디오 및 오디오 압축을 위한 표준이다.
주로 디지털 비디오 및 음악 파일의 압축 및 전송에 사용된다.

 

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Application Layer (응용 계층, 7계층)

응용 계층은 최종 사용자와 직접 상호작용하는 계층으로, 다양한 응용 프로그램 및 서비스를 지원한다. 

프로토콜들은 네트워크에서 가장 직접적으로 사용자와 상호작용하며, 
웹 브라우징, 이메일 통신, 파일 전송 등 다양한 응용 서비스를 지원

프로토콜:

• HTTP
• HTTPS
• DNS
• FTP
• SMTP
• POP3
• IMAP

 

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) :
  - 웹에서 문서(HTML, 이미지, 동영상 등)를 전송하기 위한 프로토콜로, 클라이언트-서버 모델을 사용한다.
  - 보통 웹 브라우징에서 사용되며, 주로 80번 포트를 사용한다.

HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) :
  - HTTP의 보안 버전으로, SSL/TLS 프로토콜을 사용하여 데이터 암호화를 제공한다.
  - 웹 상에서 민감한 정보를 주고받는 경우에 사용되며, 주로 443번 포트를 사용한다.

 

DNS (Domain Name System) :
  - 도메인 이름과 IP 주소를 매핑하고, 호스트 이름을 해석하기 위한 프로토콜이다.
  - 네트워크에서 호스트 이름을 IP 주소로 변환하는 데 사용되며, 주로 53번 포트를 사용한다.

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이번 시간에는 OSI 7 Layer 에서의 계층 별 프로토콜에 대해서 정리해봤습니다.

응용 계층 프로토콜 중 FTP, SMTP, POP3, IMAP (+ 3계층 ICMP)에 대해서는 다음에 다룰 예정입니다.

감사합니다!