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📚 Index

1. OSI 7계층 VS TCP/IP Stack

2. 클래스와 서브넷 마스크

Protocol

Protocol

네트워크에서 프로토콜은 통신할 때 규약을 말하고 초기에는 협회나 조직에 따라 산재되어 있었으나 최근에는 이더넷-TCP/IP 기반 프로토콜들로 많이 사용된다. 뒤에서 나오는 OSI 7계층별로 맞는 프로토콜이 있다.

- 물리적 측면: 데이터 전송 매체, 신호 규약, 회선 규격 등, 이더넷이 많이 사용된다.

- 논리적 측면: 장치들끼리 통신하기 위한 프로토콜 규격으로 TCP/IP가 많이 사용된다.

Protocol 구조

프로토콜이 처음 나왔을 때는 최대한 적은 데이터를 효율적으로 사용하기 위해 문자 기반이 아닌 대부분 0과 1 비트 기반으로 만들어졌습니다.

그래서 비트의 자릿수별로 정확히 보내는 주소, 받는 주소, 상위 프로토콜 정보 등 정밀하게 데이터를 담았습니다. 그리고 그 약속을 철저히 지키도록 했습니다.

애플리케이션 레벨 프로토콜인 HTTP, SMTP는 비트 기반이 아닌 문자 기반으로 되어 있습니다. 문자로 되어 있어 효율성은 비트 기반 보다 떨어지지만 다양하게 확장이 가능하다.

Protocol 구조

비트 기반

문자 기반

OSI 7 Layer

OSI 7 Layer

과거에는 규약이 표준화되지 않고 각 벤더에서 개발했기 때문에 호환이 되지 않는 시스템이나 애플리이션이 많이 통신이 불가능한 경우가 많았습니다.

이를 표준화하기 위해 나온 것이 OSI 7 계층입니다. 복잡한 데이터 전송 과정을 계층을 나누어 이해를 쉽게 합니다.

네트워크 동작에 이해를 돕기 위해 참조형(논리) 모델로 많이 있지만 실제로 네트워크는 대부분 TCP/IP 프로토콜 스택(스위트) 기반으로 되어 있습니다.

OSI 7 Layer

OSI 7계층은 다시 목적에 따라 두 가지 계층으로 분류됩니다.

- 1~4 계층: Data Flow Layer / 하위 계층, 데이터를 상대에게 잘 전달하는데 목적(네트워크 엔지니어)

- 5~7 계층: Application Layer / 상위 계층, 전달된 데이터를 표현하는데 목적(개발자)

OSI 7 Layer

:1계층(물리 계층)

OSI 7 Layer - 물리 계층

물리적 연결과 관련된 정보를 정의, 주로 전기 신호를 전달하는데 중점적이다.

전기 신호를 잘 전달하는데 목적이 있습니다.

주요 장비로는 허브, 리피터, 트랜시버, 탭이 있습니다.

허브, 리피터: 네트워크 통신을 중재

트랜시버: 컴퓨터와 랜 카드를 연결

탭: 네트워크 모니터링과 패킷 분석을 위해 전기 신호를 다른 장비로 본제

1계층은 주소 체계가 없어 전기 신호가 들어온 포트를 제외하고 모든 포트에 브로드캐스팅합니다.

OSI 7 Layer

:2계층(데이터 링크 계층)

OSI 7 Layer - 데이터 링크 계층

1계층에서 받은 전기 신호를 모아 우리가 알아 볼 수 있는 데이터 형태로 변환합니다. 데이터 링크 계층은 주소 체계를 가지고 있어 전기 신호의 유실보다는 정확한 목적지로 전달되도록 하는데 집중합니다.

주소 체계가 있는 것은 한 명과 통신하는 것이 아닌 동시에 여러 명과 통신할 수 있다는 것, 무작정 데이터를 던지지 않고 현재 데이터를 받을 수 있는지 확인하는 작업을 수행한다. 이 작업을 플로 컨트롤(Flow Control)이라 한다.

2계층에서는 MAC 주소라는 가지고 있으며 이 주소는 디바이스마다 가지고 있는 고유 물리 주소이다.

OSI 7 Layer

:3계층(네트워크 계층)

OSI 7 Layer - 네트워크 계층

3계층에서는 IP 주소라는 논리적인 주소를 가지고 있습니다. 3계층 장비로는 라우터가 있는데  IP 주소를 이해하고 이것을 사용해 원격지를 구분하고 최적의 경로를 찾아 패킷을 전송합니다.

OSI 7 Layer

:4계층(전송 계층)

OSI 7 Layer - 전송 계층

앞서 본 하위 1, 2, 3계층은 신호와 데이터를 정확한 주소로 보내는데 집중합니다.

4계층, 전송 계층은 실제로 해당 데이터들이 정상적으로 잘 보내지도록 확인하는 역할을 합니다. 네트워크는 큰 데이터를 데이터 조각(패킷)을 만들어 보내보니 패킷이 유실 되거나 순서가 바뀌는 경우가 생길 수 있습니다. 전송 계층에서는 만약 패킷이 유실되면 재전송하고 순서가 바뀌면 바로잡는 역할을 합니다.

앞서 본 하위 1, 2, 3계층은 신호와 데이터를 정확한 주소로 보내는데 집중합니다.

4계층, 전송 계층은 실제로 해당 데이터들이 정상적으로 잘 보내지도록 확인하는 역할을 합니다. 네트워크는 큰 데이터를 데이터 조각(패킷)을 만들어 보내보니 패킷이 유실 되거나 순서가 바뀌는 경우가 생길 수 있습니다. 전송 계층에서는 만약 패킷이 유실되면 재전송하고 순서가 바뀌면 바로잡는 역할을 합니다.

순서는 보내는 순서를 나타내는 시퀀스 번호(seq)와 받는 순서를 나타내는 ACK 번호(Acknowledgement Number)을 이용합니다. 4계층 프로토콜인 TCP에는 해당 정보들이 들어 있습니다.

그리고 포트번호를 사용하여 한 장치에 상위 애플리케이션을 구분합니다.

OSI 7 Layer

:5계층(세션 계층)

OSI 7 Layer - 세션 계층

양 끝단의 응용 프로세스가 연결되도록 도와 주고 유지되도록 관리합니다.

그리고 작업이 완료되면 연결을 종료합니다. 이러한 한 연결을 세션이라 칭하고 세션을 관리하는 것이 세션 계층의 역할입니다.

OSI 7 Layer

:6계층(표현 계층)

OSI 7 Layer - 표현 계층

표현 방식이 다른 애플케이션이나 시스템 간 통신을 돕기 위해 하나의 통일된 구문으로 변환하는 번역기 역할을 합니다. MIME 인코딩이나 암호화, 압축, 코드 변환과 같은 작업들이 이 계층에서 수행됩니다.

OSI 7 Layer

:7계층(애플리케이션 계층)

OSI 7 Layer - 애플리케이션 계층

네트워크 소프트웨어의 UI 부분이나 사용자 입/출력 부분을 정의합니다. 대표적인 프로토콜로는 HTTP, SMTP, FTP, TELNET 등이 있습니다.

계층별 프로토콜

인캐슐레이션과 디캡슐레이션

인캡슐레이션, 디캡슐레이션

데이터 송신측인 애플리케이션 계층, 상위 계층부터 시작하여 하위계층으로 물리 계층으로 보내지고 물리 계층은 데이터를 전기 신호로 만들어 네트워크를 통해 수신측으로 보냅니다.

수신측은 물리 계층, 하위 계층으로 들어온 전기신호를 상위 계층으로 보내어 데이터가 형태가 변환되며 애플리케이션 계층까지 전달됩니다.

데이터를 보내는 과정을 인캡슐레이션, 받는 과정을 디캡슐레이션이라 합니다.

인캡슐레이션, 디캡슐레이션

인캡슐레이션 과정에서 상위 계층에서 하위 계층으로 내려오면서 계층별로 목적지 정보 등 필요한 정보들을 패킷에 넣게 됩니다. 각 계층별로 헤더가 존재하고 헤더에 정보를 넣습니다.

인캡슐레이션, 디캡슐레이션

받는 쪽에서는 헤더를 하나씩 꺼내어 열어 정보를 확인하고 상위 계층으로 올려 보냅니다. 그리고 필요 없어진 헤더를 버려지게 됩니다. 물리계층에서 전기 신호를 보내면 2계층은 목적지를 확인하고 자신에게 온 것이 맞다면 3계층으로 올려 보내고 아니면 폐기하게 됩니다.

각 계층의 프로토콜별로 구조와 필요한 정보가 복잡하게 이루어져 있지만 크게 두 가지 규칙을 가지고 있습니다.

1. 현재 계층에서 정의하는 정보

2. 상위 프로토콜 지시자

네트워크 구성요소

네트워크 구성요소

:NIC

네트워크 구성요소 - NIC

NIC는 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card)를 지칭하는 말입니다. LAN 카드라고 불리며, 2계층에서 사용되는 장비로 컴퓨터를 네트워크에 연결하는 하드웨어 장치입니다. NIC가 MAC주소를 가지고 있습니다.

전기적 신호를 데이터 신호 형태로 바꾸거나 데이터 신호를 전기 신호로 바꾸는 상호 변환 작업과 MAC주소와 패킷의 목적지가 일치 여부를 검사하는 역할을 하니다.

네트워크 구성요소

:허브

네트워크 구성요소 - 허브

허브는 1계층 장비입니다. 거리가 멀어질수록 전기 신호가 줄어드는데 전기 신호를 재생성하고 이름처럼 여러 대의 장비를 연결하는 목적이 있습니다. 2, 3계층과 같이 주소를 가지지 않고 있기에 모든 포트로 신호를 보내고 모든 단말은 경쟁을 하게 되어 성능이 줄고 여러 문제가 발생하여 현재는 거의 사용하지 않습니다.

네트워크 구성요소

:스위치

네트워크 구성요소 - 스위치

스위치는 2계층 장비로 허브와 동일하게 여러 장비를 연결한다. 허브와 다른 점은 스위치는 MAC주소를 이해할 수 있어 목적지로 연결된 포트로만 데이터를 보낸다.

네트워크 구성요소

:라우터

네트워크 구성요소 - 라우터

네트워크의 크기가 커지고 먼 지역과 통신해야 하는 요구사항이 늘어나며 라우터가 생겼습니다. 라우터는 3 계층에서 동작하며 IP주소 를 확인하여 최적의 경로로 패킷을 포워딩합니다. 일반 사용자는 이 장비를 접하기가 어렵지만 공유기가 이 기능을 대체합니다.

네트워크 구성요소

:로드 밸런서

네트워크 구성요소 - 로드 밸런서

로드 밸런스는 4계층 장비로 포트 주소를 확인하고 목적지 IP주소를 변경할 수 있습니다. L4 스위치라 불리는 장비도 로드밸런서에 속합니다.

웹 서버가 여러대일 경우, 대표 IP는 로드 밸런서가 갖고 각 웹 서버에 패킷의 목적지를 변경하여 보내 줍니다. 이런 원리로 웹 서버를 자유롭게 증설할 수 있게 됩니다. 이 기능 외에도 서비스 헬스체크, 대용량 세션 처리등의 기능이 있습니다.

애플리케이션 계층의 프로토콜을 이해하고 동작하는 로드 밸런서도 있는데  이는 ADK(Application Delivery Controller)라고 합니다.

네트워크 구성요소

:공유기

네트워크 구성요소 - 공유기

공유기는 2계층 스위치, 3계층 라우터, 4계층 NAT와 방화벽기능을 모아 놓은 장비입니다.

주소 체계

주소 체계

:MAC 주소

주소 체계 - MAC주소

MAC 주소는 NIC에 할당된 고유 식별자 입니다. 네트워크에 접속하는 모든 장비는 MAC가지고 있어야 통신할 수 있습니다.

MAC주소는 보통 장비 제조업체에서 장비에 고정하여 출하하는데 각 제조업체들은 일정 범위의 주소풀을 가지고 있고 주솔풀을 나타내는 코드를 제조사 코드(Vender Code)라고 합니다.

MAC는 48비트의 16진수 12로 표현됩니다.

주소 체계 - MAC주소

- OUI: IEEE가 제조사에 할당한 코드

- UAA: 제조사가 장비에 할당한 코드

주소 체계 - MAC주소

제조업체 확인하기

https://aruljohn.com/

주소 체계

:IP 주소

주소 체계 - IP 주소

주소 체계를 가진 계층은 2계층과 3계층입니다. 3계층의 주소 체계는 논리적인 주소인 IP주 소입니다.

IP주소는 두 가지 특징이 있습니다.

1. 사용자가 변경 가능

2. 주소는 그룹을 의미하는 네트워크 주소와 호스트 주소로 나뉩니다.

주소 체계 - IP 주소

MAC주소는 OUI와 UAA로 구분되었습니다. IP는 이와 비슷하게 네트워크 주소와 호스트 주소로 나뉩니다.

네트워크 주소: 호스트들은 모은 네트워크를 가리키는 주소 네트워크 주소가 동일한 네트워크를 로컬 네트워크라 함

호스트 주소: 하나의 네트워크 내에 호스트를 구분하는 주소

IP Class와 서브넷 마스크

IP Class

IP주소는 구분자가 고정되어 있는 MAC주소와는 다르게 구분자를 이동 시킬 수 있습니다.

네트워크 주소와 호스트 주소를 나누는 구분자의 위치에 따라 사용 가능한 네트워크 주소와 호스트주소의 범위가 달라지게 되고 따라서 MAC 주소와 달리 조직의 크기에 따라 풀의 크기를 다르게 줄 수 있어 낭비를 줄일 수 있습니다.

IP Class

Class는 옥탯의 갯수를 기준으로 나뉘게 됩니다.

A 클래스는 1개의 옥탯을 네트워크 주소로 사용하고 3개의 옥탯을 호스트 주소로 사용하기 때문에 할당할 수 있는 호스트의 주소가 2 ^ 24 = 16,777,216개의 호스트 주소를 가질 수 있습니다.

IP Class

A클래스는 첫 옥탯이 0 0000000~0 1111111인 주소가 됩니다.

A클래스에서 사용할 수 있는 주소는 0.0.0.0~127.255.255.255가 됩니다.

IP Class - 클래스풀과 클래스리스

클래스 개념이 도입되며 조직의 크기별로 IP 범위가 할당되게 되어 고정 구분자일 때 보다는 효율성이 높아졌지만 풀이 큰 조직에서 여전히 IP가 낭비되는 경우들이 있습니다.

그래서 해결책으로 이 클래스 더 쪼개는 개념이 나오게 된다. 옥탯 단위가 아닌 비트 단위로 네트워크 구분자를 만드는 것이다. 이것을 클래스리스라고 한다.

그리고 비트 단위로 클래스보다 작게 쪼개진 네트워크를 서브넷이라 하며, 클래스풀처럼 앞에 숫자만 보고 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분할 수 없기 때문에 서브넷 마스크 라는 것을 사용한다.

IP Class - 서브넷 마스크

네트워크 주소와 호스트 주소를 구분하기 위해 사용되는 것으로 1과 0을 연속적으로 표기하여 네트워크 주소의 범위를 나타낸다. 따라서 1과 0이 섞이면서 표기될 수 없고 연속적이어야 한다.

A Class 기본 서브넷: 11111111.00000000.00000000.00000000

                                    255.0.0.0

B Class 기본 서브넷: 11111111.11111111.00000000.00000000

                                    255.255.0.0

C Class 기본 서브넷: 11111111.11111111.11111111.00000000

                                    255.255.255.0

IP Class - 서브넷 마스크

IP Class - Classless Inter-Domain Routing

서브넷 마스크처럼 길게 표기하지 않고 간결하게 IP 뒤에 1의 갯수를 표기하는 방법이다.

IP Class - 공인IP와 사설IP

공인 IP: 전 세계에서 유일하게 할당되어 로컬 네트워크를 식별하는 식별자 역할을 하는 IP를 공인 IP라고 합니다. 공인 IP는 ISP(Internet service provider)에서 할당합니다.

사설 IP: ISP로 부터 IP를 할당 받지 않고 로컬 네트워크 내에서 네트워크 관리자 할당하는 IP를 사설 IP라고 합니다. 인터넷을 직접적으로 연결하는 것이 아닌 NAT장비를 이용해 공인 IP로 변환 후 인터넷 연결이 가능합니다.

IP Class - 공인IP와 사설IP

REFERENCE

-https://medium.com/networks-security/tricks-to-remember-five-classes-of-ipv4-484c191678fb

-https://www.geeksforgeeks.org/introduction-of-classful-ip-addressing/

Thank you!