OSI 7계층과 장비

OSI 7계층

 컴퓨터 안에는 수많은 서비스가 존재하며, 해당 서비스를 동작하기 위한 규칙적인 프로토콜이 존재한다. 그리고 두 컴퓨터가 통신하기 하기 위해서는 사용하는 프로토콜이 같아야 한다.

 프로토콜이란 네트워크를 형성하기 위한 통신 규약으로, 프로토콜에 따라 데이터를 변형시킨 뒤, 경로에 따라 데이터를 전송시킨다. 그럼 OSI 7계층이란 무엇이까?

프로토콜 모델

 

 OSI 7계층이란 국제 표준화 기구 ISO에서 지정한 컴퓨터에 대한 통신을 네트워크 통신을 7개의 계층 단계를 구성 모델로, 네트워크 내에서 문제가 발생할 경우 해당 모델을 바탕으로 문제의 위치를 파악한다.

• 7계층 : 응용계층
  1. 프로그램 생성하는 계층 
  2. 통신에 사용할 프로토콜 타입 결정
  3. PDU : 데이터
  4. 장비 : 컴퓨터
• 6계층 : 표현계층
  1. 확장자를 정의해서 프로그램이 실행하는 유형을 결정하는 계층
  2. 응용계층의 프로토콜 타입에 따른 구문 결정
  3. PDU : 데이터
• 5계층 : 세션계층
  1. 세션 설정을 통한 서비스의 동작(시작,중지, 재시작)를 결정하는 계층
  2. 데이터와 서비스를 교환하는 프로세스 간의 접속 관리
  3. PDU : 데이터
• 4계층 : 전송계층
  1. 통신 방식을 결정하는 계층
  2. 데이터 전달과 서비스 접속에 대한 방식 결정
  3. PDU : 세그먼트
  4. 서비스가 통신하기 위한 포트를 제어, 관리
  5. 사용 프로토콜
     • TCP
       1.  서로 확인하는 방식을 사용하는 연결 지향 방식
       2. 데이터가 유실없이 진행되며, 속도가 느림 
          
       3.  서버와 클라이언트 구조의 명령 전달 서비스 및 프로그램에서 사용
     • UDP
       1. 일방적인 방식을 사용하는 비 연결 지향
       2. 데이터가 유실이 되어도 그대로 전송하며,, 속도가 빠름
       3. 스트리밍, 실시간 동영상에서 사용
• 3계층 : 네트워크 계층
  1. 인터넷에서의 통신을 관리하는 계층
  2. 데이터 전달 경로 선택
  3. PDU : 패킷
  4. 장비 : 라우터
  5. 인터넷을 사용하기 위한 IP주소를 제어, 관리
  6. 사용 프로토콜
     • ICMP : 컴퓨터 간의 통신을 사람이 볼수 있는 메세지 형태로 출력하도록 돕는 프로토콜
       (요청 데이터 : type 8, 응답 데이터 : type 0)
     • IP : 논리주소를 부여하는 프로토콜 
     • ARP : IP주소를 MAC주소로 변환하는 프로토콜
     • RARP : MAC주소를 IP주소로 변환하는 프로토콜
• 2계층 : 데이터 링크 계층
  1. 통신 인터페이스를 연결, 관리하는 계층
  2. 데이터에 순차적인 번호를 부여 및 통신 오류 검사
  3. PDU : 프레임
  4. 장비 : 스위치
  5. 같은 네트워크상의 기기들을 관리하는 MAC주소 제어, 관리
• 1계층 : 물리게층
  1. 신호를 통신 및 전송하는 계층
  2. PDU : 비트
  3. 장비 : 케이블, 허브, 주피터

TCP/IP 4계층
OSI 7계층처럼 네트워크 통신을 4단계로 구성한 모델, 응용계층, 전송계층, 인터넷계층, 네트워크 접근계층으로 나눠져 있다.
TCP/IP 계층	기능	OSI 7계층
응용계층	프로그램을 생성하고 가공하는 계층	L7,L6,L5
전송계층	통신 방식을 결정하는 계층	L4
인터넷계층	인터넷에서의 통신을 관리하는 계층	L3
네트워크 접근계층	데이터를 전송할 통로를 연결하고 데이터를 전송하는 계층	L2,L1

 

계층별 장비 

1계층 : 허브, 주피터

 허브란 pc들의 통신을 확장시켜주는 장비이며, 주피터는 신호를 증폭시켜주는 장비이다. 주피터와 허브는  송신지와 수신지가 한번에 전송을 하면 충돌이 발생해 데이터 손실이 발생한다. 즉, colision domain(충돌영역)을 처리 할 수 없다. 그래서 주피터와 허브는 1차선통신(통신선에 1개의 데이터만 지나갈 수 있는 통신), 단방향통신(수신기기는 수신만 할 수 있으며, 송신기기는 송신만 할 수 있는 통신)을 한다.

 

1계층 : 케이블

 케이블이란 통신을 하기 위해 통신선으로, LAN케이블에는 STP케이블과 UTP케이블을 사용한다. STP 케이블은 쉴드로 감싸져 있는 케이블로, 저속에서는 사용했지만, 고속으로 사용될때는 쉴드로 인해 오류가 발생한다. 반면 UTP케이블은 쉴드를 사용하지 않는 케이블로, 고속에서 사용하기 유용하다.

 

 UTP케이블은 활용하는 기능마다 사용되는 선의 색깔이 다르다.

• Orange(O, WO)는 비음성 데이터 수신선
• Green(G, WG)은 비음성 데이터 송신선,
• Blue(B, WB)는 음성데이터 송수신선
• Brown(B, WB)은 동기용 (100mbps이상의 LAN(FastEthernet, Gigabit Ehernet)을 사용할 경우 사용)

이때, Green을 1,2번 라인으로 사용하는 핀을 568A, Orange를 1,2번 라인으로 사용하는 핀을 568B라고 한다.

568B	568A

UTP케이블은 Cross-Over케이블과 Straight 케이블이 존재하는데, Cross-Over케이블이란 종단 배열이 서로 다른 케이블로, 한쪽의 배열을 568B가 되고 다른 한쪽의 배열을 568A이다. 반면 Straight 케이블은 종단 배열이 서로 같은 케이블로, 양쪽의 배열이 568B이거나 568A이다.

 그럼 UTP케이블은 Cross-Over케이블과 Straight 케이블으로 구분되어 있는 것일까? 그것은 기기마다 사용하는 식별자가 다르기 때문이다. 라우터 같은 경우에는 IP주소를 통해 통신을 한다면, 스위치 같은 경우에는 MAC주소를 통해 통신을 한다. 그래서 같은 식별자로 통신하는 경우에는 Straight 케이블을 사용하며, 다른 식별자로 통신하는 경우에는 Cross-Over케이블을 사용한다.

straight 케이블

Cross-Over케이블

 

2계층 : 스위치

스위치

 스위치란 기기들을 여러 대 연결하여, 통신을 할 수 있게 하는 장치로, MAC주소를 통해 컴퓨터의 연결을 관리하고 저장한다. 이떄 MAC 주소란 LAN카드에 부여된 48bit의 물리적 주소로, 앞의 24bit는 제조회사를 표현하며, 뒤의 24bit는 고유번호를 표현한다. 

 

  스위치는 MAC주소를 사용하기에 MAC주소를 이용한 4가지의 기능이 존재한다.

• flooding(플루딩) : 최초로 설치된 스위치에 연결된 모든 포트의 MAC주소를 질문 (broadcast 형식)
• learning (러닝) : 스위치 포트에서 받은 mac주소를 테이블 저장
• filtering (필터링) : 배운 MAC주소상의 경로 외 다른 경로 차단
• forwarding (포워딩) : 배운 MAC주소대로 패킷을 전송

 즉, 스위치는 MAC주소를 통해 통신 우선순위 결정된다. 그리고 두 개 이상의 데이터가 만날경우, 통신 우선순위에 따라 데이터를 순차적으로 전송한다. 이는 1계층 장비과 달리 데이터간의 충돌이 발생하지 않는다는 것을 의미하며, conlision domain(충돌 범위)을 처리한다고 할 수 있다.

 

 스위치는 MAC주소의 우선순위를 통한 다차선통신(하나의 통신선에 2개의 데이터가 지나가는 통신 = 이중 통신)이 기본 설정이며, 반이중통신(하나의 통신선에 1개의 데이터가 지나가지만 1개의 데이터가 지나가면 다른 데이터가 지나가는 통신)으로 조정할 수있다.

• duplex full : 다차선 통신 방식 사용
• duplex half : 반이중 통신 방식 사용

 

3계층 : 라우터

라우터

 라우터란 서로다른 네트워크 대역을 연결해주는 장비로, 라우팅을 통해 서로다른 네트워크를 연결한다. 그래서 여러 개의 네트워크 대역의 IP주소를 하나의 라우터에 설정할 수 있다.

 다른 네트워크로 데이터를 전송하기 위해서는 게이트웨이는 반드시 필요하다. 그래서 라우터의 IP주소는 다른 네트워크로 가기 위한 게이트웨이 역할을 하게 되며, 라우터에는 여러 네트워크의 IP주소를 가질 수 있다. 하지만 네트워크 대역 1개당 해당 네트워크 주소의 호스트 IP 주소 1개를 소지하게 된다. 즉, 게이트웨이 IP주소는 같은 네트워크의 라우터IP주소다

 

스위치,라우터 설정/관리

• 라우터에서 사용하는 기본 명령어
  1. interface [포트 인터페이스] : 해당 인터페이스에 접근하는 명령어
  2. ip address [ ip 주소] [subnetmask] : 해당 인터페이스에 IP주소와 subnetmask를 부여하는 명령어
  3. ping [ip 주소] : 상대쪽 라우터/컴퓨터와의 통신확인 명령어
  4. show ip interface brief : 인터페이스가 소지하고 있는 IP 주소와 인터페이스 상태를 확인하는 명령어
     • Status : 해당 인터페이스 활성화 상태 (up : 활성화, down : 비활성화)
     • Protocol : 해당 인터페이스에서 사용하는 라인 프로토콜 활성화 상태 (up : 활성화, down : 비활성화)
       (맞지않는 케이블을 사용할 경우 비활성화됨 → 연결이 불가)

Router(config-if)#do sh ip int bri
Interface              IP-Address      OK? Method Status                Protocol
 
FastEthernet0/0        192.168.10.254  YES manual up                    up
 
FastEthernet0/1        192.168.20.254  YES manual up                    up