[CS 스터디] 5주차 OSI 1 ~ 3 계층

OSI 1 ~ 3 계층

OSI는 Open System Interconnection Reference Model 의 약자로, 국제 표준화 기구인 ISO에서 개발한 네트워크 모델이다.

7계층으로 이루어져 있으며, 아래와 같이 각 계층은 분리되어 있다.

7계층: 응용 계층

6계층: 표현 계층

5계층: 세션 계층

4계층: 전송 계층

3계층: 네트워크 계층

2계층: 데이터 링크 계층

1계층: 물리 계층

이 중 오늘은 1계층부터 3계층을 알아보려고 한다.

1계층: 물리 계층 (Physical Layer)

1계층은 OSI 7계층 중 가장 아래에 있는 계층으로, 물리적 매체를 통해 데이터를 전기적, 광학적으로 전송하는 것을 담당한다.

허브

허브는 근거리의 장비들을 연결하는 물리계층에 속하는 중계 장비이다.

전기 신호를 증폭하는 기능을 가지고 있으며, 특정 장치가 아닌, 연결된 모든 장치에 신호를 보내는 방식으로 동작한다.

이로 인해 과도한 트래픽이 발생할 수 있는 단점이 존재한다.

케이블

물리 계층에서 장치 간 연결을 위해서는 UTP, STP 등 다양한 방식의 케이블을 사용한다.

이 중 우리가 자주 사용하는 UTP는 Unshield Twisted Pair의 약자로, 이름 그대로 실드가 없는 케이블이다.

실드가 없기 때문에 간섭에 취약하다는 특징이 있다.

STP는 Shield Twisted Pair로, 2가닥씩 꼬은 선을 실드로 감싼 구조의 케이블이다. 노이즈의 영향은 거의 없지만 비싸다는 단점이 있다.

2계층: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

데이터 링크 계층은 같은 네트워크 상에 존재하는 장비 간의 데이터 전달을 담당한다.

추가로 누가 누구에게 보내는지 확인하는 흐름 제어 및 데이터에 오류가 있는지 확인하는 오류 제어를 담당한다.

MAC 주소

MAC 주소는 NIC에 부여되는 48비트 크기의 고유 식별자이다.

00:11:22:33:44:55 형태로 부여되며, 앞의 24비트는 제조사 고유 번호, 뒤는 제조사에서 부여한 고유 일련 번호이다.

2계층에서는 이를 통해 출발지/목적지의 MA 주소를 지정하여 송수신하고, 충돌 감지 및 회피 알고리즘을 통해 매체 접근 시점을 제어한다.

스위치

스위치는 MAC 주소 기반으로 패킷을 목적지로 전달하는 장비이다.

1계층의 허브와 달리, 데이터 충돌이 발생하지 않는다는 특징이 있다.

ARP

ARP는 IP를 이용하여 통신이 가능하도록 MAC 주소와 IP 주소를 연결하는 역할이다.

3계층 : 네트워크 계층 (Network Layer)

데이터 링크 계층이 같은 네트워크(정확히는 LAN) 상 장비간의 데이터 전달을 담당한다면, 네트워크 계층은 다른 네트워크(WAN) 상의 장비와의 데이터 전달을 담당하는 계층이다.

IPv4

IP 주소는 IPv4, IPv6 두 가지로 나누어진다. 먼저 IPv4에 대해 알아보자.

IPv4는 8비트씩 4개의 옥텟으로 이루어져 있으며, 총 32비트의 크기를 가진다.

IPv4는 A ~ E 총 5개의 클래스로 나누어진다.

https://한국인터넷정보센터.한국/jsp/resources/ipv4Info.jsp

IPv6

모바일 기기, CCTV 등 장치가 증가함에 따라, IPv4 자원 고갈이 심각해졌다.

이에 따라, IPv4의 고갈 문제를 해결하기 위해 만들어진 새로운 IP 체계각 IPv6이다.

IPv4와 다르게, 총 128비트로 구성되어 있으며, 16비트씩 8부분으로 나누어져 구성되어 있다.

https://한국인터넷정보센터.한국/jsp/resources/ipv6Info.jsp

CIDR

CIDR은 IPv4 주소 공간의 낭비를 줄이고, 효율적이고 유연하게 관리하기 위해 사용되는 방식이다.

0.0.0.0/24 와 깉은 표기법에서, 뒤에 있는 /24 부분이 해당한다.

그럼 이 /24가 무슨 의미인지 알아보자.

위에서 설명한 것과 같이, IPv4는 8비트의 옥텟 4개로 구성되어 있다.

/24는 이 4개의 옥텟 중, 3개의 옥텟 (24비트)가 변하지 않는다는 의미를 가진다.

예를 들어, 192.168.0.0/24 라고 하면, 192.168.0 까지 앞의 3 옥텟은 불변, 마지막 0 자리만 변한다는 의미를 가진다.

따라서, 192.168.0.0/24는 192.168.0.1 ~ 192.168.0.254 까지의 IPv4 주소를 뜻한다.

ICMP

ICMP는 네트워크 상태 문제를 진단하는데 사용되는 네트워크 계층 프로토콜이다.

오류 보고 및 네트워크 성능 평가가 주된 목적이며, ping이나 traceroute에 사용된다.

DHCP

DHCP는 IP 주소, DNS 정보 등을 자동으로 할당해주는 프로토콜이다.

우리가 일반적으로 사용하는 공유기에서 많이 볼 수 있으며, 새로운 장치가 연결되면, DHCP 서버에서 IP 주소를 비롯한 각종 정보를 할당해준다.

이를 통해 IP 주소 충돌 등 문제를 해결할 수 있으며, 효율적으로 관리할 수 있다는 장점이 있다.