OSI 7계층구조

OSI 7 Layer?

오늘도 어김없이 하나도 모르는 용어가 나왔다.

좋은 영상이 있어 한번 공부해보려한다.

https://www.youtube.com/watch?v=1pfTxp25MA8

1. Physical Layer

• 0과 1의 나열을 아날로그 신호로 바꾸어 전선으로 흘려보내고, (encoding)
• 아날로그 신호가 들어오면 0과 1의 나열로 해석하여 (decoding)
• 물리적으로 연결된 두 대의 컴퓨터가 0과 1의 나열을 주고받을 수 있게 해주는 모듈 (module 함수)

인코딩과 디코딩

data = 01010101

// 인코딩 (Input : data, Output : signal)
Signal encode(data) -> 아날로그 신호 {
    ....
}

// 디코딩 (Input : signal, Output : data)
Data decode(아날로그신호) -> 원본 데이터 {
    ....
}

어디에 구현되어 있을까?

• PHY 칩
• 사실 1계층 모듈은 하드웨어적으로 구현되어 있다.

2. Data-Link Layer

배경지식 : 여러 대 컴퓨터 간의 통신

• 첫번째 상황 : 여러 대의 컴퓨터가 통신하고 싶을 때

예림이가 보내는 데이터를 상자가 메시지의 목적지를 확인해서 혜림이에게 전해줄 수 있다면 여러 대 간의 통신이 가능할 것이다.

→ 이런 기능을 하도록 만든 것을 스위치라고 한다.

스위치는 일종의 컴퓨터로서 이런 일을 수행한다.

• 두번째 상황 : 서로다른 네트워크에 있는 컴퓨터에 데이터를 보내고 싶을때

예림과 혜림의 컴퓨터는 전선으로 연결되지 않아 통신이 어렵다.

서로다른 스위치와 스위치를 연결해서 서로 다른 네트워크에 속한 컴퓨터끼리 통신하게 해주는 장비를 라우터 라고한다.

저 초록색 상자는 우리가 잘 알고있는 공유기에 해당된다.

• 세번째 상황 : 더 많은 네트워크들을 연결해보자.

이런식으로 전 세계의 컴퓨터들을 연결한 것을 인터넷 이라고 한다.

Data-Link Layer

여러 컴퓨터가 데이터를 보냈을때 어떻게 해야 제대로 끊어 읽을 수 있을까?

• 이를 위해 송신자는 데이터의 앞 뒤에 특정한 비트열을 붙인다.
  • 예를들어, 송신자가 데이터를 보낼때 앞에는 1111, 뒤에는 0000을 붙인다고 해보자.
  • 그러면 수신자는 0000 1111이 나오는 부분을 찾으면 된다. 그러면 데이터를 찾을 수 있다.

결국 Data-link Layer란?

• 같은 네트워크에 있는 여러 대의 컴퓨터들이 데이터를 주고받기 위해서 필요한 모듈
• Framing은 Data-link Layer에 속하는 작업들 중 하나다.

Data-link Layer 동작방식

어디에 구현되어 있을까?

• 랜카드
• 2계층도 하드웨어로 구현되어있다.

3. Network Layer

A는 B에게 데이터를 보내고 싶다.

A는 데이터 앞에 목적지 주소, 즉 B의 주소를 붙인다.

여기서 55.10.54.75와 같이, 각 컴퓨터들이 갖는 고유한 주소를 IP주소라고 한다.

A는 B의 IP주소를 어떻게 아는걸까?

B가 네이버에 있는 한 컴퓨터라고 해보자.

우리가 주소창에 www.naver.com을 입력하면 이 주소는 IP주소로 변환되어 사용된다.

따라서 우리는 naver의 주소를 알고있는 것과 마찬가지다.

결론적으로, 상대방의 IP주소를 알고있어야 메시지를 보낼 수 있다.

아무튼, 앞으로 55.10.54.75[data] 이것을 패킷이라고 부를 것이다.

가장 먼저 A가 라우터에게 패킷을 전달한다.

가는 패킷을 열어보고, 목적지 IP주소를 확인한다.

가는 본인이 연결된 컴퓨터 중에는 55.10.54.75인 컴퓨터가 없다는 것을 알아챈다.

가는 데이터를 다시 포장한 다음 자신과 연결되어 있는 유일한 라우터인 마에게 전달한다.

패킷을 받은 라우터 마 는 가 가 그랬던 것과 마찬가지로, 패킷을 까서 목적지 주소를 읽는다.

목적지가 B라는 것을 알게된 마 는 패킷이 B에 도착하려면 어느 전선으로 보내야하는 지 알아내야 한다.

마는 가 나 바 중 라우팅을 통해 바에게 패킷을 보낸다.

바 또한 마와 같은 방법으로 라에게 패킷을 보낸다.

라는 자신과 연결된 컴퓨터 중 55.10.54.75인 컴퓨터가 있다는 것을 안다.

그래서 B로 패킷을 전달한다.

이렇게 A에서 출발한 패킷이 B로 잘 전달되었다.

그래서 결국 Network Layer란?

• 수많은 네트워크들의 연결로 이루어지는 inter-network 속에서
• 어딘가에 잇는 목적지 컴퓨터로 데이터를 전송하기 위해,
• IP 주소를 이용해서 길을 찾고 (routing)
• 자신 다음의 라우터에게 데이터를 넘겨주는 것 (forwarding)

참고 : 패킷 만드는법

• 패킷은 객체로 이루어져 있다.
• 변수 중 하나에 데이터를 넣고,
• 또다른 주소에 목적지 주소를 넣는다.

Network Layer 기술은 어디에 구현되어 있을까?

• 운영체제의 커널에 소프트웨어적으로 구현되어 있다.

4. Transport Layer

앞에서 3계층 까지 진행하며, 이제 인터넷 상의 모든 컴퓨터가 서로 통신할 수 있게 되었다.

데이터를 받는 수신자는 전 세계의 컴퓨터로부터 데이터를 받을 것이다.

그런데 컴퓨터에는 여러 개의 프로그램들이 실행되고 있었다.

컴퓨터는 저 3개의 데이터를 프로세스들에게 나눠주려고 한다.

그런데 어떤 데이터를 무슨 프로세스에게 줘야할지 컴퓨터는 어떻게 알까?

먼저, 데이터를 받고자하는 프로세스들은 포트번호(Port Number)라는 것을 가져야 한다.

전송자는 데이터 받을 수신자 컴퓨터에 있는 프로세스의 포트번호를 붙여서 데이터를 보낸다.

네이버도 80포트 외에는 안된다.

)

포트번호에 맞춰 데이터들을 보내준다.

결국 Transport Layer란?

• Port 번호를 사용하여
• 도착지 컴퓨터의 최종 도착지인 프로세스에 까지
• 데이터가 도달하게 하는 모듈

Transport Layer 기술을 어디에 구현되어 있을까?

• 운영체제의 커널에 소프트웨어적으로 구현되어 있다.

5. Application Layer

TCP/IP 소켓 프로그래밍

• 운영체제의 Transport layer에서 제공하는 API를 활용해서
• 통신 가능한 프로그램을 만드는 것을
• TCP/IP 소켓 프로그래밍, 또는 네트워크 프로그래밍 이라고 한다.
• 소켓 프로그래밍 만으로도
• 클라이언트, 서버 프로그램을 따로따로 만들어서 동작시킬 수 있다.
• 뿐만 아니라, TCP/IP 소켓 프로그래밍을 통해서
• 누구나 자신만의 어플레케이션 Layer 인코더와 디코더를 만들 수 있다.
• 누구든 자신만의 Application Layer 프로토콜을 만들어서 사용할 수 있다.

Base64

인코딩

// String을 Data로 변경
let string = "hello world"
let strData = string.data(using: .utf8)!

// Base64 인코딩 ( Data -> Base64 encoded String )
let base64EncString = strData.base64EncodedString()

디코딩

// Base64 디코딩
let decodedData = Data(base64Endcoded: baseEncString)!
let base64DecString = String(data: decodedData, encoding: .utf8)!

TCP 3-way HandShake

• SYN에 포함된 발신자 연속 번호보다 SYN+ACK 받을 때 Ack 번호는 +1 되어 있어야 한다.
• SYN+ACK 이후 ACK를 보낼 때 연속 번호는 앞서 받은 SYN+ACK의 Ack 번호와 동일하고, Ack 번호는 SYN+ACK의 연속번호보다 +1 되어 있어야 한다.