3-2. OSI 참조모델과 인터넷 프로토콜 구조 : 인터넷 프로토콜 구조

인터넷 프로토콜 구조

OSI 7계층구조와 개념적으로 유사하나 실질적인 면에서 차이가 있음

 

 

배경

- 인터넷은 원래 미 국방성(DOD : Department Of Defense)에서 연구원들과 관련 업체들 간의 정보 공유를 목적으로1966년에 ARPANET이라는 이름으로 탄생

- ARPANET 운영자들이 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)라는 새로운 통신 프로토콜 개발

- 이를 계기로 컴퓨터 상호 간의 데이터 전달을 위한 통신구조를 만들었으며 현재까지도 인터넷에서 사용하는 통신구조

인터넷 통신구조를 통해 그동안 프로토콜 문제로 인해 이 기종 간에 연결이 불가능했던 업체나 기관들도 통신이 가능

- TCP/IP는 인터넷과 연결된 컴퓨터들의 공용어

 

인터넷 프로토콜 구조

- 인터넷 프로토콜 구조는 앞 절에서 설명한 ISO OSI참조모델을 따르지 않고 5계층으로 구성

- OSI참조모델은 7개의 너무 많은 계층으로 이루어져 있어서 다소 무리

- 인터넷과 연결된 모든 컴퓨터는 TCP/IP통신방식 준수

 

 

- 응용/트랜스포트/인터넷/네트워크인터페이스/물리 계층으로 5계층

 

 

네트워크 인터페이스 계층(네트워크 액세스 또는 데이터 링크 계층 Layer2)

• 프레임을 네트워크 전송매체로 전달하는 것과 네트워크 전송매체에서 프레임을 받아들이는 과정을 담당
• TCP/IP는 네트워크 접근 방법, 프레임 포멧, 매체에 대해 독립적으로 동작하도록 설계
• TCP/IP는 서로 다른 네트워크 형태를 연결하는데 사용가능
  • 네트워크 형태로는 이더넷(현재 사용), 토큰버스, 토큰링과 같은 LAN기술
  • X.25, 프레임릴레이와 같은 WAN기술을 포함
    • LAN(Local Area Network) : 건물 안, 특정 지역을 범위로 하는 네트워크로 범위가 좁아 신호가 약해지거나 오류 발생 확률 낮음
    • WAN(Wide Area Network) : 지리적으로 넓은 범위에 구축된 네트워크로 ISP(인터넷서비스제공자,KT등)가 제공하는 서비스를 사용하여 구축된 네트워크
• 네트워크 인터페이스 계층은 OSI 모델에서 데이터 링크 계층에 해당하며 이와 관련된 하드웨어가 물리적 계층에 해당

 

인터넷 계층(Layer 3)

• OSI 모델의 네트워크 계층에 해당하며 어드레싱(addressing, IP주소), 패키징(packaging, 패킷을 만드는 과정), 라우팅(routing, 패킷을 목적지까지 전송해주는 기능) 기능을 제공
• 핵심 프로토콜은 IP, ARP, ICMP, IGMP 등을 포함
  • IP(Internet P) : IP주소 패킷의 라우팅을 책임지는 프로토콜
  • ARP(Address Resolution P) : 인터넷 계층의 IP주소를 네트워크 인터페이스 계층의 주소(MAC 주소 또는 물리적 하드웨어 주소)로 변환
  • ICMP(Internet Control Message P) : IP패킷의 전달에 따른 오류나 상태를 리포트하고 진단하는 기능
  • IGMP(Internet Group Management P) : IP 멀티캐스트(multicast) 그룹의 관리

 

트랜스포트 계층(Layer 4)

• 두 호스트 간에 단대단(end-to-end) 통신을 제공
• 핵심 프로토콜은 TCP와 UDP
• TCP(Transmission Control Protocol)
  • 1대1 연결 지향, 신뢰성 이는 통신 서비스 제공
  • TCP연결 설정과 보낸 패킷의 확인, 순서화, 전달 중 손상된 패킷을 복구하는 기능 제공
• UDP(User Datagram Protocol)
  • 1대1, 1대다의 비연결 지향, 신뢰할 수 없는 통신 서비스를 제공
  • 주로 전달해야할 데이터의 크기가 작거나 TCP연결 확립에 의한 부하를 피하려고 할 때, 혹은 상위 프로토콜이 신뢰할 수 있는 전달을 책임지는 경우에 사용
  • UDP사용하는 대표적인 예 : DNS(Domain Name Service), 전달해야할 크기가 상대적으로 작기 때문에 빠른 응답을 얻기 위해서 하위계층으로 UDP사용 

 

응용 계층(Layer 5)

• 사용자와 가장 밀접한 관계를 가지고 있는 계층
• 여러 가지 응용 계층 프로토콜이 존재하며 지속적으로 새로운 프로토콜이 개발되고 있음
  • 가장 많이 알려진 응용계층 프로토콜
    • HTTP(Hyper Text Transfer Protocol) : www의 web페이지 파일을 전송하는데 사용
    • FTP(File Transfer Protocol) : 상호파일전송을 위해 사용
    • SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) : 메일 메시지와 그에 추가된 첨부파일을 전송하기 위해 사용
  •  TCP/IP 네트워크 관리,지원하는 응용계층 프로토콜
    • DNS(Domain Name System) : 호스트 이름을 IP주소로 변환하기 위해 사용 www.naver.com (host 이름 -> dns -> ip주소)
    • RIP(Routing Information Protocol) : IP네트워크 상에서 라우팅 정보를 교환하기 위해 라우터가 사용하는 프로토콜
    • SNMP(Simple Network Management Protocol) : 네트워크 관리 콘솔과 네트워크 장비(라우터, 브리지, 지능형 허브)간에 네트워크 관리 정보를 수집, 교환하기 위해 사용

 

 

인터넷 프로토콜 구현환경

• 시스템 공간(계층 1~4) : 운영 체제에서 동작
• 사용자 공간(계층 5) : 사용자 프로그램으로 동작

 

 

프로토콜 캡슐화 (Encapsulation)

- 인터넷 프로토콜도 OSI참조모델의 캡슐화 개념을 동일하게 사용

- 인터넷 환경에서 호스트, 스위치, 라우터의 캡슐화

    - 스위치는 계층 1, 2의 기능 구현

    - 라우터는 계층 3까지 기능 구현

 

- 송신측

• 응용계층의 메시지(Message)는 트랜스포트 계층으로 전달되고, 트랜스포트 계층은 전달 받은 데이터 앞에 자신의 헤더를 추가한 후 세그먼트(Segment)를 만들어 네트워크 계층으로 전달
• 네트워크 계층은 전달 받은 데이터 앞에 자신의 헤더를 추가한 후 데이터그램(Datagram)을 만들어 링크계층으로 전달
• 링크 계층은 전달 받은 데이터에 자신의 헤더를 추가하여 프레임을 만든다
• 마지막으로 프레임은 물리계층에 해당하는 전송매체를 통해 실제로 전송

- 수신측

• 물리 계층에서 데이터를 수신하여 상위 계층으로 전달하는 과정을 반복
• 각 계층은 자신의 데이터 단위가 도착하게 되면 프로토콜 동작이 수행

- 상위 계층 (예:N+1 계층)은 하위 계층 (예:N)의 서비스 사용자(Service User)

- 하위 계층은 상위 계층의 서비스 제공자(Service Provider)