6. OSI 참조 모델-물리 계층, 데이터 링크 계층

OSI 참조 모델

계층화: 통신 기술 도입 및 기능 확장을 쉽게 하려고 프로토콜을 계층적으로 나누는 것

OSI 모델: 통신 기능을 7계층으로 분류하고 계층마다 프로토콜을 규정한 규격

 

계층 7개는 서로 독립적이라 다른 계층에 영향을 주지 않는다

기능에 필요한 몇 계층만 표준화되면 정상 통신이 된다

 

TCP/IP모델: OSI 참조 모델의 7계층을 4계층으로 단순화한 것

 

네트워크 접속 계층(물리+데이터 링크 계층)/네트워크 계층/전송 계층/응용 계층(세션+표현+응용 계층)

 

TCP/IP모델은 네트워크끼리 데이터를 주고받음

TCP/IP모델에서 네트워크 접속 계층에서 하는 일은 LAN과 WAN을 연결하여 인터넷 구성하는 것(데이터링크+물리 계층=네트워크 접속 계층)

 

1. 물리계층

네트워크로 데이터를 주고받을 때 0과 1의 비트열을 전기 신호로 변환해야 함-물리 계층의 기술이 필요하다

1) 특징

두 시스템 간 데이터를 전송하기 위해 링크 활성화, 관리하는 전기/기계/절차/기능적 특성들. 허브, 라우터, 네트워크 카드, 케이블 등 전송매체를 비트로 전송

송신(0과 1의 비트열 데이터)->(전기신호)->수신(0과 1의 비트열 데이터)->수신 측 데이터 링크 계층

 

2) 물리 계층의 데이터 단위

1계층에서는 0과 1로 구성된 비트열의 데이터를 주고받는다고 했는데, 그거 단위가 프레임

수신 측은 받아서 전기신호에서 데이터 복원 후 수신 측 데이터 링크 계층에 전송

 

3) 물리 계층의 네트워크 접속 장치

-리피터: 신호 세기가 약해졌을 때 전기 신호를 복원하고 증폭, 허브도 그 역할도 한다

-허브: 리피터 허브라고도 하고 실제 통신 통로 포트가 여러 개다. 리피터는 1:1 허브는 1:다 가능

허브는 데이터를 받으면 받은 곳 제외 모든 곳으로 브로드캐스트한다. 이 특성 해결을 위해 스위치 등장

 

2. 데이터 링크 계층

LAN에서 네트워크 장비 간 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층. 일반적으로 이더넷을 쓴다

데이터 전송 과정에서 전송로 역할을 한다

사용하는 논리적 단위는 프레임+노드 주소(전송하려는 데이터에 인접하는 시스템)

 

1) 특징

OSI 7계층 중 2번째 계층으로, 네트워크 계층에서 받은 데이터 단위(패킷)을 프레임 단위로 구성하여 물리 계층으로 전송한다

 

2) 데이터 링크 계층의 데이터 단위

프레임: 트레일러+데이터+헤더에서 트레일러와 헤더를 떼고 네트워크 계층으로 보낸다

 

3) 기능

주소 지정: 가장 최근 데이터가 지나온 노드와 다음에 접근할 노드의 물리 주소

순서 제어: 데이터 순차 전송을 위한 프레임 번호 부여

흐름 제어: 한 번에 전송하는 데이터양을 조절

오류 처리: 오류 검출과 정정, 프레임 재전송 요구

동기화: 헤더-프레임 도착했다는 정보, 트레일러-프레임의 끝이라는 정보, 비트와 오류 제어

데이터 링크 설정: 송신 측 데이터 링크 계층은 헤더와 트레일러를 추가, 송신 측은 그 둘을 삭제하고 네트워크 계층으로 전달

 

4) 규칙

네트워크 접속 장치 간 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층이니까 규칙이 있다

대표적으로 이더넷을 쓴다

 

이더넷 헤더-송수신지 MAC주소+유형(이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜 종류)으로 구성

 

이더넷 규칙: 허브를 쓰는 LAN환경에서는 한 대에서 데이터 전송하면 나머지도 다 보는데, 그렇지 못하게 한다-해당 MAC주소가 아니면 패스하는 식으로

데이터가 동시에 케이블을 지나갈 때 충돌 발생하지 않도록 데이터 전송 시점을 늦춘다

늦추기 위해서 CSMA/CD방식 사용

*CS: 케이블에 데이터 신호가 흐르고 있는지 확인

*MA: 케이블에 신호가 흐르지 않다면 데이터 전송해도 된다 판단

*CD: 충돌이 발생하는지 확인

 

데이터 링크 계층에서 데이터에 추가하는 헤더+트레일러에서 헤더는 사실 이더넷 헤더다

 

LAN표준이 개발될 당시에 프로토콜이 서로 맞지 않아도 다른 회사끼리 사용 가능했는데, 2계층의 접근 제어(MAC)와 논리 링크 제어(LLC)를 나눠 정의했기 때문이다

*접근 제어MAC: 동일 채널을 공유하는 통신 방법 제어

*논리 링크 제어LLC: 데이터 전송을 위해 각 장비를 연결, 유지하는 역할

 

스위치

데이터 링크 계층의 네트워크 접속 장치, 스위칭 허브/레이어2 스위치라고도 한다

허브와 달리 데이터 충돌 없다(=충돌 도메인의 범위가 좁다)

데이터를 동시에 송수신할 수 있는 전이중 통신을 한다

 

1) MAC 주소 학습 기능

MAC주소 테이블이 있어서 포트가 연결된 컴퓨터의 MAC주소를 등록한다

전원을 켰을 때는 아무것도 없지만, 목적지 MAC주소가 포함된 프레임 데이터가 전송되면 MAC주소+포트가 테이블에 저장된다->MAC주소 학습 기능

 

데이터를 보내고 싶은데 수신지MAC주소가 자기 테이블에 없으면 전체 포트로 뿌린다-플러딩(Flooding)

 

 

연습 문제

 1) 캡슐화와 역캡슐화에 대해 설명하세요.

캡슐화: OSI 7계층에서 송신 측이 데이터를 보낼 때 7계층에서부터 1계층으로 가면서 데이터에 추가적으로 정보를 붙이는 작업

역캡슐화: 수신 측에서 추가 정보들이 붙은 데이터를 받아 하위 계층에서 상위 계층으로 올라가며 추가 정보를 떼어내는 작업

 

 2) 리피터와 허브에 대해 설명하세요.

리피터: 약해진 신호를 증폭시켜서 전기 신호를 복원하고 더 멀리까지 또렷한 신호를 보낼 수 있게 해주는 장치

허브: 데이터를 받아서 받은 곳 제외 모든 곳으로 브로드캐스팅 하는 장치, 이 특성 해결을 위해 스위치 등장

 

 3) 데이터 링크 계층의 규칙에 대해 설명하세요.

데이터 링크 계층에서 쓰는 이더넷 규칙: MAC주소 테이블에 연결된 장치들의 MAC주소를 저장해두고, 데이터를 보낼 때 해당 목적지로만 보낸다. 데이터가 동시에 케이블을 지나갈 때 충돌 발생하지 않도록 데이터 전송 시점을 늦춘다