[데이터통신] Protocol Layer와 TCP/IP 계층

 

 

Protocol Layer

 

우선 프로토콜이란 송신자와 수신자, 그리고 중간장치들이 효율적으로 의사소통하기 위해 따라야 하는 규칙을 말한다.

통신이 간단하다면 하나의 프로토콜만 있으면 되지만, 통신이 복잡하다면 각 층마다 프로토콜이 필요하다. 이를 프로토콜 계층화(Protocol Layer)라고 한다.

 

 

프로토콜 계층화를 사용하면 복잡한 작업을 여러 개의 더 작고 간단한 작업으로 나누는 것이 가능하다. 예를들어, 데이터를 주고 받는데 암호화/복호화 과정이 들어간다고 가정해보자. 만약 계층화를 사용하지 않는다면 암호화/복호화 방식이 맘에 들지 않아 교체해야 하는 경우 전체를 교체해야한다.

 

 

하지만 암호화/복호화만을 담당하는 계층을 만들어 해당 역할을 수행하도록 맡긴다면 훨씬 간단해질 것이다. 나머지 계층들은 전혀 상관쓸 필요가 없다. 이는 모듈성이 지켜진다고 할 수 있다.

 

 

따라서 모듈성은 독립적인 계층을 의미하며 각각의 모듈(계층)은 입력과 출력이 있는 블랙박스라고 정의한다. 밖에서 보기에는 어떤 일이 일어나는 지 알 필요가 없기 때문이다. 입력이 출력으로 변환되는 과정은 굳이 생각할 필요가 없다. 즉, 암호화/복호화의 역할을 하는 계층의 구체적인 알고리즘은 알 필요없이 그저 암호화와 복호화를 시켜준다는 사실만을 알면 된다.

 

 

 

 

 

 

Protocol Layer의 장/단점

 

 

• 장점
  • 서비스와 구현을 분리할 수 있다. 하위 계층으로부터 일련의 서비스를 받아서 상위계층의 서비스를 제공할 수 있어야 한다.
  • 각각의 계층이 어떻게 구현되었는지는 상관할 필요가 없다.
  • 중간 시스템(Switch, Router)도 일부 계층만을 사용하지 모든 계층을 사용할 필요가 없다. 따라서 비용을 절감할 수 있다.
• 단점
  • 단일 계층을 만드는 것이 더 쉽다고 주장하는 사람들도 있다.
  • 하지만, 이렇게 되면 유지 보수 시 전체를 교체해야 하므로 장기적으로 보면 좋지 못하다.

 

 

 

 

 

 

Logical Connection

 

각 계층 간의 논리적인 연결이 있다고 보는 관점을 Logical Connection이라고 한다. 즉, 각 계층에서 생성한 객체를 전송할 수 있는 논리적 통로가 있다는 것이다.

 

 

 

 

 

 

 

TCP/IP

 

 

TCP/IP는 오늘날 인터넷에서 사용되는 프로토콜이다. 이는 상호작용하는 모듈로 구성된 계층적인 프로토콜로 특정 기능을 제공한다.

 

 

 

 

• 물리 계층(Physical Layer)
  
  • 이 계층은 구조화되지 않은 원시 비트 스트림 데이터가 물리적 매체를 통해 전송되고 수신되는 방식을 제어한다.
• 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
  • 데이터그램을 가져와서 링크를 통해 이동한다.
  • 링크는 링크 계층 스위치가있는 유선 LAN, 무선 LAN, 유선 WAN 또는 무선 WAN일 수 있다.
  • 데이터 링크 계층은 데이터그램을 캡슐화하여 프레임이라고 하는 패킷을 넣는다.
  • 1계층인 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 수정하고 감시한다.
  • 물리적 통신 연결 
• 네트워크 계층(Network Layer)
  • 출발지 컴퓨터와 목적지 컴퓨터 간의 연결을 생성하는 책임이 있다.
  • 출발지에서 목적지까지의 경로에는 여러 라우터가 있을 수 있기 때문에 경로상의 라우터는 각 패킷에 대해 최적의 경로를 선택하는 책임이 있다.
  • 호스트 간 통신 및 가능한 경로를 통한 패킷 라우팅에 책임이 있다.
  • 논리적인 연결
• 전송 계층(Transport Layer)
  • 양쪽의 end to end 간의 데이터 전송을 담당하는 역할을 한다.
  • 프로세스 간의 통신을 담당
  • 신뢰성을 위한 통신
  • 오류 제어, 흐름 제어
  • 논리적인 연결
• 응용 계층(Application Layer)
  • 응용 계층에서의 통신은 두 개의 프로세스 간에 이루어진다.
  • 논리적 연결은 end-to-end이다.

 

 

 

캡슐화와 역 캡슐화

 

1. 요청 데이터가 만들어진다.
2. 응용 계층에서 전송 계층으로 데이터 전송한다.
3. 이때, 신뢰할 수 있는 통신이 이루어지도록 전송 계층에서 헤더를 붙인다.
4. 다른 네트워크와의 통신을 위해 네트워크 계층에서 헤더를 붙인다.
5. 물리적인 통신 채널을 연결하기 위해 데이터 링크 계층에서 헤더와 트레일러를 붙인다.
6. 데이터 링크 계층에서 만들어진 데이터를 최종적으로 전기신호로 변환한다.

 

 

위와 같은 과정을 거쳐 데이터를 추가하는 방식을 캡슐화(Encapsulation)라고 한다.

 

 

반대로 데이터 링크 계층으로부터 순서대로 상위 계층으로 헤더를 제거하며 전달하는 것을 역 캡슐화(Decapsulation)라고 한다.

 

 

TCP/IP 프로토콜은 몇 개의 프로토콜을 여러 계층에서 사용하기 때문에, 우리는 출발지에서 다중화하고 목적지에서 역 다중화한다고 할 수 있다.

• 이 경우의 다중화(Multiplexing)는 한 계층의 프로토콜이 상위 계층 프로토콜(하나씩)으로부터 받은 패킷을 캡슐화할 수 있음을 의미한다.
• 역 다중화(Demultiplexing)는 프로토콜이 패킷을 역캡슐화하여 상위 계층 프로토콜(하나씩)로 전달할 수 있음을 의미한다.

 

 

 

 

 

OSI 7계층

 

 

TCP/IP 계층에서 Session, Presentation 계층이 추가된 계층이다. 하지만 이미 TCP/IP 계층이 구축된 이유라 사용되지 않는다.