Network Layers


Layers

이 글은 Computer Networking의 계층모델별 특징을 설명합니다.
유튜브 채털 "Networking Class"의 "Computer Network 계층모델별 특징"를 정리한 것입니다.

1. Application layer   [동영상] (7분)

  • Application에서 Data가 생성/처리되는 계층
  • Application 별로 사용하는 Protocol이 정의되어, 하위 Transport layer와 Socket으로 연결됨.
  • 예: HTTP service, File Transfer service, E-Mail service, 등.
  • DNS(Domain name to IP Address), DHCP, SNMP

2. Transport layer(TCP/UDP)   [동영상] (8분)

  • Application에서 받은 Data를 쪼갠 다음, 쪼개진 Data 각각에 TCP/UDP 헤더를 추가하여 Segment를 만든다.
  • TCP 특징: Connection Oriented(3 Way-Handshaking), Reliable, Flow Control, Throughput 결정 요소

3. Network layer(IP)   [동영상] (8분)

  • 상위 Transport layer에서 받은 Segment에 IP 헤더를 붙여 Packet을 만드는 단계.
  • End to End Device의 식별(Addressing), Routing (내 주변의 어디로 보내야 할지를 결정)

3-1. IP Address 기본   [동영상] (9분)

  • IPv4: 32bit(2^32) 주소. 약 43억개.
    1980년대에 만들어진 IPv4 프로토콜은 32비트 IP 주소를 사용하고 있으며, 약 43억 개의 고유 IP 주소가 존재합니다.
    2022년 12월 기준으로 약 37억개(85.8%)가 할당, 특수용도 6억개(13.7%), 미할당 2천만개(0.5%).
    출처: [한국인터넷정보센터]
    IPv4 [한국인터넷정보센터]
  • IPv6: 128bit(2^128) 주소. 3.4 * 10^38개. 2^64가 1천8백경이고 20자리이다.
    1990년대 중반부터 IETF IPNG WG(IP Next Generation Working Group)을 통해서 IPv6의 표준개발을 시작했다. 처음에는 IP Next Generation(IPng)라고 불렀다.
    IPv6 [한국인터넷정보센터]
  • IP bit and Subnet Mask -> Network ID
    표기: IP/Subnet Mask -> 192.168.60.10/24
  • NAT(Network Address Translation)라는 기술이다. NAT의 원래의 제작 의도는 주소 고갈을 늦춰 보자는 데 있었다. 하나의 공인 IP 주소로 수십대의 노드를 사설 IP 주소를 사용하여, 활용할 수 있도록 해 주는 기술이다.
  • 사설(Private) IP 범위
    • Class A: 10.0.0.0 to 10.255.255.255
    • Class B: 172.16.0.0 to 172.31.255.255
    • Class C: 192.168.0.0 to 192.168.255.255
  • 127.0.0.0 ~ 127.255.255.255는 루프백 및 진단용으로 사용.
IP Address Classes
ClassAddress RangeSubnet maskingExample IPLeading bitsMax number of networks
Class A1 to 126255.0.0.01.1.1.18128
Class B128 to 191255.255.0.0128.1.1.11616384
Class C192 to 223255.255.255.0192.1.1.1242097157
Class D224 to 239Reserve for multi-tasking
Class E240 to 254Reserve for research and Development Purpose

3-2. Routing 개념  [동영상] (10분)

  • Destination IP를 보고 해당 Packet을 어디(어떤 인터페이스)로 내보낼지를 결정하는 과정
  • Routing Table을 만들어 이용, 선택 과정.
  • [Window]c:\> netstat -r or [Linux]$ netstat -r
다른 Network간에 Load Balancing Network Load Balancer (AWS) Router가 Load Balancer 기능이 있는가?

4-1. Datalink Layer (Ethernet), Physical vs Logical   [동영상] (7분)

  • 상위 IP layer에서 넘어온 정보에 Ethernet 헤더를 붙여 Frame을 만드는 과정 진행
  • Ethernet Protocol : Source, Destination MAC Address, ARP 과정, LAN -> WAN
  • 실제 통신 과정상에서 Device를 통과하면서 지속적으로 바뀜
IEEE 802.3 이더넷 프레임
구분Octets(Bytes)Description
Preamble(서문) 7서문은 실제로 물리계층에서 추가(프레임의 일부가 아님)
SFD 1Start Frame Delimiter: 프레임의 시작을 알림.
10101011 마지막 두 비트가 11이면, 다음 필드는 목적지 주소
Destination Address 6Destination MAC Address
Source Address 6Source MAC Address
Length/Type 21518보다 작으면 길이 필드, 1536보다 크면, 인터넷 서비스를 이용하는 상위 계층 프로토콜 정의
Data 46 to 150046 미만이면 채운다(padding).
CRC 4 FCS(Frame Check Sequence), 오류 검출 정보, CRC-32

4-2. ARP(Address Resolution Protocol)   [동영상] (12분)

  • Ethernet 헤더상의 목적지 MAC address를 완성하기 위해 사용
    (내가 만들어 보낸 Frame을 누가 받아야 하는지를 결정)
  • ARP Table 생성(Request/Reply)/관리(timer), GARP

5. Physical layer   [동영상] (6분)

  • Frame을 전기적인 신호로 전달하는 기능
  • 매체(media)에 따라 구성요소, 가능 B/W, 제약사항 등에 대해 숙지 필요
    • Copper(동축) Cable: UTP, NICs
    • Fiber Optic(광) Cable: Single-mode(장거리) Fiber, Multimode Fiber, NICs, Lasers and LEDs
    • Wireless Media: Access Points, NICs

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