[정보처리기사 실기] 6. OSI 7계층, TCP/IP, 라우팅 프로토콜 - 4과목 네트워크

정보처리기사 실기 6. OSI 7계층, TCP/IP, 라우팅 프로토콜 - 4과목 네트워크

지난 시간은 프로토콜(구의타)에 대해 공부하였습니다. 흐름제어, 오류 제어(ARQ), 오류수정(전진(상승,해밍), 후진(CRC,체크섬, 패리티))  등에 대해 배웠습니다.

 

이번 시간은 반드시 기억해야하는 파트입니다. 정처기 실기에서 꼭 한 문제는 출제되는 OSI,TCP/IP, 라우팅 프로토콜에 대해 다룹니다. RIP는 23년에도 출제되었던 전적이 있으며 23년에 라우팅 프로토콜이 두번 출제되었으므로 매번 물어보기 좋은 문제로 보여집니다.

목차

OSI 7 계층이란?

OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 네트워크 통신을 일곱 개의 계층으로 나누어 설명하는 개념적인 프레임워크입니다. 각 계층은 특정한 기능을 수행하고 상위 계층으로부터 서비스를 제공받고, 하위 계층으로부터 서비스를 제공합니다. 

계층	설명	활용 프로토콜	데이터 단위	관련 포트
응용 계층	최종 사용자가 직접 접하는 인터페이스를 제공합니다.	HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet, SSH	메시지(Message)	80(HTTP), 21(FTP), 25(SMTP), 110(POP3), 143(IMAP), 22(SSH), 23(Telnet)
표현 계층	데이터의 형식을 변환하고 암호화, 압축 및 해독합니다.	JPEG, GIF, MPEG, SSL, TLS	데이터(Data)	-
세션 계층	데이터 교환 및 통신 세션을 설정, 유지 및 해제합니다.	NetBIOS, RPC, SQL, NFS	데이터(Data)	-
전송 계층	송신자 및 수신자 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장합니다.	TCP, UDP	세그먼트(Segment)	TCP, UDP 각 TCP UDP 포트 유형은 다양함 0~51515 그 안에 위 프로토콜들이 위차함
네트워크 계층	다양한 네트워크 간에 데이터를 라우팅하고, 패킷을 전달합니다.	IP, ICMP, ARP, OSPF, BGP	패킷(Packet)	-
데이터 링크 계층	프레임(Frame) 단위로 데이터를 전송하고 오류를 감지 및 수정합니다.	Ethernet, PPP, HDLC, Frame Relay	프레임(Frame)	-
물리 계층	데이터를 전기적 신호로 변환하고 전송 매체를 통해 신호를 전송합니다.	Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth, DSL, Fiber	비트(Bit)	-

 

계층별 특징

1. 물리 계층 (Physical Layer)

• 설명: 물리 계층은 네트워크에서 데이터를 전기적 신호로 변환하고 전송 매체를 통해 이를 전송하는 역할을 합니다. 즉, 0과 1로 이루어진 데이터를 실제 전기적인 신호로 변환하여 전송합니다.
• 특징
  • 전송 매체에 따라 다양한 신호 전달 방식을 지원합니다.
  • 예를 들어, 전기 선, 광섬유 케이블, 무선 등 다양한 전송 매체를 사용할 수 있습니다.
  • 데이터를 전송하기 위해 사용되는 비트 단위의 정보를 처리합니다.
• 활용 프로토콜 예시: Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth, DSL, Fiber 등
• 관련 포트: 해당 없음
• 장비 : 통신 케이블, 랜카드, 리피터, 허브
• 통신 단위 : 0과 1

2. 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

• 설명: 데이터 링크 계층은 물리 계층에서 받은 데이터를 프레임(Frame)이라는 단위로 나누고, 오류 감지 및 수정, 흐름 제어 등의 기능을 수행하여 신뢰성 있는 전송을 보장합니다.
• 특징:
  • 데이터의 전송과 오류 제어를 담당하여 신뢰성 있는 통신을 제공합니다.
  • 링크의 노드 간 데이터 전송을 관리하고 물리적인 연결에 의해 발생할 수 있는 오류를 감지하고 수정합니다.
• 활용 프로토콜 예시: Ethernet, PPP, HDLC, Frame Relay 등
• 관련 포트: 해당 없음
• 오류 제어 : CRC
• 주소 지정 : MAC 주소
• 장비 : 스위치, 브리지

3. 네트워크 계층 (Network Layer)

• 설명: 네트워크 계층은 다양한 네트워크 간에 데이터를 라우팅하고, 패킷을 전달하기 위한 최적의 경로를 선택합니다.
• 특징:
  • IP 주소를 이용하여 패킷을 라우팅하고 목적지까지 전달합니다.
  • 라우터를 통해 네트워크 간의 통신을 관리하며, 최적의 경로를 선택하여 패킷을 전달합니다.
• 활용 프로토콜 예시: IP, ICMP, ARP, OSPF, BGP 등
• 관련 포트: 해당 없음
• 장비 : 라우터, L3 스위치

4. 전송 계층 (Transport Layer)

• 설명: 전송 계층은 송신자와 수신자 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하기 위해 흐름 제어, 오류 복구, 순서 보장 등의 기능을 수행합니다.
  • 양종단간 신뢰성 있는 데이터 전송을 책임집니다.
  • 축적 후 교환의 패킷, 메시지 중 패킷에서 가상회선과 관련이 있습니다.
• 특징:
  • TCP와 UDP 프로토콜을 통해 데이터의 전송을 담당하며, 신뢰성 있는 연결을 제공합니다.
  • 데이터를 분할하여 상위 계층으로 전달하고 재조립하여 하위 계층으로 전달합니다.
• 활용 프로토콜 예시: TCP, UDP 등
• 관련 포트: TCP(20, 21, 등), UDP(53, 161, 등)
• 오류제어 : TCP, UDP

5. 세션 계층 (Session Layer)

• 설명: 세션 계층은 데이터 교환 및 통신 세션을 설정, 유지 및 해제하는 역할을 합니다.
• 특징:
  • 세션의 시작, 종료, 동기화 및 관리를 담당하여 통신 세션을 설정하고 유지합니다.
  • 데이터의 전송을 위한 통신 세션을 설정하고 유지합니다.
• 활용 프로토콜 예시: NetBIOS, RPC, SQL, NFS 등
• 관련 포트: 해당 없음

6. 표현 계층 (Presentation Layer)

• 설명: 표현 계층은 데이터의 형식을 변환하고 암호화, 압축 및 해독하는 등의 기능을 수행하여 서로 다른 데이터 형식 간의 상호 운용성을 제공합니다.
• 특징:
  • 데이터를 응용 계층에서 사용할 수 있는 형식으로 변환하고 암호화, 압축하는 등의 작업을 수행합니다.
• 활용 프로토콜 예시: JPEG, GIF, MPEG, SSL, TLS 등
• 주요력할 : MIME 인코딩
• 관련 포트: 해당 없음

7. 응용 계층 (Application Layer)

• 설명: 응용 계층은 최종 사용자가 직접 접하는 인터페이스를 제공하며, 네트워크 서비스에 접근하는 데 사용됩니다.
• 특징:
  • 다양한 네트워크 서비스에 접근할 수 있는 인터페이스를 제공하며, 이메일, 웹 브라우징, 파일 전송 등의 서비스를 구현합니다.
• 활용 프로토콜 예시: HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet, SSH 등
• 관련 포트: HTTP(80), FTP(21), SMTP(25), POP3(110), IMAP(143), SSH(22), Telnet(23)

네트워크 장비

장비	OSI 계층	설명
서버	응용 계층	서버는 응용 계층에서 동작하며, 클라이언트의 요청에 응답하고 데이터 또는 서비스를 제공합니다. 사용자와 응용 프로그램 간의 통신을 지원합니다.
클라이언트	응용 계층	클라이언트도 응용 계층에서 동작하며, 서버에 요청을 보내고 응답을 받아 사용자에게 제공합니다.
게이트웨이	전송 계층	게이트웨이는 전송 계층에서 동작하며, 다른 네트워크와의 통신을 담당합니다. 데이터의 신뢰성 있는 전송과 에러 복구를 수행합니다.
패킷 필터	전송 계층	패킷 필터는 전송 계층에서 동작하며, 네트워크 트래픽을 모니터링하고 관리합니다. 보안을 강화하고 불필요한 트래픽을 차단할 수 있습니다.
라우터 ( L3 스위치)	네트워크 계층	라우터는 네트워크 계층에서 동작하며, 패킷을 목적지로 전달하는 역할을 합니다. 경로를 결정하고 패킷을 전송하는 데 필요한 작업을 수행합니다.
L3 스위치	네트워크 계층	L3 스위치는 네트워크 계층에서 동작하며, 라우팅 기능을 제공합니다. 패킷을 전달하고 네트워크 간의 통신을 관리합니다.
L2 스위치	데이터 링크 계층	L2 스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하며, 물리적인 네트워크와 상호작용합니다. MAC 주소를 사용하여 프레임을 전송하고 관리합니다.
브리지	데이터 링크 계층	브리지는 데이터 링크 계층에서 동작하며, 두 개의 네트워크 세그먼트를 연결하여 데이터를 전송합니다. 충돌 도메인을 분리하고 트래픽을 제어합니다.
허브	물리 계층	허브는 물리 계층에서 동작하며, 네트워크의 물리적인 부분을 다룹니다. 데이터를 전기 신호로 변환하고 다른 장비에 전달합니다.
리피터	물리 계층	리피터는 물리 계층에서 동작하며, 전기 신호를 증폭하여 네트워크의 신호 강도를 유지합니다. 데이터의 전송 거리를 연장합니다.
NIC (네트워크 인터페이스 카드) 랜카드	물리 계층	NIC는 컴퓨터의 네트워크 연결을 담당하는 장치로, 물리적인 네트워크와의 연결을 제공합니다. 데이터를 컴퓨터와 네트워크 간에 전송합니다.

벡본 네트워크란?

"백본"이란 용어는 네트워크에서 중요한 역할을 하는 핵심 부분을 가리키는 것으로 사용됩니다.

모든 패킷이 통과하는 기간망으로 알려진 대규모 통신망

 

1. 백본 네트워크 (Backbone Network)
   • 백본 네트워크는 여러 지역 또는 건물을 연결하는 핵심 네트워크 구조입니다. 대규모 데이터 전송을 지원하고 다양한 하위 네트워크 간의 통신을 조정합니다.
   • 주로 광섬유 케이블 또는 고속 전용선을 사용하여 서로 떨어진 네트워크 간의 연결을 제공합니다.
2. 백본 스위치 (Backbone Switch)
   • 백본 스위치는 백본 네트워크에서 데이터를 전송하는 데 사용되는 스위치입니다.
   • 높은 처리량과 대역폭을 갖추고 있어 다수의 네트워크 장비 간의 효율적인 데이터 전송을 지원합니다.
3. 스위치의 종류
   • 이더넷 스위치 (Ethernet Switch): 대부분의 현대 네트워크에서 사용되는 스위치로, 이더넷 기반 네트워크에서 패킷 전달을 처리합니다.
   • 광섬유 스위치 (Fiber Optic Switch): 광섬유 케이블을 통해 데이터를 전송하는 네트워크에서 사용되는 스위치로, 고속 백본 네트워크에 적합합니다.
   • 계층 3 스위치 (Layer 3 Switch): 라우터와 스위치의 기능을 결합한 장비로, IP 주소를 기반으로 패킷 전달을 처리하며 라우팅 기능을 수행합니다.
   • 모빌리티 스위치 (Mobility Switch): 무선 네트워크에서 이동 중인 장치의 연결을 관리하는 스위치로, 무선 랜과 유선 랜 간의 전환을 처리합니다.
   • L2 스위치 : MAC 주소 기반
   • L3 스위치 : IP 주소 기반
   • L4 스위치 : QoS 설정, 로드밸런싱
   • L7 스위치 : 응용 계층, 보안 장비

네트워크 포트별 암기

2024.02.16 - [정보처리기사] - [정보처리기사] 네트워크 포트 번호 암기하기 (FEAT. UDP, FTP)

[정보처리기사] 네트워크 포트 번호 암기하기 (FEAT. UDP, FTP)

TCP/IP의 개념

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)은 네트워크 통신에서 가장 널리 사용되는 프로토콜 스위트입니다. 이는 인터넷을 포함한 다양한 네트워크 환경에서 데이터 통신을 가능하게 합니다

TCP/IP와 OSI 7계층 비교표

OSI 7계층	TCP/IP 4계층	설명	프로토콜
7. 응용 계층	4. 응용 계층	사용자와 직접 상호작용하는 계층	TCP 내에서 사용 HTTP(80), FTP(20,21), SMTP(25),TELNET(23) UDP 내에서 사용 DNS(53), SNMP(161,162),DHCP(67)
6. 표현 계층		데이터의 형식 및 압축을 처리하는 계층	-
5. 세션 계층		통신 세션을 설정, 유지, 해제하는 계층	-
4. 전송 계층	3. 전송 계층	데이터의 신뢰성 있는 전달을 담당	TCP, UDP
3. 네트워크 계층	2. 인터넷 계층	패킷의 경로 설정 및 전달을 담당	IP, ICMP, ARP(ip->MAC),IGMP(멀티태스킹),RARP
2. 데이터 링크 계층	1. 네트워크 인터페이스 계층	물리적 네트워크와 직접 상호작용하는 계층	Ethernet, PPP
1. 물리 계층		신호의 전기적, 물리적 특성을 다루는 계층	RJ45, Fiber Optic Cable

계층별 특징

네트워크 액세스 계층

• 개념: 네트워크 액세스 계층은 데이터 링크 계층과 물리 계층을 포함하며, 네트워크 장치와 실제 물리적 네트워크 간의 통신을 관리합니다.
• 프로토콜: 이더넷(Ethernet), X.25, RS-232C

인터넷 계층

• 개념: 인터넷 계층은 네트워크 간의 데이터 전송 및 경로 설정을 담당합니다. IP 주소와 라우팅을 기반으로 데이터그램을 전달합니다.
• 프로토콜: IP(Internet Protocol), ICMP(Internet Control Message Protocol), IGMP(Internet Group Management Protocol), ARP(Address Resolution Protocol), RARP(Reverse Address Resolution Protocol)

전송 계층

• 개념: 전송 계층은 종단 간 통신을 담당하며, 데이터의 신뢰성 있는 전송을 보장합니다. 에러 복구 및 흐름 제어를 제공합니다.
• 프로토콜: TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Datagram Protocol)

응용 계층

• 개념: 응용 계층은 사용자와 통신을 위한 인터페이스를 제공하며, 다양한 응용 프로그램 간의 통신을 지원합니다.
• 프로토콜:
  • TCP 기반: HTTP(HyperText Transfer Protocol 80), HTTPS(443), FTP(File Transfer Protocol 20,21), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol 25)
  • UDP 기반: DNS(Domain Name System, 53), SNMP(Simple Network Management Protocol, 161, 162), DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol, 67)

TCP/IP 헤더

IP 특징

1. 패킷 기반 통신: IP는 데이터를 패킷이라는 작은 단위로 나누어 전송합니다. 각 패킷은 독립적으로 처리되며, 목적지까지 도달하기 위해 라우팅됩니다.
2. 비신뢰성, 비연결성: IP는 연결 지향적이지 않습니다. 각 패킷은 개별적으로 처리되며, 패킷 손실이나 중복이 발생할 수 있습니다.
3. 최적 경로 선택: IP는 라우팅 프로토콜을 사용하여 패킷의 최적 경로를 선택합니다. 이를 통해 패킷이 목적지로 빠르고 안정적으로 전송됩니다.
4. 유연성: IP는 다양한 네트워크 유형에서 사용될 수 있습니다. 이더넷, 무선 네트워크, 광섬유 네트워크 등 여러 종류의 네트워크에서 IP를 사용할 수 있습니다.

IP 헤더(20Byte)

필드	설명
버전	IP 프로토콜의 버전을 나타냅니다. 현재 버전은 IPv4와 IPv6가 있습니다.
헤더 길이	20~60Byte 사이 헤더의 길이를 32비트 단위로 나타냅니다.
서비스 유형	데이터 패킷에 대한 특정 서비스 요구 사항을 나타냅니다.
전체 길이	IP 헤더와 데이터를 포함한 전체 패킷의 길이를 바이트 단위로 나타냅니다.
식별자	데이터 그램을 식별하는 데 사용됩니다.
플래그	단편화된 데이터그램에 대한 제어 정보를 나타냅니다.
단편 오프셋	단편화된 데이터그램의 위치를 나타냅니다.
수명 time to live	패킷이 네트워크에서 얼마 동안 유지될 수 있는지를 나타냅니다.
프로토콜	상위 계층 프로토콜을 나타냅니다. 예를 들어, TCP의 경우 값은 6입니다.
체크섬	오류 검사를 위한 값으로, 헤더의 무결성을 확인합니다.
발신지 주소 Source	데이터그램의 발신지 IP 주소를 나타냅니다.
목적지 주소 Destination	데이터그램의 목적지 IP 주소를 나타냅니다.

 

TCP의 특징

1. 연결 지향성: TCP는 연결 지향적인 프로토콜입니다. 데이터 전송 전에 연결을 설정하고, 데이터 전송이 완료되면 연결을 종료합니다. 이를 통해 데이터의 신뢰성과 정확성을 보장합니다.
2. 신뢰성: TCP는 데이터의 신뢰성을 보장하기 위해 흐름 제어, 혼잡 제어 및 오류 제어 메커니즘을 제공합니다. 이를 통해 데이터의 손실, 중복 및 순서 변경을 방지합니다.
3. 흐름 제어: TCP는 수신자의 처리 속도에 맞춰 데이터를 전송하는 흐름 제어 기능을 제공합니다. 이를 통해 송신자와 수신자 간의 데이터 전송 속도를 조절할 수 있습니다.
4. 순서 보장: TCP는 데이터의 순서를 보장하기 위해 순서 번호를 사용하여 데이터를 전송합니다. 수신자는 순서 번호를 사용하여 데이터를 올바른 순서대로 재조립합니다.
5. 포트 기반 통신: TCP는 송신지 포트와 수신지 포트를 사용하여 응용 프로그램 간에 통신을 할 수 있습니다. 각 응용 프로그램은 고유한 포트 번호를 사용하여 데이터를 교환합니다.

TCP 헤더

필드	설명
송신지 포트	송신자의 응용 프로그램이 사용하는 포트 번호입니다.
수신지 포트	수신자의 응용 프로그램이 사용하는 포트 번호입니다.
순서 번호	데이터의 순서를 유지하기 위해 사용되는 값입니다. 흐름제어
확인 응답 번호	수신 측이 기대하는 다음 데이터의 순서 번호입니다.
헤더 길이	헤더의 길이를 32비트 단위로 나타냅니다.
예약된 필드	나중에 사용될 예약된 필드입니다.
윈도우 크기	수신 측에서 처리할 수 있는 최대 바이트 수를 나타냅니다.
검사합	TCP 헤더와 데이터의 무결성을 확인하기 위한 값입니다.
긴급 포인터	긴급 데이터를 포함한 옵션 데이터의 위치를 나타냅니다.
TCP 플래그	TCP의 제어 비트로, URG(긴급), ACK(확인), PSH(푸시), RST(리셋), SYN(연결), FIN(종료)을 나타냅니다.

 

라우팅 프로토콜이란?

먼저, 라우터라는 장비는 경로설정과 스위칭을 담당하는 장비입니다. 데이터 패킷이 목적지까지 잘 도착할 수 있도록 최적의 경로를 설정하는 장비입니다.

 

그리고, 라우팅 프로토콜은 네트워크에서 데이터 패킷의 전송 경로를 결정하기 위한 프로토콜입니다.

이는 라우터와 같은 네트워크 장비가 어떤 경로로 데이터를 전송해야 하는지 결정하는 데 사용됩니다.

라우터는 패킷이 네트워크를 통해 전송될 때 다음 목적지까지 가장 효율적인 경로를 선택해야 합니다. 네트워크 상태 및 경로 정보를 교환하고, 네트워크 트래픽의 최적 경로를 계산합니다.

라우팅 프로토콜의 종류

• 라우팅 방식
  1. Static Routing(정적)
  2. Dynamic Routing(동적) : 자동 설정
• 라우팅 프로토콜 유형
  • Dynamic Routing (동적)
    • IGP (Interior Gateway Protocol) : 하나의 자치 시스템(AS, Autonomous System) 내에서 사용되는 라우팅 프로토콜
      • IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
      • OSPF (Open Shortest Path First)
      • EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)
    • EGP (Exterior Gateway Protocol) : 서로 다른 자치 시스템(AS) 간 라우팅에 사용되는 프로토콜
      • BGP
• 라우팅 알고리즘
  • IGP
    • Distance Vector (거리벡터)
      • RIP (Routing Information Protocol) : 홉수 기반, 15홉 지원, 30초 마다 라우팅 정보를 이웃 라우터와 교환
      • IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
    • Link-State Vector (링크 상태 알고리즘) : SPF 알고리즘 사용
      • OSPF (Open Shortest Path First) : 다익스트라 알고리즘 기반, 상태 변화 시 정보 전송
      • EIGRP
    • Enhanced Interior Gateway Protocol (EIGRP)

 

라우팅 경로 고정 여부

프로토콜	설명
정적 라우팅 프로토콜	수동으로 관리자가 라우팅 테이블을 구성하며, 경로를 수동으로 설정합니다.
동적 라우팅 프로토콜	라우터 간의 통신을 통해 네트워크 상태를 학습하고 최적의 경로를 동적으로 결정합니다.

 

내/외부 라우팅 

프로토콜	설명
IGP	자체 도메인 내의 라우팅 정보를 교환하기 위한 프로토콜입니다.
EGP	자체 도메인 외부와의 라우팅 정보를 교환하기 위한 프로토콜입니다.

라우팅 테이블 관리

프로토콜	설명
거리 벡터 알고리즘	이웃 라우터로부터 거리 및 방향에 대한 정보를 수집하여 최적의 경로를 선택합니다.
링크 상태 알고리즘	네트워크의 상태 정보를 교환하여 최적의 경로를 선택하는 라우팅 알고리즘입니다.

 

주요 라우팅 프로토콜

프로토콜	설명
RIP	벨만 포드 거리벡터 알고리즘 사용하여  거리 벡터 알고리즘을 기반으로 하는 내부 게이트웨이 프로토콜입니다.
OSPF	링크 상태 알고리즘을 기반으로 하는 내부 게이트웨이 프로토콜입니다.
BGP	외부 게이트웨이 프로토콜로, 다른 자체 도메인 간의 라우팅 정보를 교환합니다.