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네트워크의 프로토콜 계층 구조와 서비스 모델, 인터넷 프로토콜 스택과 OSI 모델, 캡슐화, 역캡슐화

🍪 Why layering?

계층구조는 어떤 한 계층의 구현이 변하더라도 시스템의 나머지 부분은 변하지 않는다.
하지만, layering의 단점은 overhead가 발생할 수 있다는 것이다. duplicate할 때 overhead가 발생할 수 있다.

• 각 계층에서 추가적인 데이터와 처리를 더함으로써 비효율이 생길 수 있다.
  • 즉, 데이터를 주고 받을 때, 추가적인 정보(헤더)를 붙여야 한다.

1. 복잡한 시스템 처리:
   • 복잡한 네트워크 시스템을 계층으로 나눠서 각 계층의 기능을 명확하게 정의할 수 있음.
2. 모듈화의 장점:
   • 계층 구조 덕분에 한 계층의 구현을 변경하더라도 다른 계층에 영향을 미치지 않음. 이를 통해 시스템 유지보수 및 업데이트가 용이해짐.
3. 계층화의 단점:
   • 계층 구조는 중복된 기능을 초래할 수 있음. 예를 들어, 오류 검출 기능이 여러 계층에서 중복되어 있을 수 있음. 또한, 각 계층에서 추가되는 오버헤드로 인해 성능 저하가 발생할 수 있음.

🍪 ISO/OSI reference model

컴퓨터 네트워크가 데이터를 어떻게 주고 받는지 설명하기 위해 만든 7계층 구조의 reference model이다. 각 계층은 독립적이며, 계층간 상호작용을 통해 data를 주고 받는다.

1. Application (응용)
2. Presentation (표현)
3. Session (세션)
4. Transport (전송)
5. Network (네트워크)
6. Data Link (데이터 링크)
7. Physical (물리)

Presentation

data를 사용자에게 이해할 수 있는 형태로 변환한다. 예를 들어, 데이터 암호화 혹은 텍스트를 ASCII 코드로 변환한다.

Session

두 장치가 통신하는 동안 연결 세션을 관리하고, 유지한다.

→ 위의 Presentation과 Session 계층은 특정 상황에서만 필요할 때 사용한다.

🍪 Internet protocol stack

인터넷 프로토콜 스택은 OSI 모델보다 간소화 된 5계층 모델로 이루어져있다.

1. Application (응용) - 5계층
   1. 한 종단 system에 있는 application이 다른 종단 system에 있는 application과 정보 패킷을 교환할 때 이 프로토콜을 사용한다.
   2. IMAP, SMTP, HTTP
2. Transport (전송) - 4계층
   1. data를 주고 받을 수 있게 한다.
   2. TCP, UDP
3. Network (네트워크) - 3계층
   1. 데이터를 송수신 할 경로를 찾아주며, IP주소와 라우팅을 담당한다.
   2. IP, routing protocols
4. Link (데이터 링크) - 2계층
   1. 인접한 네트워크 장치간의 데이터 전송을 담당한다.
   2. Ethernet, Wifi, PPP
5. Physical (물리) - 1계층
   1. 물리적 매체를 통해 데이터를 전송한다.

🍪 Encapsulation / Decapsulation

데이터를 안전하고 효율적으로 전달하기 위한 핵심 개념이다.

네트워크에서 데이터가 전송될 때, 각 계층은 데이터를 처리 하면서 자신만의 헤더를 추가하는 캡슐화 과정을 거친다.
그리고 수신 측에서 이 헤더들을 제거하는 역캡슐화 과정을 거쳐 데이터가 상위 계층으로 전달된다.

• Encapsulation : higher → lower (헤더를 붙여가는 과정)
• Decapsulation : lower → higher (헤더를 떼가는 과정)

Encapsulation

1. Application Layer: 사용자가 입력한 데이터가 메시지로 전송됨.
2. Transport Layer: 메시지에 세그먼트가 추가됨.
3. Network Layer: 세그먼트에 IP 헤더를 추가하여 데이터그램이 됨.
4. Link Layer: 프레임 헤더와 프레임 트레일러가 추가됨.
5. Physical Layer: 비트로 변환되어 물리적 매체를 통해 전송됨.

Decapsulation

수신 측에서는 이 과정을 역순으로 수행함. 물리 계층에서 받은 비트 데이터를 링크 계층에서 프레임으로 처리하고, 네트워크 계층에서 데이터그램으로 변환하여 목적지까지 도달함.