[모두의 네트워크] 8장 - 네트워크의 전체 흐름 살펴보기

🍀 목차
LESSON 32 랜 카드에서의 데이터 전달과 처리
LESSON 33 스위치와 라우터에서의 데이터 전달과 처리
LESSON 34 웹 서버에서의 데이터 전달과 처리
보강 - 정적 라우팅과 동적 라우팅
📌 Chapter Check-up

이 장의 목표

• OSI 모델의 전체 흐름을 이해한다.
• 웹에 접속할 때 이루어지는 캡슐화와 역캡슐화를 이해한다.

 

LESSON 32 랜 카드에서의 데이터 전달과 처리

네트워크의 구성?

 물리 계층부터 응용 계층의 역할을 다시 생각해보자.

• 물리 계층 : 데이터를 전기 신호로 변환한다.
• 데이터 링크 계층 : LAN에서 데이터를 송수신한다.
• 네트워크 계층 : 다른 네트워크에 있는 목적지로 데이터를 전달한다.
• 전송 계층 : 목적지에 데이터를 정확하게 전달한다.
• 응용 계층(세션 계층 + 표현 계층 포함) : 애플리케이션 등에서 사용되는 데이터를 송수신한다.

 

네트워크의 구성.

 

 위 그림과 같이 컴퓨터, 스위치, 라우터, 웹 서버로 구성된 네트워크가 있다면 해당 구성은 몇 개의 네트워크로 나누어져 있을까?

 

 정답은 192.168.1.0/24, 172.16.0.0/16, 192.168.10.0/24로 총 세 개이다.

이해가 어렵다면 https://youngju-js.tistory.com/19#step4 를 확인해보자. (까먹어서 다시 읽어봤다.^^)

192.168.1.X는 192.168.1.0의 네트워크에 있다. 마지막은 호스트 ID! (해당 네트워크의 어떤 컴퓨터인지 나타냄.)

 

 해당 그림을 OSI 모델로 나타내면 아래와 같다.

 

OSI 모델로 나타낸 네트워크 구성.

 

컴퓨터의 데이터가 전기 신호로 변환되는 과정?

 전체적인 관점으로 데이터가 전달되고 처리되는 과정을 살펴보자.

 

 컴퓨터에서는 웹 사이트에 접속해야 하므로 응용 계층에서 시작하고, URL을 입력하고 엔터키를 누르면 캡슐화가 시작된다. (3-way handshake는 이미 완료되어 연결이 확립되어 있다고 가정) 

 

 웹 사이트에 접속하기 위한 요청을 보낼 때 사용했던 것이 HTTP 프로토콜이었다. HTTP 메시지가 정상적으로 보내지고, (ex. GET /index.html HTTP/1.1) 데이터는 전송 계층에 전달된다.

 

 전송 계층에서는 TCP 헤더가 붙는다. 웹 브라우저는 잘 알려진 포트가 아닌 포트(1025번 이상) 중에서 선택되고, 목적지 포트 번호는 HTTP 이므로 80이 될 것이다. TCP 헤더가 붙은 데이터인 세그먼트는 네트워크 계층에 전달된다. 

 

 네트워크 계층에서는 IP 헤더가 붙는다. IP 헤더에서는 출발지 IP 주소와 목적지 IP 주소 등이 추가된다. IP 헤더까지 붙은 IP 패킷은 데이터 링크 계층으로 전달된다.

 

데이터 링크 계층에서는 이더넷 헤더와 트레일러가 붙는다.

 

이더넷 헤더가 붙은 이더넷 프레임은 물리 계층에서 랜 카드를 활용해 전기 신호로 변환되어 네트워크로 전송된다. 

 

 과정에서 볼 수 있듯이, 헤더는 목적지로 데이터를 전송하는 데 모두 필요하다. 

 

LESSON 33 스위치와 라우터에서의 데이터 전달과 처리

스위치에서의 데이터 전달과 처리?

 

 스위치 A에 컴퓨터가 보낸 데이터가 전기 신호로 변환되어 전달된다. 스위치 A의 데이터 링크 계층에서 데이터를 전기 신호로 변환하여 라우터 A로 전송한다.

 

스위치 내에 대응되는 OSI 모델의 계층은 물리 계층, 데이터 링크 계층이다.

 

라우터에서의 데이터 전달과 처리

 스위치 A에서 라우터 A로 전기 신호가 도착하면 라우터 A의 데이터 링크 계층에서 이더넷 프레임의 목적지 MAC 주소와 자신의 MAC 주소를 ①비교한다. 주소가 같으면 이더넷 헤더와 트레일러를 분리하는 ②역캡슐화를 수행한다. 다음으로 라우터 A의 네트워크 계층에 전달, 자신의 ③라우팅 테이블과 목적지 IP 주소를 비교한다. 

 

 라우터 A의 라우팅 테이블에서 목적지 IP 주소의 경로를 알 수 있으니 라우팅을 할 수 있다. 현재 출발지 IP 주소 192.168.1.10을 라우터의 외부 IP 주소(실제로는 왠(WAN) 측)인 172.16.0.1로 ④변경한다. 

 

 그 후 데이터 링크 계층으로 전달하여 라우터 B로 보내지도록 이더넷 헤더와 트레일러를 붙이고, 물리 계층에서 데이터를 ⑤전기 신호로 변환하여 네트워크로 전달한다. 

 

 라우터 B로 전달된 데이터는 다시 ① -> ② -> ③ -> ④ -> ⑤.

① 이더넷 프레임의 목적지 MAC 주소와 자신의 MAC 주소 비교

② 일치하면 역캡슐화 수행한 후 네트워크 계층으로 보냄

③ 자신의 라우팅 테이블과 목적지 IP 주소를 비교(라우터 B도 목적지의 네트워크를 알아야 한다.)

④ 현재의 출발지 IP 주소 172.16.0.1을 라우터 B의 내부 IP 주소(실제로는 랜(LAN) 측)인 192.168.10.1로 변경 후 데이터 링크 계층으로 보냄

⑤ 이더넷 헤더와 트레일러를 붙인 후 물리 계층에서 전기 신호로 변환하여 네트워크로 전달

 

 전달받은 스위치 B는 전기 신호를 데이터 링크 계층에서 처리, 웹 서버에 데이터를 전기 신호로 전달한다.

 

라우터 내에 대응되는 OSI 모델의 계층은 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층이다.

LESSON 34 웹 서버에서의 데이터 전달과 처리

 데이터가 전기 신호로 웹 서버에 도착하면 웹 서버는 다음 흐름대로 역캡슐화한다.

 

① 데이터 링크 계층에서 이더넷 프레임의 목적지 MAC과 자신의 MAC 주소 비교

② 일치하면 이더넷 헤더와 트레일러를 분리하고 네트워크 계층으로 전달

③ 목적지 IP 주소와 웹 서버의 IP 주소를 비교

④ 일치하면 IP 헤더를 분리하고 전송 계층으로 전달

⑤ 목적지 포트 번호를 확인하여 어떤 애플리케이션으로 전달해야 하는지 판단, TCP 헤더를 분리해 응용 계층으로 전달

 

 드디어 데이터가 웹 서버의 응용 계층에 도착했다. 요청 한 번에 대한 흐름인데, 이다음에는 컴퓨터로 응답을 보내야 한다. 이렇듯 컴퓨터와 웹 서버 사이에는 몇 번이고 요청과 응답의 교환이 이루어진다.

 

웹 서버 내에 해당하는 OSI 모델 계층은 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 응용 계층이다.

 

보강 - 정적 라우팅과 동적 라우팅

 라우팅은 패킷을 목적지 컴퓨터까지 보낼 때 최적의 경로를 선택하여 전송하는 것이다. 크게 두 가지 방법으로 나뉜다.

• 정적 라우팅 : 관리자가 미리 라우팅 테이블에 경로를 수동으로 추가. 목적지까지의 경로를 고정하거나 목적지까지의 경로가 하나인 경우 사용. 네트워크에 존재하는 모든 목적지 네트워크 정보를 수동으로 추가하기에 소규모 네트워크에서 사용한다. 
  • 장점 : 라우팅 정보가 교환되지 않아 대역폭(일정 시간 내에 데이터 연결을 통과할 수 있는 정보량의 척도)에 대한 부담이 적다. 라우팅 정보가 네트워크로 전달되지 않으므로 보안에도 좋다. 
  • 단점 : 동적 반영이 되지 않으므로 어떤 경로에 장애가 발생해도 다른 경로로 우회가 안된다. 관리자가 이 설정도 수동으로 하나하나 변경해야 하므로 번거롭다. 
• 동적 라우팅 : 네트워크 변경을 자동으로 감지하여 라우팅 테이블을 업데이트. 네트워크 장애가 발생했을 때 라우터끼리 정보를 교환하여 최적의 경로로 전환한다. 대규모 네트워크에서 사용한다. 정적 라우팅의 단점을 보완하나 정적 라우팅의 장점이 동적 라우팅의 단점이 될 수 있는 셈.

 

📌 Chapter Check-up

• OSI 모델의 전체 흐름을 설명하세요. 물리 계층에서 데이터를 전기 신호로 변환하고, 데이터 링크 계층은 데이터를 랜으로 송수신하는 데 필요하다. 네트워크 계층은 다른 네트워크의 목적지에 데이터를 송수신, 전송 계층은 목적지에 데이터를 보낼 때 정확하게 보낼 수 있게, 응용 계층은 애플리케이션 등에서 사용하는 데이터를 송수신하는 데 필요하다. 
• 웹에 접속할 때 이루어지는 캡슐화와 역캡슐화를 설명하세요.
  • 캡슐화 : URL을 입력 후 엔터를 치면 캡슐화가 일어난다. 응용 계층에서 HTTP 메시지를 보내고 전송 계층은 데이터에 TCP 헤더를 붙여 세그먼트로 만든 후 네트워크로 전달한다. 네트워크 계층은 IP 헤더를 붙인 패킷으로 만든 후 데이터 링크 계층으로 전달, 이더넷 헤더와 트레일러를 붙인 프레임으로 만들어 물리 계층에서 전기 신호로 변환되어 전송된다.
  • 역캡슐화 : 전기 신호를 전달받은 서버는 데이터 링크 계층에서 프레임의 목적지 MAC 주소와 자신의 MAC 주소를 확인, 일치하면 이더넷 헤더와 트레일러를 제거하여 네트워크 계층으로 전달한다. 네트워크 계층은 목적지 IP와 웹 서버의 IP 주소를 확인, 같으면 IP 헤더를 분리하여 전송 계층에 전달한다. 전송 계층은 목적지 포트 번호를 확인하여 어떤 애플리케이션으로 가야 하는지 판단, TCP 헤더를 분리하여 응용 계층에 전달한다. 

 

---

모두의 네트워크

미즈구치 카즈야(지은이), 이승룡(옮긴이), 『모두의 네트워크』, 길벗(2018), p.12~40, ISBN : 9791160505030.

해당 게시글은 "모두의 네트워크"를 개인 학습용으로 정리한 내용입니다.