[풀스택서비스네트워킹] Lecture 1. OSI Architecture (Overall)

Lecture 1. OSI Architecture (Overall) - 0304 | Notion

 

 

Introduction - Computer Network

• 컴퓨터 네트워크 (네트워크 - 연결되어있다)
  • 컴퓨터라고 부르는 device를 연결하는 것.
  • 전자과에 개설되는 과목은 커뮤니케이션이라고 함.
  • SNS : 소셜 네트워크

수업의 초반부에 해당하는 TCP 라든지 .. 기타 등등은, 이 서버와 멍텅구리 데스크탑.

간단한 애들을 연결하는 데서 시작함.

하지만 서버들이 엄청 확산되고, 더불어서 스마트폰, 워치, 자동차 , IoT 등등 .. 다 네트워크에 붙게됨. → 과거의 통신 방식에 붙지 않던 디바이스들. 새로운 컴퓨터 device들이 나온 것.

⇒ 요구사항이 달라짐.

⇒ 새로운 네트워킹 기술이 나오게 됨.

따라서, 이 수업에서는 클라이언트와 서버 / 서버 투 서버라는 측면에서 굉장히 잡다한 기술을 다 설명을 하고 코드를 보고 구현을 어떻게 하는지 설명을 할 것.

• KT / SKT : 몇 개 안 되는 서버들을, 5천만 개의 클라이언트들이 연결함.
• → 굉장히 먼 곳에 있는 클라이언트와, 집약되어 있는 곳의 서버.
• Naver / Google .. : 굉장히 많은 디바이스, 굉장히 많고 지역적으로도 많이 분산된 서버.
  • ex) Youtube : 미국 여러 곳에 서버가 있고, 한국에도 서버가 있음.

⇒ 클라이언트 - 서버 아키텍처에서도, 더 많아진 클라이언트, 더 많아진 서버, 물리적으로 여러 곳.

게다가, 달라진 디바이스들. (스마트폰, 워치, 티비 등등) → 즉, 요구사항이 달라진 것.

→ 달라진 디바이스, 달라진 서비스, 이로 인해 달라진 요구사항.

 

Categories of Networks - LAN / MAN / WAN

네트워크는 크게 3가지 부류로 얘기함.

• Local Area Network
• Metropolitan Area Network
• Wide Area Network

Local Area Network (LAN)

• 유선은 그냥 LAN, 무선이면 무선 LAN.
• “Local” Area Network → 정량적인 수치가 없음.
  • Local : 방 하나, 방들 / 층들 / 건물들 .. → 단, 소유주가 동일할 것.
  • ex) 경희대학교 국제캠퍼스 / KHU-wifi (경희대 무선랜) / 삼성전자 기흥사업장.
    • 무선으로 묶으면 무선 랜인거고..

 

Metropolitan Area Network (MAN)

• LAN이 여러 개가 있는. 도시 규모의 네트워크.
  • 경희대, 삼성전자, 홈플러스 .. 다 연결했네 → 영통. 도시잖아.
• 이것도 별도의 단어가 안 붙으면 유선, 무선은 무선 MAN. (Wireless MAN)
  • 도시 규모의 무선 네트워크는 뭐가 있을까?
    • 이동통신: 최대 수km까지 뻗어나갈 수 있는, 무선화되어 있는 통신.
      • SKT, KT, LG, U+, 5G, 4G, 3G ..
    • : 이동하면서 끊어지지 않고 쓸 수 있는 서비스.

스마트폰 리니지 게임이, 무선 LAN에서 동작하게 짰는데 이동통신에서 동작할까?

→ 안 함. 4G까지 그랬음.

⇒ 즉, 네트워크는 다양한 종류가 있는데, a 네트워크에서 동작한 내 서비스는, b 네트워크에서 동작할 지 안 할지는 모르는 일임 ! 그래서 네트워크의 종류를 알아야 됨.

 

Wide Area Network (WAN)

MAN보다 더 큰 것. “Wide” Area Network.

LAN이 모여서 MAN이 된 거면, MAN이 모여서 WAN이 되나?

→ NOPE ! 아님.

• WAN을 그릴 때는, 선으로 그음. “줄”
  • 경희대학교 국캠 ————————————————————— 경희대학교 설캠
    • 줄이 여러 개가 있는데, 내 입장에서 봤을 때는 논리적으로 한 줄이지.
    • 이 줄. KT/SKT 거를 임대해서 쓰는 것.

• • 강남역 삼성전자 본사와 —————— 미국 Texas의 중심부에 있는 r&d 센터
    • 둘을 가로지르는 네트웍을 막 국제선 빌려가지고 한 줄로 만듦. 이게 WAN.
  • 위성하고 ———————————————————————— 여기 있는 스마트폰
  → 일직선으로 뻗어나가는 무선 통신. 통신 케이블을 뭐 이렇게 깔 수도 있지만..

 

• 사실상 인터넷의 시작은, WAN을 잘 하기 위해 만든 것.
  • KT / SKT는, 여러분들이 있는 집에서 길거리 내지 혹은 아파트 관리소에 있는 집중기까지 모은 후, 여기서 KT/SKT 국사까지 한 줄로 뽑음.
  • 이게 인터넷이야. 유선.
• 이동통신은 MAN을 잘 하기 위해 만든 것.
• 구글이나 네이버는 - LAN.
  • 데이터센터에서 책꽂이 같은 랙에 컴퓨터가 꽂혀있고, 그 안에 막 단위 면적에 CPU, GPU가 5-6천개씩 꽂혀 있음. 얘는 웹 서버고, 얘는 데이터베이스고..이게 구글과 네이버가 중요시하는, Server to Server 네트워크.
  • → 얘네들끼리 카테고리가 묶여서 서로 통신하는 거니, 거리는 막 5cm 이럼.

 

• 이동 통신의 특징 : 이동통신은 이동이 가능한 대신, 대가를 치러야 함. 
  • 속도 : 서서 쏠 수 있는 data rate는 1이라고 하면, 차 타고 달리면 속도는 1/6로 줄어듦. → 움직이기 시작하면 평균 속도는 6분의 1로 떨어짐.
  • 데이터 깨짐 : 반드시 데이터 100개 중에 3개에서 5개는 깨짐. 심지어 음성을 보내면 100개로 쪼개진 음성 중에 하나는 반드시 버림.
• 무선랜의 특징
  • 옆에 무선랜 하는 애들이 많아지면 네트웍이 죽음.
  • 그래서 스마트폰에 이렇게 신호는 떠 있는데 통신은 안 될때. 그런 거임.

 

Combination of LAN/WAN/MAN

• 경희대학교의 랜들이 묶여서 무선 랜도 묶여서 랜이 되고, 경희대의 랜과 서울 캠퍼스와 국제 캠퍼스의 완이 되니까 ..

→ 당연히 combination이 돼요. 당연함.

 

OSI 7 Layer

Layered Architecture / Peer-Communication

Maria와 Ann 간의 소통.

• 매체 : 우편 서비스
• Maria는 Talk 대신, Write함. 이걸 뭐 암호화해서 편지에 담고, 우체국을 통해서 보냄.
• Ann은 받아서, 편지 봉투에서 꺼내서, 암호를 해제하고, 눈으로 읽음.

→ 각각 Maria, Ann이 하는 일이, “계층”이 이루어짐. (보내는 자는 위에서 아래로, 받는 자는 아래에서 위로)

• Layered Architecture
  • 쓰고 읽고 쓰고 읽어. / 암호화를 하면 암호화를 풀고, 암호화를 하면 암호화를 푸네. / 봉투에 넣으면 꺼내. 봉투에 넣으면 꺼내.
  → 위하고 아래와의 관계는, 딱히 없어.

⇒ 이걸 레이어드 아키텍처 라고 부름.

즉, 위에서 아래로, 아래에서 위로 가는 방향성이 존재하고, 의미있는 기능은 같은 레이어 간에, 같은 Peer 간에만 이루어진다는 게 중요.

→ 이걸 Peer Communication이라고 함.

 

OSI 7 Layer

이제 네트워크를 하면, 컴퓨터를 도입을 했고, 1980년대가 됐을 때 컴퓨터들이 통신을 함.

• CPU가 있어서 계산을 할 수 있는 매우 비싼 컴퓨터가 어느 한 군데 모여 있고, 클라이언트들이 멀리 떨어져 있는 것.
  • → 돈이 됨 → 회사들이 달려듦.
  • → a 회사 서버, a 회사 클라이언트, b회사 서버, b 회사 클라이언트, c 회사 클라이언트 ..

⇒ 회사가 다르더라도 정의된 대로 구현을 하면 대화가 가능한 통신 방식, 즉 “표준”을 정하기 시작함.

그래서 인류는, 컴퓨터 간의 통신을 하는데, 그 안에 굉장히 많은 layer가 있다고 했지. 몇 개의 layer를 정의할지 토론이 붙음.

(여러 회사들끼리 클라이언트 - 서버 통신에서의 표준을 정해야하니)

간단하게는 클라이언트하고 서버지만, 클라이언트 안, 서버 안에 레이어가 있단 말이지.

→ 7개로 정함.

Application Layer

• 이거는 무슨 프로그램인데? - 유튜브 입니다.
  • 그러면 application은, 유튜브 클라이언트하고 서버.
    • 영상을 어떤 코덱으로 주고받을 건지는 통일해야지.
    • 자막도 뜨기도 하고
    • 채팅창도 있고
    • 종종 물건도 뜨고 ..
  • → 그럼 클라이언트하고 서버는,

→ 화면에 하나로 애플리케이션을 짜서 보고 있기는 하지만 여러 개의 콘텐츠가 서로 다른 프리젠테이션으로 오고 있는데,

유저 입장에서 봤을 때는 이게 논리적인 하나.

Presentation Layer

• 0과 1을 이용한 코딩
• encryption
• Compression(압축) : ASCII code(글자에 대한 압축, 코드), mpeg, jpeg …
  • 데이터를 어떻게 보여지게 할 것인지 ,,

Session Layer

• session restoration
  • : 뭐 영상이 오다가, 자막이 틀어져. 두 개가 동시에 와야 의미가 있기 때문에 하나의 session으로 묶었는데, 통신을 통해 오다보니 자막이 늦게 오기도하고 그럼.
  • → 중간중간 리셋이 되고 재동기화를 함. 세션 레이어는 이런 것들을 해주는 것.
• Authentication : 유저인지 아닌지.
  • ex) SIM 카드. 이 스마튼폰은 KT/SKT로 들어갈 수 있다 ~ 하는 것.
  • ex2) 무선 랜 안에 갈 때, 패스워드를 입력해야지만 무선 랜 안으로 들어갈 수 있는 거
• Permission : 유튜브 들어가면 뭐 이런저런 레벨들. 일단 들어는 갔는데, 등급에 따라 영상을 고퀄로 볼지 이런거.
  • SIM 안의 요금제. 얼마만큼 할 수 있는지.

Transport Layer

: 트랜스포트 레이어는 가운데에 없고 끝과 끝에 있음.

• End-to-end error control
  • 왼쪽 끝에서 오른쪽 끝까지 보냈는데, 피지컬 레이어에서 벌어지는 에러를 데이터 링크가 잡아주려고 노력은 하는데, 못 잡을 수도 있고,a가 b까지 정보를 보냈을 때에 제대로 가는 경우는 100%라고 볼 수 없음.
  • 심지어 이동통신은 3-5% 버리는 게 정상이라고 그랬으니,
  • ⇒ “end to end” 에러의 검출 및 복구

Network Layer 

• Network adressing; routing or switching
  • 왼쪽 끝과 오른쪽 끝을 연결하는 애는 1,2계층이고, 더 이상 없음.
  • 이걸 넘어서서 가운데 점을 통과해서 갈 때, 왼쪽에서 날아온 걸 받은 후 오른쪽으로 넘겨주는 행위에 가담하는게 3계층.
  • 예)내 노트북과 KHU 와이파이 유무선 공유기를 무선랜으로 통과 → 경희대 바깥으로 KT 망을 갈 때에는 유선 줄을 타고 → 태평양을 가로질러야 되니까 해저 케이블을 통과해서 → 어딘가에 있는 무선랜 장치하고 대화를 나누고 ..
  • ⇒ 이렇게 많은 줄을 통과함. 이렇게, 받은 정보를 본인이 소화하지 않고 적절한 소비자에게 전달하는 행위를 하는 것. 이게 네트워크임.
  • 한국에 있는 애가 미국에 있는 애에 접속을 하기 위해서,

→ 따라서 3계층까지 있는 장치를, 라우터(Router)라고 부름.

(왼쪽에서 오른쪽으로 가는 거에 대해서 어디로 갈지를, 루트를 결정하는 애)

(1, 2 계층은 왼쪽은 오른쪽으로 연결하니까 디폴트로 있어야 되고)

Data Link Layer

무선 랜도 무선에서 0하고 1을 보내는 거고, 이동통신도 무선에서 0하고 1을 보내는데 여기서 끝이냐? 아니야.

소프트웨어가 올라타야 되니, 이걸 데이터 링크 레이어라고 함.

유무선 공유기는 하나인데, 40명이 앉아가지고 무선랜 든 거

→ 0하고 1만 보낼 수 있는 애는 40명을 통제할 수 없고, 40명을 통제할 수 있는 소프트웨어 기술이 data link layer.

• Error detection
  • 그리고 1계층은 0하고 1만 보내는 거지 제대로 갔는지 안 갔는지 확인은 못함.
  • → 에러 검출하고 복구를 함.
• Flow control on physical link
  • 하나에 40명이 달려 들었으니 데이터의 흐름을 조절해야 됨.
  • → physical layer의 데이터의 흐름을, flow를 컨트롤하는 것.

무선 랜은,

Physical layer와 data link layer가 함께 되어 있는것.

(이동 통신도 함께 되어 있는 거, 블루투스도 함께 되어 있는 거, 이더넷, 초고속 인터넷, 로라, NFC …)

Physical Layer

• Physical Medium
  • 유선 (구리동선, 광케이블) , 무선 (microwave, 이동통신 주파수) …
  • → 여기서 0하고 1을 표현하는 것. (representing bits)

0하고 1로 만드는 거는 전자과, 구리 동선하고 광 케이블에 태워야 되는 거는 기계과하고 소재과.

 

따라서 ,

1계층은 전자, 기계,하고 커넥터 꽂아야 되고,이 위에서 소프트웨어 쟁이들이 달라붙어서 데이터 링크 레이어를 만듦.

→ 통상 1 2 계층은 뭐다? : 왼쪽과 오른쪽 사이에 정보를 주고받는 거.

• 노트북 유무선 공유기 / 스마트폰 스마트폰 / 이동통신 단말기- 이동통신 기지국네트워크는, 점에 연결이 된 후 그 점을 넘어서야 함.
• ⇒ 줄. 줄은 네트워크라고 하지 않음.

---

따라서, [전체적인 흐름]

1. Physical Layer : 왼쪽과 오른쪽이 손을 잡고, 유선이 되든 무선이 되든 상관없어. 0하고 1을 보내는 거
2. Data Link Layer : 에러가 나네? 그러면 에러를 검출하고 복구하고. 한 쪽이 너무 느린데 이쪽에서 너무 많이 보내는 거야. 천천히 보내. 플로우 컨트롤.
3. Network Layer : 1,2계층에서 열심히 해가지고 정보가 왼쪽에서 오른쪽으로 갔네. 근데 어디로 보내야 되지? 길이 여러 개가 있는데 일본으로 보내야 돼 한국으로 보내야 돼. 한국으로 보내자. → 라우팅.
4. Transport Layer : 당연히 에러가 날 수 있으니 에러가 났는지 안 났는지를 확인해가지고 검출 복구하는 거.
5. 그리고 위쪽에 어플리케이션이 올라타는 거.

→ 이게 OSI 7 Layer고,

앞서 말했듯 레이어 하고 레이어 간에는 별 의미가 없음. 받으면 본인이 해야 될 일을 하는 거지.

peer 2 peer로 되어 있으면 osi 7 레이어예요.

 

패러다임의 변화와 Linux Foundation

근데, 패러다임이 변해요.

HTTP가 처음엔 상용 목적으로 쓸 줄 몰랐는데 구글, 네이버, 아마존이 나오면서 상용(돈을 버는 목적) 목적으로 쓰고,

디바이스들이 변하면서 요구사항이 많이 달라지고..

두번째,

구글은 하드웨어, 소프트웨어, CPU까지 자체 개발하니,

굳이 저렇게 7계층을 나눠가지고 위에서부터 아래까지 정보가 내려가고 올라가고, 지켜야 될 표준이 있고 할 필요가 없음.

하드웨어 우리 거 ,운영 체제 우리 거, 소프트웨어 우리 거, 네트워킹 기술자 우리 거고 우리끼리 통신하는데 표준이 무슨 상관이야.

 

결국은 표준. 특허. 이런 게 이전 세대에서 중요했던 거라고 그러면,

이후 세대에서는 문제를 정의하고, 그거에 필요한 해결책을 제시한 후, 직접 하드웨어와 소프트웨어를 개발할 수 있는 능력이 있다면, 알아서 하면 됨.

그래서 이제는, 표준을 무조건적으로 지키기 보다는 내가 능력이 되면 되니,

더 똘똘한 거를 개발하다 보니까 결국 펀더멘탈이 깊어야 되고,

문제 정의, 해결하고자 하는 사람들. 이렇게 협업하는 걸 중시하게 됨.

 

구글, 네이버 … 는 서비스를 잘하고자 하는 회사지, 네트워크를 잘 하고자 하는 회사가 아니니까

다 오픈소스로 풂.

우리 모두 힘을 합쳐서 우리가 처한 문제. 이 많은 컴퓨터 300만 개, 500만 개를 어떻게 네트워킹하지? - 이거를 구글 센터 팀 ,네이버 데이터 센터 팀이 모여 가지고 협업을 하는 것.

그리고 이 많은 소프트웨어들을 다 어따가 헌정하느냐? → 리눅스 파운데이션.

 

• 리눅스 파운데이션: 리눅스 운영 체제를 체계적으로 관리하기 위해서 만들어짐.
  • 산하 오픈소스 프로젝트 900개. (안드로이드, 리눅스 포함 ..)
  • 이 중에 1/5이 네트워크 기술.
    • → 이 네트워크 기술은, 전통적인 KT/SKT의 원거리에 있는 와이드 에리어 네트웍에서 쓰는 게 아니고,
    • 데이터 센터 안에 있는 서버와 서버,
    • 센서와 카메라가 주기적으로 올릴 정보를 어떻게, 누가, 어떻게 받을 것인지를 설명하는 것.

 

그래서 여기까지, Overall하게 얘기했으니,

• 반은 vocabulary & terminology
• 반은 왜 1980년대 TCP IP하고 이후에 수많은 네트워킹 기술들이 나왔는지를 설명함!