네트워크 계층 모델과 데이터 통신

OSI 7계층               TCP/IP 4계층
┌─────────────┐
│ 7. 응용     │
├─────────────┤       ┌─────────────┐
│ 6. 표현     │  →→→  │ 4. 응용      │
├─────────────┤       │ (Application)│
│ 5. 세션     │       └─────────────┘
├─────────────┤       ┌─────────────┐
│ 4. 전송     │  →→→  │ 3. 전송      │
│             │       │ (Transport)  │
├─────────────┤       └─────────────┘
│ 3. 네트워크  │  →→→  ┌─────────────┐
│             │       │ 2. 인터넷    │
├─────────────┤       │ (Internet)   │
│ 2. 데이터링크│       └─────────────┘
├─────────────┤  →→→  ┌─────────────┐
│ 1. 물리     │       │ 1. 네트워크   │
│             │       │ 접근(Network │
└─────────────┘       │ Access)     │
                      └─────────────┘

송신 측 (캡슐화):
 
응용 계층:    [HTTP 헤더 | HTTP 본문]
                    ↓ + TCP 헤더 추가
전송 계층:    [TCP 헤더 | HTTP 헤더 | HTTP 본문]
                    ↓ + IP 헤더 추가
네트워크 계층: [IP 헤더 | TCP 헤더 | HTTP 헤더 | HTTP 본문]
                    ↓ + Ethernet 헤더/트레일러 추가
데이터링크:   [Eth 헤더 | IP 헤더 | TCP 헤더 | HTTP 데이터 | Eth 트레일러]
                    ↓ 비트로 변환
물리 계층:    01001010110101010101001010101010...

물리 계층:    비트 수신 → 프레임 복원
                    ↓ Ethernet 헤더 제거
데이터링크:   [IP 헤더 | TCP 헤더 | HTTP 데이터]
                    ↓ IP 헤더 제거
네트워크 계층: [TCP 헤더 | HTTP 데이터]
                    ↓ TCP 헤더 제거
전송 계층:    [HTTP 데이터]
                    ↓ 응용 프로그램에 전달
응용 계층:    HTTP 응답 처리

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
├─────────────────────────┼─────────────────────────┤
│     Source Port (16)    │  Destination Port (16)  │
├─────────────────────────┴─────────────────────────┤
│              Sequence Number (32)                  │
├───────────────────────────────────────────────────┤
│           Acknowledgment Number (32)              │
├────────┬──────┬─┬─┬─┬─┬─┬─┼─────────────────────┤
│Offset  │Rsrvd │U│A│P│R│S│F│    Window Size (16)  │
│  (4)   │ (6)  │R│C│S│S│Y│I│                      │
│        │      │G│K│H│T│N│N│                      │
├────────┴──────┴─┴─┴─┴─┴─┴─┼─────────────────────┤
│     Checksum (16)          │   Urgent Pointer (16)│
├────────────────────────────┴─────────────────────┤
│              Options (variable)                   │
└───────────────────────────────────────────────────┘

├─────────┬─────────┬─────────────────────────────┤
│ Version │   IHL   │    Type of Service (8)       │
│  (4)    │  (4)    │                              │
├─────────┴─────────┼─────────────────────────────┤
│   Total Length (16)│     Identification (16)     │
├────────────────────┼──┬──────────────────────────┤
│  Flags (3)         │  │  Fragment Offset (13)    │
├────────────────────┼──┴──────────────────────────┤
│    TTL (8)         │  Protocol (8)  │ Header     │
│                    │  (6=TCP,17=UDP)│ Checksum   │
├────────────────────┴───────────────┴─────────────┤
│              Source IP Address (32)               │
├──────────────────────────────────────────────────┤
│           Destination IP Address (32)            │
└──────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────┐
│       Application Layer             │
│  네트워크 앱 (방화벽, 로드밸런서, 모니터링) │
├──────────── Northbound API ─────────┤
│       Control Layer                 │
│  SDN Controller (OpenDaylight,      │
│  ONOS, VMware NSX)                  │
├──────────── Southbound API ─────────┤
│  (OpenFlow, P4, NETCONF)            │
│       Infrastructure Layer          │
│  스위치, 라우터 (데이터 전달만 담당)     │
└─────────────────────────────────────┘

전통:  [전용 방화벽] [전용 로드밸런서] [전용 IDS]
         ↓              ↓              ↓
       고가 하드웨어    고가 하드웨어    고가 하드웨어
 
NFV:   [범용 서버]
       ├── VM/컨테이너: 가상 방화벽 (vFW)
       ├── VM/컨테이너: 가상 로드밸런서 (vLB)
       └── VM/컨테이너: 가상 IDS (vIDS)

# tcpdump로 패킷 캡처 (Wireshark에서 분석)
sudo tcpdump -i eth0 -w capture.pcap port 80
 
# 특정 호스트의 DNS 패킷만 캡처
sudo tcpdump -i eth0 -w dns.pcap port 53
 
# HTTP 요청 텍스트만 출력
sudo tcpdump -i eth0 -A port 80

[Ethernet Frame]
  Dst MAC: aa:bb:cc:dd:ee:ff
  Src MAC: 11:22:33:44:55:66
  Type: 0x0800 (IPv4)
 
  [IPv4 Packet]
    Version: 4
    TTL: 64
    Protocol: 6 (TCP)
    Src IP: 192.168.1.100
    Dst IP: 93.184.216.34
 
    [TCP Segment]
      Src Port: 54321
      Dst Port: 80
      Seq: 1
      Ack: 1
      Flags: PSH, ACK
 
      [HTTP Request]
        GET /index.html HTTP/1.1
        Host: example.com
        Connection: keep-alive

┌─────────────────────────────────────┐
│             K8s Cluster             │
│                                     │
│  Node A (10.0.0.1)                  │
│  ┌─────────────────┐               │
│  │ Pod 1 (10.244.0.2)│              │
│  │ Pod 2 (10.244.0.3)│              │
│  └────────┬────────┘               │
│           │ VXLAN/GENEVE            │
│  Node B (10.0.0.2)                  │
│  ┌─────────────────┐               │
│  │ Pod 3 (10.244.1.2)│              │
│  │ Pod 4 (10.244.1.3)│              │
│  └─────────────────┘               │
└─────────────────────────────────────┘
 
Pod 1 → Pod 3 통신:
  원본 패킷: Src=10.244.0.2, Dst=10.244.1.2
  오버레이: VXLAN 캡슐화 → Src=10.0.0.1, Dst=10.0.0.2 (UDP 4789)
  Node B에서 역캡슐화 → 원본 패킷 → Pod 3에 전달

// P4 간단 예시: IPv4 포워딩
header ipv4_t {
    bit<4>  version;
    bit<8>  ttl;
    bit<32> srcAddr;
    bit<32> dstAddr;
}
 
control MyIngress(inout headers hdr, ...) {
    action forward(bit<9> port) {
        standard_metadata.egress_spec = port;
        hdr.ipv4.ttl = hdr.ipv4.ttl - 1;
    }
 
    table ipv4_lpm {
        key = { hdr.ipv4.dstAddr: lpm; }
        actions = { forward; drop; }
    }
 
    apply { ipv4_lpm.apply(); }
}