네트워크 이야기하면 무조건 나오는 'OSI 7계층'에 대해

OSI 7 계층(OSI 7 Layer)이란?

네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 말한다.

 

OSI 7 계층으로 나눈 이유는?

계층을 나눈 이유는 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있기 때문이다.

 

흐름을 한눈에 알아보기 쉽고, 이해하기 쉬우며 7단계 중 특정한 곳에서 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 확인하지 않고도 이상이 발생한 단계만 고칠 수 있기 때문이다.

 

 

1 계층 - 물리 계층(Physical Layer)

이 계층에서는 주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해서 통신 케이블로 데이터를 전송하게 된다.

이 계층에서 사용되는 통신 단위는 비트(Bit)이며 이것은 1과 0으로 나타내어지는, 즉 전기적으로 On, Off 상태라고 생각하면 된다. 단지 데이터를 전달만 할 뿐 전송하려는 (또는 받으려는) 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경 쓰지 않는다. 단지 데이터 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능만 할 뿐이다. 이 계층에 속하는 대표적인 장비는 통신 케이블, 리피터, 허브 등이 있다.

 

케이블, 리피터, 허브를 통해 데이터를 전송한다.

 

 

2 계층 - 데이터링크 계층(DataLink Layer)

물리계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전한 정보의 전달을 수행할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 전송되는 단위는 프레임이라고 하고, 대표적인 장비로는 브리지, 스위치 등이 있다.

 

브릿지나 스위치를 통해 맥주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달함

 

데이터링크 계층(DataLink Layer)은 포인트 투 포인트 간 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층으로 CRC 기반의 오류 제어와 흐름 제어가 필요하다. 네트워크 상의 개체들 간 데이터를 전달하고, 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 찾아내고 수정하는데 필요한 기능적, 절차적 수단을 제공한다.

 

주소 값은 물리적으로 할당받는데 이는 네트워크 카드가 만들어질 때부터 맥 주소(MAC address)가 정해져 있다는 뜻으로 주소 체계는 계층이 없는 단일 구조이다. 데이터 링크 계층의 가장 잘 알려진 예는 이더넷이다.

 

에러검출, 재전송, 흐름제어

 

3 계층 - 네트워크 계층(Network Layer)

이 계층에서 가장 중요한 기능은 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능(라우팅)이다.

 

경로를 선택하고 주소를 정하고 경로에 따라 패킷을 전달해 주는 것이 역할이다.

대표적인 장비는 라우터이며 요즘은 2 계층의 장비인 스위치에 라우팅 기능을 장착한 L3 스위치도 있다.

 

네트워크 계층은 여러 개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층으로 다양한 길이의 데이터를 네트워크를 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다.

 

주소부여(IP), 경로설정(Route)

 

IP 계층

TCP/IP상에서 IP 계층이란 네트워크의 주소(IP 주소)를 정의하고 IP패킷의 전달 및 라우팅을 담당하는 계층이다.

 

OSI 7 계층모델의 관점에서 IP 계층은 네트워크 계층에 해당

즉, 패킷을 목적지까지 전달하는 역할 및 그에 수반되는 기타 역할을 함

 

IP 계층의 주요 역할

• IP 계층에서는 그 하위계층인 데이터링크 계층의 하드웨어적인 특성에 관계없이 독립적인 역할을 수행

 

IP 계층 상에 있는 주요 프로토콜

• 패킷의 전달을 책임지는 IP
• 패킷 전달 에러의 보고 및 진단을 위한 ICMP
• 복잡한 네트워크에서 인터네트워킹을 위한 경로를 찾게 해 주는 라우팅 프로토콜

 

IP 프로토콜

TCP/IP 기반의 인터넷 망을 통하여 데이터그램의 전달을 담당하는 프로토콜

 

IP 프로토콜의 주여 역할

• IP 계층에서 IP 패킷의 라이팅 대상이 됨 (Routing)
• IP 주소 지정 (Addressing)

 

주요 특징

• 신뢰성(에러 제어)및 흐름제어 기능이 전혀 없음 (Best-Effort Service)
  신뢰성을 확보하려면 IP 계층 위의 TCP와 같은 상위 전송 계층에 의존
• 비연결성 데이터그램 방식으로 전달되는 프로토콜 (Connectionless)
• 패킷의 완전한 전달(소실, 중복, 지연, 순서바뀜등이 없게 함)을 보장하지 않음 (Unreliable)
• IP 패킷 헤더 내 수신 및 발신 주소를 포함 (IPv4 헤더, IPv6 헤더, IP 주소)
• IP 헤더 내 바이트 전달 순서 : 최상위 바이트(MSB)를 먼저 보냄 (Big-endian)
• TCP, UDP, ICMP, IGMP 등이 IP 데이타그램에 실어서 전송

 

4 계층 - 전송 계층(Transport Layer)

통신을 활성화하기 위한 계층으로 보통 TCP 프로토콜을 이용하며, 포트를 열어서 응용프로그램들이 전송을 할 수 있게 한다. 만약 데이터가 왔다면 4 계층에서 해당 데이터를 하나로 합쳐서 5 계층으로 전달한다. 이 계층까지는 물리적인 계층에 속한다.

 

전송 계층(Transport Layer)은 양 끝단(End to end)의 사용자들이 신뢰성 있는 데이터를 주고받을 수 있도록 해주며 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해준다. 시퀀스 넘버 기반의 오류제어 방식을 사용한다.

 

전송 계층은 특정 연결의 유효성을 제어하고, 일부 프로토콜은 상태 개념이 있고(Stateful) 연결 기반(connection oriented)

이다. 이는 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다는 것을 뜻하며 가장 잘 알려진 전송 계층의 예는 TCP이다.

 

패킷 생성(Assembly, Sequencing, Deassembly, Error detectiong, Request repeat, Flow contorl)및 전송

 

TCP 프로토콜(Transmission Control Protocol)

양종단 호스트 내 프로세스 상호 간에 신뢰적인 연결지향성 서비스를 제공

신뢰적인 전송을 보장함으로써, 애플리케이션 구현이 한층 쉬워지게 됨

 

신뢰성 (Reliable)

패킷 손실, 중복, 순서 바뀜 등이 없도록 보장

TCP 하위계층인 IP 계층의 신뢰성 없는 서비스에 대해 다방면으로 신뢰성을 제공

 

연결지향적 (Connection-oriented)

같은 전송계층의 UDP가 비연결성(connectionless)인 것과 달리 TCP는 연결지향적

연결 관리를 위한 연결설정 및 연결해제 필요 (TCP 연결설정, TCP 연결종료)

양단간 애플리케이션/프로세스는 TCP가 제공하는 연결성 회선을 통하여 서로 통신

 

UDP 프로토콜(User Datagram Protocol)

신뢰성이 낮은 프로토콜로써 완전성을 보증하지 않으나 가상회선을 확립할 필요가 없고 유연하며 효율적인 데이터 전송에 사용

 

비연결성 비신뢰성 순서가 보장되지 않는 Datagram 서비스 제공

• 메시지가 제대로 도착했는지 확인하지 않음
• 수신된 메시지의 순서를 맞추지 않음
• 흐름 제어를 위한 피드백을 제공하지 않음
• 검사합을 제외한 특별한 오류 검출 및 제어 없음 (UDP를 사용하는 프로그램 쪽에서 오류제어 기능을 스스로 갖추어야 함)
• 데이터그램 지향의 전송계층용 프로토콜 (논리적인 가상회선 연결이 필요 없음)

실시간 응용 및 멀티캐스팅 가능

빠른 요청과 응답이 필요한 실시간 응용에 적합

여러 다수 지점에 전송가능(1:다)

 

헤더가 단순함

헤더는 고정크기의 8바이트(TCP는 20바이트) 사용

즉, 헤더 처리에 많은 시간과 노력을 요하지 않음

 

5 계층 - 세션 계층(Session Layer)

데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결을 말한다. 통신을 하기 위한 대문이라고 보면 된다.

하지만 4 계층에서도 연결을 맺고 종료할 수 있기 때문에 우리가 어느 계층에서 통신이 끊어졌나 판단하기에는 한계가 있다.

 

세션 설정, 유지, 종료, 전송 중단 시 복구 등의 기능

 

세션 계층(Session Layer)은 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공한다.

동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(Full duplex)의 통신과 함께 체크 포인팅과 유휴, 종료, 다시 시작 과정 등을 수행한다. TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 진다.

 

6 계층 - 표현 계층(Presentation Layer)

데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고 암호화한다.

 

표현 계층(Presentation Layer)은 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용계층으로부터 덜어준다. MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다.

 

예를 들면, EBCDIC로 인코딩 된 문서 파일을 ASCII로 인코딩 된 파일로 바꿔주는 것

해당 데이터가 텍스트인지, GIF인지, JPG인지의 구분

 

사용자의 명령어를 완성 및 결과 표현. 포장, 압축, 암호화

 

7 계층 - 응용 계층(Application Layer)

최종 목적지로서 HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet 등과 같은 프로토콜이 있다.

해당 통신 패킷들은 방금 나열한 프로토콜에 의해 모두 처리되며 우리가 사용하는 프라우저나 메일 프로그램은 프로토콜을 보다 쉽게 사용하게 해주는 응용 프로그램이다.

 

응용 계층(Application Layer)은 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다.

일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다.

 

네트워크 소프트웨어 UI 부분, 사용자의 입출력(I/O) 부분

 

 

HTTP 프로토콜(HyperText Transfer Protocol)

웹 상에서 웹 서버 및 웹 브라우저 상호 간의 데이터 전송을 위한 응용계층 프로토콜

처음에는 WWW상의 하이퍼텍스트 형태의 문서를 전달하는데 주로 사용

현재에는 이미지, 비디오, 음성등 거의 모든 형식의 데이터 전송 가능

 

요청 및 응답의 구조

클라이언트/서버 모델로 동작

 

메시지 교환 형태의 프로토콜

클라이언트와 서버 간에 HTTP 메시지를 주고받으며 통신

SMTP 전자메일 프로토콜과 유사

 

• 종단 간 연결이 없음(Connectionless)
• 이전의 상태를 유지하지 않음(Stateless)
• 전송계층 프로토콜 : TCP
• 사용 포트 번호 : 80번

 

출처

OSI 7 계층이란?, OSI 7 계층을 나눈 이유