03-01-01 네트워크의 기초

03-01-01 네트워크의 기초

OSI 7 계층

OSI 7 계층의 개요

1. OSI 7 계층의 정의
   • OSI 7 계층(Open Systems Interconnection Reference Model)은 이기종 시스템 간 상호 통신을 위해 국제표준화기구(ISO)에서 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신 계층을 구성하여 개발한 네트워크 모델이다.
2. OSI 7 계층의 특징
   • OSI 7 계층은 개념적 모델만 존재할 뿐 실제 구현에 대한 언급은 없으며 실제 네트워크 구현 시 참조 모델로 사용한다.
   • 각 계층은 하위 계층이 제공하는 서비스를 이용하고 상위 계층에게 서비스를 제공한다.
   • 상위 계층에서 하위 계층으로 데이터를 전달할 때 헤더와 트레일러를 추가하여 데이터에 대한 캡슐화를 수행한다. 반대로 데이터를 수신할 경우 헤더와 트레일러를 제거하고 분석하여 상위 계층으로 전달하는 역캡슐화를 수행한다.
   • OSI 7 계층은 물리적 연결과 맞닿아 있는 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 세션 계층, 프레젠테이션 계층, 응용 계층으로 구성한다.

OSI 7 계층 개념도

OSI 7 계층 세부 설명

1. 1계층: 물리 계층(Physical Layer)
   • 네트워크의 전기적이고 물리적 연결을 담당한다.
   • 유선의 경우 케이블의 종류, 무선의 경우 무선 주파수 링크가 여기에 해당된다.
   • 그밖에 핀 배치, 전압, 물리 요건 등을 정의하고 사용자의 디지털 데이터를 물리 계층의 매체가 전달할 수 있는 신호로 변환하여 비트 단위로 전송한다.
   • 네트워크 연결 장애 발생 시 물리적 연결이 제대로 되어 있는지 확인하기 위해 모든 케이블의 단선은 없는지 라우터나 스위치 등 네트워크 장비에 전원은 제대로 공급되는지 등의 확인이 필요하다.
   • 관련 네트워크 장비로는 허브와 리피터가 있다.
2. 2계층: 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
   • 2개의 노드가 직접 연결되어 있을 때 프레임 단위로 데이터 전송을 수행한다. 그리고 각 노드는 식별 가능하도록 MAC(Medium Access Control) 주소를 가지고 있다.
   • 수신 노드의 수신 속도에 맞추기 위해 송신 노드가 데이터를 느리게 보내는 흐름제어를 수행하며, 대표적 방법으로 정지-대기(Stop-and-Wait)와 슬라이딩 윈도우(Sliding window)가 있다.
   • 신호 간의 충돌 현상이 발생하지 않도록 회선 제어 기능을 제공한다.
   • 오류 검출과 재전송 기능을 수행하는 오류 제어 기능을 제공한다. 수신 측에서 오류를 감지하면 NAK를 반환하고 전송 측에서는 패킷을 재전송한다. 이러한 재전송 과정을 ARQ(Automatic Repeat Request)라고 하다. 대표적 기법으로 정지-대기(Stop-and-Wait) ARQ, Go-Back-N ARQ, SR(Selective Repeat) ARQ가 있다. 재전송하지 않고 직접 오류를 정정하는 방법을 FEC(Forward Error Control)라고 한다.
   • 세부적으로 매체접근제어(MAC) 계층과 논리연결제어(LLC) 계층으로 나눌 수 있다.
   • 관련 네트워크 장비는 브리지(bridge)와 스위치(switch)가 있다.
3. 3계층: 네트워크 계층(Network Layer)
   • 2개의 노드가 여러 네트워크를 거쳐 연결되어 있을 때 데이터를 패킷(packet) 단위로 분할하고 논리적 주소를 설정하여 정확하게 전송하는 역할을 수행한다.
   • 송신 노드와 수신 노드 사이에는 여러 노드가 존재하고 이들 사이의 경로 설정, 즉 라우팅 기능을 제공한다.
   • 그 외에 혼잡 제어(congestion control), 패킷의 분할 및 병합, 인터네트워킹 기능을 제공한다.
   • 관련 네트워크 장비는 라우터(router)가 있다.
4. 4계층: 전송 계층(Transport Layer)
   • 송신 측의 프로세스와 수신 측의 프로세스 간 연결을 제공하고 이들 간 신뢰성 있는 통신이 가능하도록 역할을 수행한다.
   • 신뢰성 있는 통신을 위해 프로세스를 위한 주소 및 포트 지정, 연결 제어, 오류 복구, 흐름 제어 기능을 제공한다.
   • 전송 계층에서는 세그먼트 단위로 데이터를 전송하고 네트워크 계층은 이를 다시 패킷으로 나누어 전송한다.
   • 보통 커널의 시스템 콜을 통해 상위 계층에게 기능을 제공한다.
   • 가장 잘 알려진 전송 계층의 구현은 TCP/IP이다.
5. 5계층: 세션 계층(Session Layer)
   • 연결된 노드 간에는 메시지 단위로 데이터를 전송하며 세션 설정 및 유지, 동기 기능, 대화 기능을 제공한다.
   • 동기 기능은 통신 양단에서 논리적으로 상호 데이터 전송이 잘 되었다는 의미로 동기점(synchronization point)을 설정하고 이후에 데이터 전송에서 전송 오류가 발생하면 동기저 후의 데이터만 복구한다.
   • 대화 기능은 데이터 전송 기능을 의미하고 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위해 시간 경과에 따라 순차적으로 동기점을 부여하면서 단계적으로 전송한다.
6. 6계층: 표현 계층(Presentation Layer)
   • 송신자와 수신자가 서로 다른 표현 방식을 사용하면 데이터를 받았어도 그 의미를 해석할 수가 없다. 표현 계층은 다양한 표현 방식을 제공하고 송신 측과 수신 측이 동일한 표현 방식을 사용할 수 있는 기능을 제공한다.
   • 유니코드로 인코딩 된 파일을 ASCII로 변환하여 형식을 맞추는 기능을 포함한다.
   • 데이터 암호화와 해독 기능, 압축 및 압축 해제 기능도 제공한다.
7. 7계층: 응용 계층(Application Layer)
   • 사용자에게 편리한 응용 환경을 제공하는 기능을 수행한다.
   • 전자우편(SMTP), 웹서비스(HTTP), 원격접속(TELNET), 파일전송(FTP) 등이 응용 계층에 해당한다.

OSI 7 계층의 전송 단위 및 프로토콜

1. OSI 7 계층의 전송 단위

   • 계층	계층이름	전송 단위	설명
     7계충	응용계층	메시지	사용자가 전송하고자 하는 데이터를 메시지 단위로 전송
     6계층	프레젠테이션	메시지
     5계층	세션	메시지
     4계층	전송	세그먼트	메시지를 전송에 최적화한 세그먼트 단위로 나누어 전송
     3계층	네트워크	패킷	세그먼트를 패킷 단위로 나누어 전송하며, 논리적 송수신 주소 및 정보를 담고 있는 헤더 추가
     2계층	데이터링크	프레임	패킷을 프레임 단위로 나누어 전송하며, 송수신 측의 물리적 주소 및 오류 검출을 위한 CRC값을 포함한 헤더 및 트레일러 추가
     1계층	물리계층	비트	프레임을 물리 매체에 따라 비트 단위로 전송

2. OSI 7 계층의 프로토콜

   • 계층	계층이름	프로토콜
     7계층	응용계층	HTTP, SMTP, POP3, IMAP, DNS, NFS, FTP, TELNET, SSH
     6계층	프레젠테이션	SMB, AFP, ASN.1
     5계층	세션	SSL, TLS, NetBIOS
     4계층	전송	TCP, UDP, RTP
     3계층	네트워크	IP, ICMP, ARP, RAPP, IGMP, BGPG, RIP, IPX
     2계층	데이터링크	Ethernet, Token, Ring, FDDI, ATM
     1계층	물리계층	RS-232, USB, I2C, IEEE802.15.4, 10BASE-T, 100BASE-T, 1000BASE-T, Bluetooth