[Network] OSI 7 계층, 네트워크 통신 이해하기 - Server CS OSI 7 계층

OSI 7 계층이란

OSI 7 계층은 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7 단계로 나눈 것을 의미합니다.

컴퓨터 네트워크를 7개의 추상적인 계층으로 나누고, 각 계층은 서로 다른 기능을 수행하며 다음 계층과 상호 작용합니다.

이는 네트워킹 시스템의 복잡성을 단순화하고, 서로 다른 제조업체의 장비 및 소프트웨어가 상호 운용될 수 있도록 도와줍니다.

 

OSI 7 계층으로 나눈 이유

7 단계로 통신 과정을 분리하여, 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악한다.

7 단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건들지 않고 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있다.

 

OSI 7 계층 단계

 

1 계층 - 물리 계층 (Physical Layer)

물리 계층에서는 주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해서 통신 케이블로 데이터를 전송합니다.

이 계층에서 사용되는 통신 단위는 비트이며 이것은 1과 0으로 나타내어지는, 즉 전기적으로 On, Off 상태라 생각할 수 있습니다.

 

물리 계층에서는 단지 데이터를 전달만 할 뿐 송수신하려는 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경 쓰지 않습니다. 

데이터 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능만 담당합니다.

이 계층에 속하는 대표적인 장비는 통신 케이블, 리피터, 허브등이 있습니다.

 

2 계층 - 데이터링크 계층 (DataLink Layer)

물리계층을 통해 송수신되는 데이터의 오류와 흐름을 관리하여 안전한 정보의 전달을 수행할 수 있도록 도와주는 역할을 합니다.

 

통신에서의 오류를 찾아주고 재전송도 하는 기능을 가지고 있습니다. 

 

데이터링크 계층에서는 MAC 주소를 가지고 통신하게 된다. 

전송되는 단위를 프레임이며, 대표적인 장비로는 브릿지, 스위치 등이 있습니다.

 

➡️ 브릿지나 스위치를 통해 맥주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달함.

 

데이터 링크 계층(Data link layer)은 포인트 투 포인트(Point to Point) 간 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층으로

CRC 기반의 오류 제어와 흐름 제어가 필요합니다.

네트워크 위의 개체들 간 데이터를 전달하고, 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 찾아내고, 수정하는 데 필요한 기능적, 절차적 수단을 제공합니다. 

 

주소 값은 물리적으로 할당받는데, 이는 LAN 카드가 만들어질 때부터 맥 주소(MAC address)가 정해져 있습니다. 

 

데이터 링크 계층의 가장 잘 알려진 예는 이더넷(ethernet)입니다.

 

3 계층 - 네트워크 계층(Network Layer)

네트워크 계층의 기능은 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능(라우팅)이 있습니다. 

IP 주소와 같은 논리적 주소를 사용하여 데이터를 라우팅 하고, 서로 다른 네트워크 간의 연결을 담당합니다.

 

네트워크 계층은 경로를 선택하고 주소를 정하여, 경로에 따라 패킷을 전달해 주는 것이 이 계층의 역할입니다. 

이 계층의 대표적인 장비는 라우터이며, 요즘은 2 계층의 장비 중 스위치라는 장비에 라우팅 기능을 장착한 Layer 3 스위치도 있습니다.

 

네트워크 계층(Network layer)은 여러 개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층으로,

다양한 길이의 데이터를 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 

기능적, 절차적 수단을 제공합니다.

 

네트워크 계층은 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션(segmentation/desegmentation), 오류 제어, 인터네트워킹(Internetworking) 등을 수행합니다.

 

데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 해 줍니다. 

논리적인 주소 구조(IP), 곧 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적(hierarchical)인 구조입니다.

 

➡️ IP주소부여(IP), 경로설정(Route)

 

4 계층 - 전송 계층(Transport Layer) 

전송 계층은 통신을 활성화하기 위한 계층입니다. 데이터를 안정적으로 전송하기 위한 프로토콜을 제공합니다.

데이터를 세그먼트 화하고, 오류 검출 및 수정 기능을 제공하며, 송신과 수신 간의 순서를 제어합니다.

보통 TCP프로토콜을 이용하며, 포트를 열어 응용프로그램들이 전송을 할 수 있게 합니다.

 

전송 계층(Transport layer)은 양 끝단(End to end)의 사용자들이 신뢰성 있는 데이터를 주고받을 수 있도록 해주어, 

상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해줍니다.

 

시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 방식을 사용합니다.

 

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

이는 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다는 것을 의미합니다.

예시로 TCP가 있습니다.

 

종단 간(end-to-end) 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단 간 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하며, 

기능은 오류검출 및 복구와 흐름제어, 중복검사 등을 수행합니다.

 

➡️ 패킷 생성(Assembly/Sequencing/Deassembly/Error detection/Request repeat/Flow control) 및 전송

 

5 계층 -세션 계층(Session Layer)

세션 계층은 데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결을 수행합니다. 두 시스템 간의 통신을 위한 연결 및 관리를 담당합니다.

연결 설정, 데이터 동기화, 연결 종료 등의 기능을 제공하며 또한, 암호화 및 인증 기능을 제공하기 위한 프레임워크를 제공합니다. (예: FTP, NFS) / 통신을 하기 위한 입구라 할 수 있습니다.

 

세션 계층에는 세션 설정, 유지, 종료, 전송 중단 시 복구 등의 기능이 있습니다.

 

세션 계층(Session layer)은 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공합니다.

동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(Full Duplex)의 통신과 함께, 체크 포인팅, 종료, 다시 시작 과정 등을 수행합니다. 이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 담당합니다.

 

➡️ 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류복구 명령들을 일괄적으로 다룹니다.

 

6 계층 - 표현 계층(Presentation Layer)

표현 계층은 데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고, 암호화 기능을 수행합니다.

즉, 데이터 표현 방식을 표준화하고, 송신과 수신 간의 데이터 변환을 수행합니다.

 

표현 계층(Presentation layer)은 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다룹니다.

이를 통해 데이터 형식 차이에 대한 부담을 응용 계층으로부터 덜어 줍니다.

MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어집니다.

 

➡️ 사용자의 명령어를 완성 및 결과 표현하며, 포장/압축/암호화를 수행합니다.

 

7 계층 - 응용 계층(Application Layer)

응용 계층은 사용자에게 직접적인 서비스를 제공하는 애플리케이션 프로그램들이 속합니다.

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

 

해당 통신 패킷들은 방금 나열한 프로토콜에 의해 모두 처리되며,

우리가 사용하는 브라우저나, 메일 프로그램은 프로토콜을 보다 쉽게 사용하게 해주는 응용 프로그램입니다.

 

➡️ 네트워크 소프트웨어 UI 부분, 사용자의 입출력(I/O) 부분