OSI 7 Layer

OSI(Open Systems Interconnection) 7 계층은 아래부터 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층으로 나뉜다. 이들 각 계층은 하나의 호스트에서 인터페이스를 통해 소통이 가능하고, 같은 계층끼리(예로 전송 계층과 전송 계층끼리)는 프로토콜을 통해 소통이 가능하다. 특히 송신 호스트가 수신 호스트에게 데이터를 데이터를 전송하기 위해서는 중개 노드들을 거쳐야 하는데 이를 라우터라고 한다. 라우터는 주로 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층까지를 확인할 수 있다. 

이제 각각의 계층별 특징과 대표적인 프로토콜을 알아보자.

 

(1) 물리 계층

물리 계층은 OSI 7계층 중 제일 아래에 위치한 계층으로, 전송 매체의 물리적인 인터페이스에 관한 사항을 다룬다.

즉 비트 교환 문제를 다루는데, 이러한 역할로 인해 다른 계층들과 다르게 하드웨어 시스템으로 구현된다.

물리 계층이 다루는 전송 매체의 특성은 데이터의 전송 속도, 송수신 호스트 사이의 클록 동기화 방법, 물리적 연결 형태들이 있다.

물리 계층은 데이터 링크 계층에서 만들어낸 데이터 단위인 Frame을 인코딩하여 0과1로 이루어진 bit데이터로 변환하여 물리적 통신을 한다.

즉 물리 계층의 프로토콜은 bit이다.

 

(2) 데이터 링크 계층

데이터 링크 계층은 데이터를 캡슐화시켜 Frame을 만드는데, Frame은 헤더에 송수신 호스트 정보가 있는데, 여기에는 LAN 카드에 내장된 송수신 호스트의 MAC 주소가 기록된다.

데이터 링크 계층은 또한 물리 계층을 통해 전송되는 데이터의 물리적 전송 오류를 해결한다.

즉 상위의 네트워크 계층에 신뢰성있는 패킷 전송을 보장해주어 흐름제어 기능과 오류 제어 기능을 통해 전송 오류에 대한 부담을 덜어주는 것이다.

기능적으로는 네트워크 장비간에 신호를 주고받는 규칙에 대해 정의하는 계층이라고 할 수 있다.

데이터 링크 계층에서는 대표적으로 이더넷 프로토콜을 주로 사용한다.

이더넷 프로토콜은 CSMA/CD 방식을 사용하여 여러 컴퓨터가 공유 매체를 사용할 수 있게 해주며, 스위치에서 MAC 주소를 이용해서 데이터를 필요로 하는 컴퓨터에게만 접근할 수 있도록 해준다.

 

 

(3) 네트워크 계층

데이터 통신 경로를 결정하는 계층이다.

라우팅 문제를 처리하는 계층으로, 송신 호스트가  전송한 데이터가 어떤 경로를 통해 수신 호스트에 전달되는지를 결정하는 것이다. 이러한 경로를 결정하는 방식에는 static한 방법과 dynamic한 방법이 있다. 

네트워크 계층에서는 전송 데이터를 패킷이라고 하며, 중개 과정에서 네트워크 계층은 경로 선택의 기준을 잡기 위해 IP 주소를 필요로 한다. 네트워크를 통해 전송되는 패킷이 지나치게 많으면 네트워크의 전송 속도가 떨어질 수 있는데, 이렇게 트래픽의 과도한 증가를 조절하는 혼잡 제어(Congestion Control) 기능을 네트워크 계층에서 담당한다. 

네트워크 계층의 프로토콜은 주로 IP와 ICMP와 같은 프로토콜이 사용되며 IP(Internet Protocal)은 송신 호스트와 수신 호스트가 인터넷 상에서 패킷을 주고 받기 위한 규약이다.

ICMP(Internet Control Message Protocal)는 오류를 처리하고, IP 메시지를 제어한다.

 

 

(4) 전송 계층

전송 계층은 송신 프로세스와 수신 프로세스간의 End to End 통신을 지원한다.

전송 계층 아래의 계층에서는 호스트와 호스트 사이의 통신 문제들만을 제공하지만 전송 계층은 컴퓨터 내부에서 논리적으로 구축되는 통신 당사자인 프로세스 사이의 문제를 다루는 것이다.

또한 전송 오류율, 전송 속도 등과 같은 일반 사용자의 서비스 요구 유형에 대한 고려와 흐름제어(flow control)기능도 제공한다.

전송 계층의 프로토콜 중 하나인 TCP(Transmission Control Protocal)는 데이터와 패킷이 보내진 순서대로 전달하는 것을 보장해준다. 즉 에러가 없이 패킷이 신뢰할 수 있게 전달되었는지를 보장해주는 역할을 한다.

 

 

(5) 세션 계층

세션 계층의 기능은 전송 계층과 유사하지만 사용자에게 원격 파일 전송, 원격 로그인 등과 같은 상위적인 연결 개념인 세션 기능을 제공하는 것이 전송 계층과의 차이점이다.

세션 계층에서는 송수신 호스트 사이의 대화 제어를 비롯하여 상호 베타적인 동작을 제어하기 위한 토큰 제어, 일시적 전송 장애 해결을 위한 동기(Synchornization)기능을 제공한다.

세션 계층의 가장 유명한 프로토콜은 SSH(Secure Shell Protocal)이 있는데, 해당 프로토콜은 컴퓨터와 컴퓨터가 퍼블릭 네트워크를 통해 서로 통신을 할 때 보안적으로 안전하게 통신을 하기 위해 사용되는 프로토콜이다.

이는 데이터 전송, 원격 제어와 같은 일을 수행할 때 주로 사용된다.

 

 

(6) 표현 계층

표현 계층에서는 데이터의 의미와 표현 방법을 처리한다.

즉 송신 측과 수신 측 양단이 서로 이해할 수 있는 표준 방식으로 데이터를 코딩하는 문제를 다룬다.

또한 데이터를 보안적인 측면에서 보호하기 위해 암호화하는 기술도 표현 계층에서 다루며, 영상 정보와 같은 대용량의 데이터의 크기를 줄여주는 압축 역시 표현 계층의 기능이다.

표현 계층의 프로토콜에는 사용자 레벨에서 흔히 접할 수 있는 ASCII, JPEG과 같은 것들이 있다.

 

 

(7) 응용 계층

응용 계층은 다양한 응용 계층에서 공통으로 필요한 기능을 가지고, 사용자 장치간의 소통 역할을 하는 구간이다.

응용 계층에 존재하는 응용 어플리케이션은 사용자의 요청을 받아들여 하위 계층으로 전달한다. 

응용 계층의 프로토콜로는 웹 상에서 웹 서버 및 웹 브라우저 상호 간의 메시지 전송을 위한 응용 계층 프로토콜인 HTTP, 파일 전송을 위한 기본 프로토콜인 FTP와 같은 것들이 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+) 데이터 링크 계층에는 MAC(Media Access Control) 계층과 LLC(Logical Link Control)계층으로 나뉜다.

이렇게 나뉘는 이유는 LAN 환경에서 네트워크 자원을 효율적으로 활용하기 위함이다.

데이터 링크 계층의 기본적인 기능은 주로 LLC에서 다루고, 물리적 전송 선로의 특징과 매체 간의 연결 방식에 따른 제어는 MAC 계층에서 다룬다.

MAC 계층은 전송 선로의 물리적 특성을 반영하므로 LAN의 종류에 따라 특성이 구분된다.  MAC계층에서는 대표적으로 Ethernet과  token ring 공유 버스 방식을 사용한다. Ethernet 방식은 MAC 주소를 가지고 호스트들 간에 데이터를 주고받는 방식을 사용한다. 이더넷에서는 둘 이상의 호스트에서 동시에 데이터 프레임 전송을 시도하면 충돌이 발생한다. (하여 CSMA/CD를 도입하여 충돌문제를 해결함)

 

참고:

쉽게 배우는 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크 -박기현 저