네트워크 OSI 7계층 개념과 계층을 나눈이유

1. OSI 7계층이란?

OSI 7계층은 네트워크 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 말한다.

 

1) OSI 7계층을 나눈 이유는?

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

 

흐름을 한눈에 알아보기 쉽고 사람들이 이해하기 쉽고 7단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건들이지 않고도 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있기 때문이다.

 

그럼 문제를 예로 들어보자

pc방에서 롤을 하고 있는데 연결이 끊겼다. 어디에 문제가 있는지 확인을 하기 위해서는?   모든 PC에 문제가 있다면 라우터의 문제(3계층 네트워크 계층) 이거나 광랜을 제공하는 회사의 회선 문제(1계층 물리계층) 일 것이다.   한 PC만 문제가 있고 롤 소프트웨어에 문제가 있다면 -> 7계층 어플리케이션 계층 문제   롤 소프트웨어에 문제가 없고 스위치에 문제가 있다면 -> 2계층 데이터링크 계층 문제   라고 판단해 다른 계층에 있는 장비나 소프트웨어를 건들이진 않을 것이다.

 

 

2. OSI 7 계층 단계

 

1) 1계층 - 물리 계층

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

이 계층에서 사용되는 통신 단위는 비트이며 이것은 1과 0으로 나타내어지는, 즉 전기적으로 On, Off상태라고 생각하면 된다.

이 계층에서는 단지 데이터를 전달할뿐, 전송하려는(또는 받으려는) 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에 대해서는 신경쓰지 않는다.

단지 데이터를 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능만 있을 뿐이다.

이 계층에 속하는 대표적인 장비는 통신 케이블, 리피터, 허브 등이 있다.

허브와 리피터는 데이터를 전송한다.

2) 데이터 링크 계층

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

따라서 통신에서의 오류도 찾아주고 재전송도 하는 기능을 가지고 있다.

이 계층에서는 맥 주소를 가지고 통신하게 된다.

이 계층에서 전송되는 통신 단위를 프레임이라 하고 대표적인 장비로는 브리지, 스위치 등이 있다.(여기서 맥주소를 사용)

브릿지나 스위치를 통해 맥주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달한다.

 

데이터 링크 계층은 포인트 투 포인트(Point to Point)간 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층으로 CRC기반의 오류 제어와 흐름 제어가 필요하다.

주소 값은 물리적으로 할당 받는데 이는 네트워크 카드가 만들어질 때부터 맥주소가 정해져 있다는 뜻이다.

주소 체계는 계층이 없는 단일 구조이다.

데이터 링크 계층에서 가장 잘 알려진 예는 이더넷이다.

요약하자면 프레임에 주소를 부여 한다.

 

 

3) 네트워크 계층

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

여기에 사용되는 프로토콜의 종류는 다양하고 라우팅하는 기술도 다양하다.

 

이 계층은 경로를 선택하고, 주소를 정하고, 경로에 따라 패킷을 전달해주는 역할을 한다.

이 계층의 대표적인 장비는 라우터 이며, 요즘은 2계층의 장비 중 스위치라는 장비에 라우팅 기능을 장착한 Layer3 스위치도 있다.(여기서 IP주소를 사용한다.)

 

네트워크 계층은 여러개의 노드를 거칠때 마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층으로 다양한 길이의 데이터를 네트워크를 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(Qos)를 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다.

 

네트워크 계층은 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션, 오류제어, 인터네트워킹 등을 수행한다.

라우터가 이 계층에서 동작하고 이 계층에서 동작하는 스위치가 있다.

데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만드는 계층이다.

네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적(hierarchical)이다.

 

서브네트의 최상위 계층으로 경로를 설정하고, 청구 정보를 관리한다.

개방형 시스템들의 사이에서 네트워크 연결을 설정, 유지, 해제하는 기능을 부여하고 전송 계층 사이에 네트워크 서비스 데이터 유닛(NSDU : Network Service Data Unit)을 교환하는 기능을 제공한다.

 

한 마디로 주소부여(IP) 와 경로 설정을 담당한다.

 

4) 전송 계층

통신을 활성화하기 위한 계층이다.

보통 TCP프로토콜을 이용하며, 포트를 열어서 응용프로그램들이 전송을 할 수 있게 한다.

만약 데이터가 왔다면 4계층에서 해당 데이터를 하나로 합쳐서 5계층에 던져준다.

단대단 오류제어 및 흐름제어를 하고 전송 계층 까지는 물리적인 계층에 속한다.

 

전송 계층은 양 끝단(End to End)의 사용자들이 신뢰성있는 데이터를 주고 받을 수 있도록 해줘 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성등을 생각하지 않도록 해준다.

시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 방식을 사용한다.

전송 계층은 특정 연결의 유효성을 확인하고, 일부 프로토콜은 상태개념이 있고, 연결 기반이다.

이는 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송하는 것을 뜻한다.

가장 잘 알려진 전송 계층의 예는 TCP이다.

 

종단간(End to End) 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단간 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하며, 

오류 검출 및 복구와 흐름제어, 중복검사 등의 기능을 수행한다.

 

한 마디로 패킷 생성 및 전송을 담당한다.

 

5) 세션 계층

데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결을 말한다.

통신을 하기 위한 대문이라 생각하면 된다.

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

그러므로 세션 계층은 4계층과 무관하게 응용프로그램 관점에서 봐야한다.

세션 설정, 유지, 종료, 전송 중단시 복구 등의 기능이 있다.

세션 계층은 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공한다.

동시 송수신 방식, 반이중 방식, 전이중 방식의 통신과 함께 체크 포인팅과 유휴, 종료, 다시 시작 과정등을 수행한다.

이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 지우는 책임을 진다.

 

6) 표현 계층

데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고, 암호화 한다.

표현 계층은 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로 부터 덜어준다.

 

7) 응용 계층

최종 목적지로서 HTTP, SMTP, FTP, SFTP, TELNET등과 같은 프로토콜이 있다.

해당 통신 패킷들은 방금 나열한 프로토콜에 의해 모두 처리되며 우리가 사용하는 브라우저나 메일 같은 프로그램은 프로토콜을 보다 쉽게 사용해주는 응용 프로그램이다.

모든 통신의 양 끝단은 HTTP와 같은 프로토콜이지 응용프로그램이 아니라는 말이다.

 

응용 계층은 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다.

일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다.