[컴퓨터 네트워크] OSI 7계층이란?

작성자: Anderson Kim 8월 30, 2019

[컴퓨터 네트워크] OSI 7계층이란?

OSI 7계층

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

OSI 7계층을 나눈 이유는?

계층을 나눈 이유는 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악 할 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 있다.

ex)
PC방에서 오버워치를 하는데 연결이 끊겼다.

어디에 문제가 있는지 확인하기 위해서는

모든 PC가 문제가 있다면
라우터의 문제(3계층 네트워크 계층)이거나 광랜을 제공하는 회사의 회선 문제(1계층 물리 계층)

한 PC만 문제가 있고
오버워치 소프트웨어에 문제가 있다면(7계층 어플리케이션 계층)
오버워치 소프트웨어에 문제가 없고, 스위치에 문제가 있다면(2계층 데이터링크 계층)
있다고 판단해 다른 계층에 있는 장비나 소프트웨어를 건들이지 않는 것이다.

OSI 7계층 단계

1계층 - 물리계층(Physical Layer)

케이블, 리피터, 허브를 통해 데이터를 전송한다.

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

이 계층에서 사용되는 통신 단위는 비트이며 이것은 1과 0으로 나타내어지는, 즉 전기적으로 On, Off 상태라고 할 수 있다.

상위 계층으로부터 전달받은 데이터의 물리적인 링크를 설정하고 유지, 해제하는 기능으 담당한다.

이 계층에서는 단지 데이터를 전달만 할뿐 전송하려는(또는 받으려는)데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경을 쓰지 않는다.

단지 데이터 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능만 할 뿐이다.

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

2계층 - 데이터 링크계층(Data Link Layer)

스위치

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

따라서 통신에서의 오류도 찾아주고 재전송도 하는 기능을 가지고 있는 것이다.

이 계층에서는 맥 주소를 가지고 통신하게 된다.

이 계층에서 전송되는 단위를 프레임이라고 하고, 대표적인 장비로는 브리지, 스위치 등이 있다.(여기서 MAC주소를 사용한다.)

->브릿지나 스위치를 통해 맥주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달함

물리 주소를 지정하고 흐름 제어 및 전송 제어를 수행

데이터 링크 계층(Data Link Layer)은 포인트 투 포인트(Point to Point)간 신뢰성있는 전송을 보장하기 위한 계층으로 CRC 기반의 오류 제어와 흐름 제어가 필요하다.

네트워크 위의 개체들 간 데이터를 전달하고, 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 찾아 내고, 수정하는데 필요한 기능적 절차적 수단을 제공한다.

주소 값은 물리적으로 할당 받는데, 이는 네트워크 카드가 만들어질 때부터 맥 주소(MAC address)가 정해져 있다는 뜻이다.

주소 체계는 게층이 없는 단일 구조이다.

데이터 링크 계층의 가장 잘 알려진 예는 이더넷, HDLC, PPP이다.

(이더넷 : CSMA/CD라는 프로토콜을 사용해서 통신하는 네트워킹의 한 방식)

이 외에도 HDLC나 ADCCP같은 포인트 투 포인트(Point to Point)프로토콜이나 패킷 스위칭 네트워크나 LLC, ALOHA같은 근거리 네트워크용 프로토콜이 있다.

네트워크 브릿지나 스위치 등이 이 계층에서 동작하며, 직접 이어진 곳에만 연결할 수 있다.

3계층 - 네트워크 계층(Network Layer)

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

여기에 사용되는 프로토콜의 종류도 다양하고, 라우팅하는 기술도 다양하다.
데이터 전송 단위는 패킷이다.

라우팅 및 라우팅 테이블

라우팅 : 한 네트워크에서 다른 네트워크로 패킷을 이동시키는 과정에서 네트워크 안의 호스트에게 패킷들을 전달하는 과정

라우터의 기능

경로 설정

데이터 패킷이 출발지부터 목적지까지 갈 수 있는 경로를 검사하고 어떤 경로로 가는것이 최선인지 결정

스위칭

경로 설정이 결정될 경우 데이터 패킷 스위칭 작업을 함

라우팅 테이블

패킷이 목적지, 목적지까지의 거리와 가는 방법 등을 명시하고 있는 테이블
시간에 따라 주기적으로 업데이트하며 라우터기기의 손상이나 새로운 경로 생성이나 제거에 따라 변화함

이 계층은 경로를 선택하고 주소를 정하고 경로에 따라 패킷을 전달해주는 것이 이 계층의 역할이다.

이 계층의 대표적인 장비는 라우터, ARP, ICMP, X-25이며, 요즘은 2계층의 장비 중 스위치라는 장비에 라우팅 기능을 장착한 Layer 3스위치도 있다.(여기서 IP주소를 사용한다.)

네트워크 계층(Network layer)는 여러개의 노드를 거칠때마다 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 제공한다.

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

라우터가 이 계층에서 동작하고 이 계층에서 동작하는 스위치도 있다.

데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만드는 계층이다.

논리적인주소 구조(IP), 곧 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적이다.

-> 주소부여(IP), 경로설정(Route)

4계층 - 전송 계층(Transport Layer)

통신을 활성화하기 위한 계층이다. 보통 TCP프로토콜을 이용하며, 포트를 열어서 응용프로그램들이 전송을 할 수 있게 한다.

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

단대단 오류제어 및 흐름제어 이 계층 까지는 물리적인 계층에 속한다.

(TCP/UDP 프로토콜을 사용한다.)

전송 계층(Transport layer)은 양 끝단(End to End)의 사용자들이 신뢰성있는 데이터를 주고 받을 수 있도록 해 주어, 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해준다.

시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 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 뜻한다.

가장 잘 알려진 전송 계층의 예는 TCP, UDP, SNTP, DNS, DHCP이다.

종단간(End to End) 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단간 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하며, 기능은 오류 검출 및 복구와 흐름제어, 중복검사 등을 수행한다.

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

5계층 - 세션 계층(Session Layer)

데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결을 말한다.

통신을 하기위한 대문이라고 보면 된다.

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

그러므로 세션 계층과 4계층과 무관하게 응용 프로그램 관점에서 봐야 한다.

세션 설정, 유지, 종료, 전송 중단시 복구 등의 기능이 있다.

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.

이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 진다.

-> 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류복구 명령들을 일괄적으로 다룬다.
통신을 하기 위한 세션을 확립/유지/중단 (운영체제가 해줌)

6계층 - 표현 계층(Presentation Layer)

데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고, 암호화 한다.

표현 계층(Presentation layer)은 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어 준다.

MIME인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다.

예를 들면, EBCDIC로 인코딩된 문서 파일을 ASCll로 인코딩된 파일로 바꿔 주는 것

해당 데이터가 TEXT인지, 그림인지, GIF인지, JPG인지 구분 등이 표현 계층의 몫이다.

-> 사용자의 명령어를 완성 및 결과 표현. 포장/압축/암호화

7계층 - 응용 계층(Application Layer)

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

해당 통신 패킷들은 방금 나열한 프로토콜에 의해 모두 처리되며 우리가 사용하는 브라우저나, 메일 프로그램은 프로토콜을 보다 쉽게 사용하게 해주는 응용프로그램이다.

한마디로 모든 통신의 양 끝단은 HTTP와 같은 프로토콜이지 응용프로그램이 아니다.

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

일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다.

응용 서비스의 예로, 가상 터미널(ex 텔넷) 등이 있다.

-> 네트워크 소프트웨어 UI 부분, 사용자의 입출력(I/O)부분

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