3. [네트워크] OSI 7 계층 (OSI 7 LAYER) 개념 및 각 계층 설명

ITSEONG 2022. 3. 16. 22:34

OSI 모형(Open Systems Interconnection Reference Model)은 국제표준화 기구(ISO)에서 개발한 모델로, 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 것이다. 이를 일반적으로 OSI 7 계층이라고 한다.

배경

여러 정보통신업체 장비들은 자신의 업체 장비끼리만 연결이 되는 등 호환성이 없었다.
따라서 ISO 단체에서 1984년에 OSI 참조모델을 발표하게 된다.
모든 시스템들의 상호 연결에 있어 문제 없도록 표준을 만든 것이며 7개의 계층으로 구분이 된다.

목적

이 모델은 프로토콜을 기능별로 나눈 것입니다. 각 계층은 하위 계층의 기능만을 이요하고, 상위 계층에게 기능을 제공한다.. '프로토콜 스택'혹은 '스택'은 이러한 계층들로 구성되는 프로토콜 시스템이 구현된 시스템을 가리키는데, 프로토콜 스택은 하드웨어나 소프트웨어 혹은 둘의 혼합으로 구현될 수 있다. 일반적으로 하위 계층들은 하드웨어, 상위 계층들은 소프트웨어로 구현된다.

작동 원리

OSI 7계층은 응용, 표현, 세션, 전송, 네트웤, 데이터링크, 물리계층으로 나뉨.
전송 시 7계층에서 1계층으로 각각의 층마다 인식할 수 있어야 하는 헤더를 붙임(캡슐화)
수신시 1계층에서 7계층으로 헤더를 떼어냄(디캡슐화)
출발지에서 데이터가 전송될 때 헤어가 추가되는데 2계층에서만 오류제어를 위해 꼬리부분에 추가됨
물리계층에서 1, 0 의 신호가 전송매체(동축케이블, 광섬유 등)을 통해 전송

계층 기능

계층 1: 물리계층(Physical layer)

물리계층은 OSI 7계층 모델에서 가장 낮은, 첫 번째 계층이다. 이 계층의 구현 이름은 PHY라는 용어로도 불린다.

물리 계층은 어떤 하나의 네트워크에서 기본 네트워크 하드웨어 전송기술들로 구성된다. 네트워크의 높은 수준의 기능의 논리 데이터 구조를 기초로 하는 필수 계층이다. 다양한 특징의 하드웨어 기술이 접목되어 있기에 OSI아키텍처에서 가장 복잡한 계층으로 간주된다.

물리계층에 해당하는 하드웨어 장비의 예 - 네트워크 어댑터, 리피터, 네트워크 허브, 모뎀

계층 2: 데이터 링크 계층(Date link layer)

데이터 링크 계층은 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, 수정하는 데 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 계층이 없는 단일 구조이다. 데이터 링크 계층의 가장 잘 알려진 예는 이더넷이다. 이 외에도 HDLC 나 ADCCP 같은 포인트 투 포인트(point-to-point) 프로토콜이나 패킷 스위칭 네트워크나 LLC, ALOHA 같은 근거리 네트워크용 프로토콜이 있다. 네트워크 브릿지나 스위치 등이 이 계층에서 동작하며, 직접 이어진 곳에만 연결할 수 있다.

데이터 링크 계층에는 두 가지 주요기능이 있다.

주소 할당 : 물리 계층으로부터 받은 신호들이 네트워크 상의 장치를 올바르게 안착할 수 있게 한다.(MAC - 물리적 주소)
오류 감지 : 신호가 전달되는 동안 오류가 포함되는지를 감지한다. 오류가 감지되면 데이터 링크 계층은 해당 데이터를 폐기한다.

데이터 링크 계층에 해당하는 하드웨어 장비의 예 - NDIS, Bridge, L2 switch

레이어 2 커뮤니케이션에서, 스위치는(switch)는 전송받은 프레임(frame)을 어디로 보내야하는지 알아야한다. 그 렇게 하기 위해서는 스위치 테이블(switch table) 또는 맥 어드레스 테이블(Mac address table)을 확인한다.

전송해야 하는 도착지가 테이블에 있는 경우 그 경로로 프레임을 보내면된다.
만약 테이블에 전송해야하는 도착지가 없을 경우, 모든 포트에 그 프레임을 전송시킨다.(flooding)
도착지에 도착후, 도착지의 장치가 자신의 맥 어드레스를 테이블로 전송한다.
해당되는 장치의 맥어드레스를 테이블에 저장시키낟.
다음부터 그 프레임이 위 장치가 목적지인 경우 테이블을 참고하여 프레임을 전송한다.

계층 3 : 네트워크 계층(Network layer)

네트워크(Network layer)은 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, 흐름제어, 세그멘테이션, 오류 제어, 인터네트워킹 등을 수행한다.

라우터가 이 계층에서 동작하고 이 계층에서 동작하는 스위치도 있다. 데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만드는 계층이다. 논리적 주소 구조(IP), 곧 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적이다.

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.

주소부여(IP)
경로설정(Route)

계층 4 : 전송 계층(Transport layer)

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 유효성을 제어하고, 일부 프로토콜은 상태 개념이 있고(stateful), 연결 기반이다.

이는 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다는 것을 뜻한다. 잘 알려진 전송계층 예는 TCP이다.

종단간(end-to-end) 통신을 다루는 최하위 꼐층으로 종단간 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하며, 기능은 오류검출 및 복구와 흐름제어, 중복 검사 등을 수행한다.

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

계층 5 : 세션 계층(Session layer)

세션 계층(Session layer)은 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공한다. 동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식 (half-duplex), 전이중 방식(FullDuplex)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)

계층 6 : 표현 계층(Presentation layer)

표현 계층(Presentation layer)은 코든 간의 변역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어 준다. MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다. 예를 들면 EBCDIC로 인코딩된 문서 파일을 ASCII로 인코딩된 파일로 바꿔 주는 것이 표현 계층의 몫이다.

사용자의 명령어 완성 및 결과 표현
포장/압축/암호화

계층 7 : 응용 계층(Application layer)

응용 계층(Application layer)은 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다. 일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다. 으용서비스의 예로, 가상 터미널(ex. 텔넷), "Job transfer and Manipulation Protocol" (JTM, 표준 ISO/IEC 8832) 등이 있다.

네트워크 소프트웨어 UI부분
사용자의 입출력( I/O )부분