OSI Model (Open Systems Interconnection)
“Please Do Not Throw Sausage Pizza Away”
| 계층 | 주요 기능 | 예시 | 데이터 단위 |
|---|---|---|---|
| 응용(Application) | 사용자 애플리케이션과 직접 인터페이스하며, 파일 전송, 이메일, 웹 브라우징 등 서비스 제공 | HTTP, FTP, SMTP, DNS, POP3, IMAP | 데이터(Data) |
| 표현(Presentation) | 데이터 번역, 암호화, 압축 등을 수행하며, 데이터가 사용 가능한 형식인지 보장 | SSL/TLS, JPEG, MPEG, GIF | 데이터(Data) |
| 세션(Session) | 애플리케이션 간 세션을 설정, 관리, 종료 | NetBIOS, RPC, PPTP | 데이터(Data) |
| 전송(Transport) | 신뢰성 있는 데이터 전송, 오류 검사, 흐름 제어 제공 | TCP, UDP | 세그먼트(Segment), 데이터그램(Datagram) |
| 네트워크(Network) | 데이터 전달 최적 경로 결정, 논리적 주소 지정 | IP, ICMP, RIP, OSPF | 패킷(Packet) |
| 데이터 링크(Data Link) | 노드 간 전달, 오류 검출 및 수정, 물리적 주소(MAC) 처리 | Ethernet, PPP, ARP, 스위치 | 프레임(Frame) |
| 물리(Physical) | 물리 매체(케이블, 전파, 광섬유)를 통해 비트 스트림 전송 | Ethernet 케이블, Wi-Fi, Bluetooth | 비트(Bit) |
1. 물리 계층 (Physical)
: 컴퓨터 간의 물리적 연결과 신호 전달을 담당하는 계층
[주요 특징]
- 비트 전송:
데이터를 0과 1의 비트 신호(전기, 빛, 전파) 로 변환하여 전송 - 전송 매체 정의:
케이블 종류 UTP, STP, 광케이블, 동축 등 - 전송 방식 정의:
단방향/양방향 통신: 단방향(Simplex), 반이중(Half-Duplex), 전이중(Full-Duplex) - 속도 제어:
데이터 전송 속도(baud rate, bps), 신호 동기화, 클럭 신호 전달
[e.g.]
케이블, 허브, 리피터: 물리 계층 장비
컴퓨터 A가 0101 데이터를 보내면,
물리 계층에서 전압 HIGH/LOW 신호로 변환 → 케이블로 전송 → B의 물리 계층에서 다시 비트로 변환
2. 데이터 링크 계층 (Data Link)
: 신호를 안전하게 전달하고, 누가 데이터를 받을지 관리하는 계층
물리 계층에서 전송된 비트를 프레임 단위로 묶고, 에러 검출/제어, 흐름 제어
[주요 특징]
-
주소지정 (Addressing):
LAN 내 (같은 네트워크 내) 물리적 장치(MAC: Media Access Control) 주소 사용
네트워크 카드의 고유 MAC 주소로 목적지 지정 ⇒ 충돌 방지
- 접근제어 (Media Access Control, MAC)
공유 매체(LAN)에서 누가 언제 데이터를 전송할지 결정
e.g. CSMA/CD, CSMA/CA
-
프레이밍 (Frame)
0과 1의 단순한 비트를 프레임(데이터 묶음) 으로 구분
헤더(Header)와 트레일러(Trailer)를 추가하여 수신측에서 데이터 경계를 인식 가능 -
에러 검출 및 정정
전송 중 발생할 수 있는 비트 오류 검출
LLC (Logical Link Control) : 오류 검출, 흐름 제어
e.g. 패리티 비트, CRC(Cyclic Redundancy Check) -
흐름 제어 (flow control)
송신과 수신 속도 차이를 조정
수신측이 처리할 수 있는 속도만큼 데이터 전송
[e.g.]
이더넷(유선LAN), Wi-Fi, PPP (Point-to-Point Protocol), 스위치, 브릿지
- 컴퓨터 A가 프레임을 만들고 MAC 주소를 붙여 송신
- 스위치가 목적지 MAC 주소를 확인하여 프레임 전달
- 수신측 컴퓨터 B가 CRC 체크로 에러 여부 확인
3. 네트워크 계층 (Network)
≒ 네이게이션
: 다중 네트워크(서로 다른 네트워크) 간의 경로를 결정하는 계층
논리적 주소(IP) 기반 패킷 전달 및 라우팅
데이터 패킷에 어느 도시, 어느 집( IP 주소) 적음 & 최적 경로 안내 & 길이 막히면 다른 길로 우회 (라우팅 변경)
[주요 특징]
-
논리적 주소 지정 (Logical Addressing)
IP 주소를 사용하여 네트워크 상에서 장치 식별
// MAC 주소는 물리적 주소(Data Link), IP는 논리적 주소(Network) -
라우팅(Routing)
송신자와 수신자가 같은 네트워크에 없을 때 라우터가 중간에서 최적의 경로를 찾아줌
목적지까지 가는 길을 여러 라우터가 협력해서 결정
이동할 경로를 선택하여 Ip 주소를 지정하고, 해당 경로에 따라 패킷을 전달
c.f. 라우터: 서로 다른 네트워크를 연결하고, 패킷의 경로를 결정하는 핵심 장비 -
패킷 전달(Packet Forwarding)
데이터 프레임에서 패킷 단위로 분리 → 목적지 주소를 붙여 보냄
패킷은 서로 다른 경로로 가더라도 최종적으로 목적지에서 다시 합쳐짐
(c.f.) 패킷 단위 스위칭 (Packet Switching)
- 인터넷: 여러 경로가 존재하는 네트워크의 연결망
- 패킷마다 최적의 경로를 판단해 보낼 수 있기 때문에 같은 출발지 → 목적지 간에도 각 패킷이 다른 경로를 택할 수 있음
-
분할과 재조립(Fragmentation & Reassembly)
큰 패킷을 작은 단위로 나누어 전송 후, 수신 측에서 재조립 -
혼잡 제어 & 오류 처리
네트워크가 과부하일 때 패킷을 지연시키거나 폐기
ICMP 같은 프로토콜로 오류 메세지 전달 → 핑(ping) 명령, 네트워크 오류 확인
(c.f.) ICMP (Internet Control Message Protocol)
- 네트워크 계층에서 동작하는 제어 및 오류 메세지 프로토콜
- ICMP 메시지는 데이터가 아닌 제어 메시지로, IP 패킷 안에 실려 전송
- IPSec → 보안 기능(암호화, 인증) 추가
[e.g.]
라우터, L3 스위치 (Layer 3 Switch): 스위치 기능 + 라우팅 기능
- 출발지 PC가 목적지 IP를 가진 패킷 생성
- 라우터가 최적 경로를 찾아 패킷 전달
- 중간 네트워크에서 패킷 분할 필요 시 분할 후 전송
- 목적지에서 패킷 재조립 및 상위 계층으로 전달
4. 전송 계층 (Transport)
: 전송계층은 호스트 간 데이터 전송과 애플리케이션 간 통신을 담당
데이터를 프로세스 간 정확하고 효율적으로 전달하는 계층
IP 계층에서 받은 패킷을 확인 & 포트 번호로 목적 프로세스 결정 → 데이터를 해당 애플리케이션으로 전달
( c.f.) 프로세스
: 네트워크 통신을 수행하는 애플리케이션 단위
[주요 특징]
- 세그먼트화(Segmentation)
상위 계층(세션, 애플리케이션)에서 받은 데이터를 세그먼트(Segment) 단위로 쪼갬
수신 측에서는 이를 다시 합쳐 원본 데이터 복원
- 데이터 단위: 세그먼트(Segment, TCP) / 데이터그램(Datagram, UDP)
- 에러 검출 & 신뢰성 보장
데이터 전송 보장 (재전송, 오류 검출, 순서 보장)
- TCP는 신뢰성 제공, UDP는 비신뢰성(빠른 전송)
-
다중화/역다중화(Multiplexing/Demultiplexing)
포트 번호 관리 한 장치 안에서도 여러 애플리케이션이 동시에 네트워크를 사용할 수 있음
포트 번호를 사용해 애플리케이션 구분
e.g. 브라우저(80/443 포트), 메일(25, 587 포트) -
연결 설정과 해제
TCP는 3-way handshake로 연결을 만들고, 4-way handshake로 연결을 종료
[e.g.]
- TCP : 웹 브라우저(HTTP), 이메일(SMTP), 파일 전송(FTP)
- UDP :실시간 스트리밍, 온라인 게임, VoIP
5. 세션 계층 (Session)
≒ 전화
통신을 하는 두 애플리케이션 간의 대화(세션)를 관리하는 계층
데이터를 전송할 수 있는 연결을 만들고(Establish), 유지하고(Maintain), 끝내는(Terminate) 일을 담당
[주요 특징]
-
세션 생성 & 종료
두 애플리케이션이 통신할 수 있도록 세션을 열고(Open), 통신이 끝나면 닫음(Close) -
동기화 (Synchronization)
데이터 전송 도중 문제가 생겨도 이어받을 수 있도록 체크포인트 설정
대용량 파일 전송 중 끊기면 처음부터가 아니라 중간부터 재개 가능 -
대화 제어 (Dialog Control)
통신 방식 관리: 토큰 관리
- 전이중(Full-duplex): 양쪽이 동시에 송수신 (예: 화상통화)
- 반이중(Half-duplex): 한 번에 한쪽만 송수신 (예: 무전기)
[e.g.]
- 원격 접속(SSH, RPC, NetBIOS)
- 파일 공유 서비스
- 화상 회의(VoIP, Video conferencing)
- 로그인 세션 관리 (예: FTP 로그인/로그아웃)
6. 표현 계층 (Presentation)
≒ 통역사
데이터의 형식을 변환하여 서로 다른 시스템이 이해할 수 있도록 함 (Translation)
[주요 특징]
-
데이터 변환 (Translation)
서로 다른 인코딩 방식 / 데이터 형식을 맞춤
예: ASCII ↔ EBCDIC, JSON ↔ XML -
문법/구문 처리 (Syntax Handling)
서로 다른 시스템 간의 데이터 구문 차이를 해결 -
압축과 해제 (Compression/Decompression)
전송 효율을 높이기 위해 데이터 압축
예: 이미지(JPEG), 동영상(MP4), 텍스트(Gzip) -
암호화 및 복호화 (Encryption / Decryption)
보안을 위해 송신 측에서 데이터를 암호화하고, 수신 측에서 복호화
e.g. SSL/TLS 암호화 통신
[e.g.]
- 파일 형식 변환: JPEG, PNG, GIF, MP4 등
- 데이터 압축: ZIP, GZIP
- 보안 통신: SSL/TLS (HTTPS 기반)
- 문자 인코딩: UTF-8, ASCII, Unicode
7.응용 계층 (Application)
네트워크 서비스를 애플리케이션(프로그램)에 제공하는 계층
사용자가 웹 브라우저, 메일 클라이언트, 메신저 같은 애플리케이션을 통해 네트워크를 이용할 수 있도록 해주는 인터페이스 계층
[주요 특징]
- 네트워크 서비스 제공
파일 전송, 이메일, 웹 서비스, 원격 접속 등 - 사용자 인터페이스 연결
사용자가 애플리케이션을 통해 네트워크 기능을 직관적으로 사용 가능 - 프로토콜 정의
애플리케이션 별로 통신 규약(프로토콜)을 제공 → 서비스별 호환성 확보
[e.g.]
- 웹 브라우징: HTTP, HTTPS
- 이메일: SMTP, POP3, IMAP
- 파일 전송: FTP, SFTP, TFTP
- 원격 접속: SSH, Telnet
- 이름 변환: DNS
- 네트워크 관리: SNMP
OSI Model & TCP/IP Model
- OSI 7계층 → 네트워크 기능을 이론적으로 세분화하여 표준화한 구조 (교육, 표준 설계에 적합)
- TCP/IP 4계층 → 실제 인터넷 통신에서 쓰이는 구조 (실용적, 단순화)
- 둘의 관계: OSI는 "개념적 모델", TCP/IP는 "구현 모델"
