네트워크의 구조적 모델
네트워크는 다수의 시스템을 전송 매체로 연결해 구성한 시스템들의 집합체며, 소규모의 네트워크들은 전송 매체로 연결되어 더 큰 네트워크로 반복적으로 확장될 수 있따. 컴퓨터 네트워크는 물리적으론 시스템과 전송 매체로 구ㅜ분되지만, 이들이 수행하는 내부 기능을 기초로 하여 다양한 구조로 세분화할 수 있따.
OSI 7계층 모델
다수의 시스템을 서로 연결해서 통신하기 위해선 전체 시스템 구조를 표준화해야 한다. 국제 표준화 단체인 ISO (International Standard Orgnaization) 에서는 OSI (Open System Interconnection) 7 계층 모델을 제안하여, 네트워크에 연결된 시스템이 갖추어야 할 기본 구조와 기능을 상세히 정의하고 있다.
계층 구조
OSI 7 계층 모델에 따르면 네트워크에 연결된 호스트들은 7개 계층으로 모듈화된 전송 기능을 갖추어야 하며, 일반 사용자는 OSI 7 계층 꼭대기 '응용 계층'을 통해 데이터의 송수신을 요청하며, 이 요청은 하위 계층에 순차적으로 전달되어 맨 아래에 있는 '물리 계층'을 통해 상대 호스트에 전송된다. 요청이 각 계층으로 하달되는 과정에서 계층별로 자신이 담당하는 기능을 수행하여 데이터를 안전하게 전달해준다. 이 과정에서 송수신 호스트 사이의 라우터들이 중개 기능을 수행한다. 일반적으로 라우터는 하위 3개 계층의 기능만 수행한다.
데이터를 수신하는 호스트와 송신하는 호스트는 반대 방향으로 처리가 이루어지는데,
수신하는 호스트의 경우 물리 계층 -> 응용 계층을
수신 호스트에서 처리가 완료된 결과를 회신할 땐 응용 -> 물리 과정을 거치며 송신 호스트로 되돌아간다.
계층별 기능
OSI 7계층의 모델의 각 계층은 독립적인 고유 기능을 수행하며, 하위 계층이 바로 위 계층에 서비스를 제공하는 형식으로 동작한다.
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응용 계층
응용 계층은 일반 사용자를 위한 다양한 네트워크 응용 서비스를 지원한다. -
표현 계층
표현 계층은 정보를 교환하는 호스트들이 표준화된 방법으로 데이터를 인식할 수 있게 해준다. 또한 압축과 암호화의 기능도 제공한다. -
세션 계층
세션 계층은 응용 환경에서 사용자 간 대화 개념의 연결을 지원한다. 예를 들어, 인터넷에서 파일 송수신 중 연결이 끊기면 이는 전송 계층의 연결이 종료된 것이다. 이후 전송 계층의 연결을 다시 설정하여 이전에 데이터 송수신이 멈춘 지점부터 이어서 전송하는 기능은 세션 계층이 지원한다. -
전송 계층
전송 계층은 송신 프로세스와 수신 프로세스 간의 연결 기능을 제공한다. 일반적으로 계층 4까지의 기능은 운영체제에서 System Call 형태로 상위 계층에 제공되며, 계층 5~7의 기능은 응용 프로그램으로 작성된다. -
네트워크 계층
송신 호스트에서 전송된 데이터가 수신 호스트에 도착하는 과정에선 여러 개의 라우터를 거친다. 이를 네트워크 계층이라고 한다. 네트워크 내부 구조는 라우터들로 구성되고, 라우터들은 네트워크 바깥쪽에 연결되는 송수신 호스트 사이의 중개 기능을 수행한다. 데이터 중개 과정에서 특정 지역에 네트워크 부하가 증가하여 발생하는 혼잡 (Congestion) 현상이 발생할 수 있는데 혼잡 제어 또한 데이터의 전송 경로와 관계되므로 네트워크 계층이 담당한다. -
데이터 링크 계층
데이터 링크 계층은 물리 계층에서 감지된 오류를 인지하고 복구한다. 또한 물리 계층에서 미쳐 감지하지 못한 오류를 인지한다. 대표적인 물리적 오류로는 데이터가 도착하지 못하는 데이터 분실과 내용이 깨져서 도착하는 데이터 변형이 있다. 일반적으로 컴퓨터 네트워크에서 오류 복구는 송신자가 원래의 데이터를 재전송하는 방식으로 처리한다. -
물리계층
물리계층은 호스트를 전송 매체와 연결하기 위한 인터페이스 규칙과 전송 매체의 특성을 다루며, 물리 계층을 통해 데이터를 전송받는 과정에서 잡음과 같은 외부 요인에 의하여 물리적 오류가 발생할 수 있는데, 이러한 물리적 전송 오류를 감지한다. 물리 계층은 크게 유선 매체와 무선 매체로 구분됨
프로토콜과 인터페이스
네트워크 사용자가 통신한다는 것은 데이터를 서로 주고받는다는 것을 의미한다. 최종 사용자가 데이터를 보내고 받으려면 양쪽 호스트에서 실행되는 OSI 7계층의 모듈이 유기적으로 연동되어야 한다. 즉, 호스트간 통신 과정에서는 각 계층의 모듈이 상대 호스트의 동일 계층과 개별적으로 논리적 통신을 수행해야 함. 이 과정에서 필요한 규칙을 프로토콜 (Protocol) 이라고 한다. 상하위 계층 간에는 인터페이스 (Interface) 라는 규칙이 존재하고, 하위 계층이 상위 계층에 제공하는 인터페이스를 서비스라고 부른다. 한 호스트를 기준으로 데이터 전송은 위아래 양방향으로 모두 가능하며, 두 호스트 사이에서는 좌우 양방향으로 모두 가능하다. 다만, 좌우 간의 물리적인 데이터 전송은 반드시 가장 아래의 물리 계층을 통하여 이루어진다.
호스트 1의 계층 n이 호스트 2의 계층 n에 데이터를 전송하는 과정은 하위의 계층 n-1을 통해 이루어진다. 따라서 호스트 1과 호스트 2의 계층 n 프로토콜이 서로 통신하려면 계층 n-1 프로토콜의 서비스가 필요다. 호스트 1의 계층 n-1에 전송할 데이터를 주어 호스트 2에 전송하도록 부탁한다. 호스트 1의 계층 n-1 은 다시 하위 계층의 도움을 받아 호스트 2의 계층 n-1에 데이터를 보낸다. 마지막으로 호스트 2의 계층 n-1이 수신한 데이터를 계층 n에 올려줌으로써 계층 n 사이의 통신이 완료된다. 이 원리는 ISO 7계층 모델에서 7개 계층에 모두 적용되며, 상대 호스트에 물리적으로 데이터를 전송하는 것은 맨 아래의 물리 계층이다. 물리 계층 위에 있는 계층 프로토콜들은 각자의 정해진 기능을 수행하면서 논리적인 통신을 하는 것이다.
