OSI 7 계층 (OSI 7 Layer)

LGE·2024년 10월 30일
OSI 7 LayerOSI 7계층

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OSI 7계층

1984년 국제표준화기구(ISO)에서 개발한 모델이며, 네트워크 프로토콜 디자인과 통신 과정을 7계층으로 구분하여 만든 표준 규격이다. 개방형 시스템(OSI, Open System Interconnection)으로 누구나 참조할 수 있고, 부가적인 기능을 추가할 수 있다는 장점이 있다. 각 계층은 독립적인 모듈이고 상하 계급 구조를 가지고 있어야 하며, 상위 계층의 프로토콜이 제대로 동작하기 위해서 하위의 모든 계층에 문제가 없어야 한다.


OSI 7계층이 만들어진 이유

OSI 7계층 개발 전 TCP/IP 4계층이란 모델이 있으나, 따로 표준이 되는 기준은 없었다. 회사 별로 제품 장비 규격이 제멋대로라 서로 호환되지 않아서 통신의 손실, 누락과 같은 문제가 발생하였다. 또한 기존 TCP/IP 4계층은 계층 별 구분이 명확하지 않았기 때문에 정확한 문제 발생 지점을 찾기 힘든 점도 있었다.
이로 인한 유지 보수 인력의 투입에 따른 비용의 증가 및 낭비 문제가 두드러지면서 표준 규격의 필요성이 대두되었다.

TCP/IP 4계층과 OSI 7계층 비교

TCP/IP 4계층과 OSI 7계층의 공통점은 '계층 구조'이다. 계층 구조는 네트워크 통신을 여러 계층으로 나눠 각 계층 별로 특정 기능을 담당케 한다. 각 계층은 독립적이고 서로 상호작용하며 데이터를 전달하는 구조를 형성한다.

차이점으론 OSI 7계층이 TCP/IP 4계층 보다 더 세분화 된 모델이라는 점이다. 기능 별로 계층을 좀 더 세분화 함으로써, 각 계층의 역할을 명확하게 정의할 수 있고 문제 발생 시 빠르게 원인 파악을 할 수 있다. 이로 인해 유지 보수에 발생하는 인력과 그에 따른 비용 감소의 장점이 있다.

PDU(Protocol Data Unit), SDU(Service Data Unit)

PDU는 각 계층의 전송 단위를 뜻하고 SDU는 상향/하향 계층 통신에 전달되는 실제 정보이다.


***

1계층: 물리 계층(Physical Layer)

  • PDU: 비트(Bit)
  • SDU: 010101101와 같은 전기적 신호 형태
  • 장비: 리피터(현재는 잘 사용하지 않음), 통신 케이블, 허브 등 물리적 매체
  • 프로토콜: Modem, Cable, Fiber, RS-232C

특징

  • OSI 7계층의 최하위 계층인 1계층이다.
  • 2계층(데이터 링크 계층)에서 받은 데이터를 물리적인 전송 매체(허브, 라우터, 케이블 등)을 통해 상대 장비에 전기적 신호를 바탕으로 통신하는 역할이다.
    • 전기적 신호를 바탕으로 통신만을 수행한다.


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  • PDU: 프레임(Frame)
  • SDU: 데이터 + TCP 헤더 + MAC 주소
  • 장비: 브리지, L2 스위치 등
  • 프로토콜: 이더넷, MAC, PPP, ATM, LAN, WIFI

특징

  • 1계층(물리 계층)에서 받은 전기적 신호를 데이터로 변환하는 역할을 수행한다.
    • 하지만 변환 시 문제 발생 확률이 증가한다. 그리하여 문제 발생을 최소화하기 위해 흐름 제어, 혼잡 제어, 오류 제어와 같은 역할을 수행한다.
    • 1계층을 통해 송수신 되는 데이터의 전송 오류를 감지하고, 오류 감지 시 재전송한다.
  • Point to Point 간 신뢰성 있는, 안정한 전송을 보장하기 위한 계층이다.
  • 물리적인 네트워크 기기들 사이의 데이터 전송을 담당한다.
  • 3계층(네트워크 계층)에서 정보를 받아 주소와 제어 정보를 헤더와 테일에 추가한다.
  • MAC(Media Access Control) 주소를 이용하여 통신한다.

※ MAC(Media Access Control) 주소

  • 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에서 사용되는 고유한 하드웨어 주소이다.
  • 48비트(6바이트) 크기의 주소로, 16진수(HEX)로 표현된다.
    - 00:1A:2B:3C:4D:5E
    • 앞 3바이트(OUI, Organizationally Unique Identifier): 제조사 고유 코드
    • 뒤 3바이트(Device Identifier): 제조사가 개별 장치에 할당하는 번호
  • 물리적으로 할당되는 주소이며, 네트워크 내에서 장치를 식별하는 역할이다.

역할

  • 이더넷, Wi-Fi 같은 LAN(Local Area Network) 환경에서 장치 간 데이터를 전송한다.
  • 스위치(Switch)가 MAC 주소 테이블을 사용하여 데이터 프레임을 올바른 장치로 전달한다.

※ LLC(Logical Link Control) 주소

  • 데이터 링크 계층의 상위 부분으로, MAC 주소와 함께 프레임의 흐름 및 오류 제어를 담당한다.
  • MAC 계층과 함께 작동하여 데이터의 전송 방식을 결정하고, 상위 계층(네트워크 계층)과 연결한다.

역할

  • 프레임의 멀티플렉싱 (여러 프로토콜 처리)
  • 오류 감지 및 재전송
  • 흐름 제어

사용 프로토콜

  • 802.2 (IEEE 표준)
  • SNAP (Subnetwork Access Protocol)


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3계층: 네트워크 계층(Network Layer)

  • PDU: 패킷(Packet)
  • SDU: 데이터(Data) + TCP 주소 + IP 주소
  • 장비: 라우터(Router), L3 스위치(L3 Switch)
  • 프로토콜: IP, ICMP 등

특징

  • 패킷을 목적지까지 효율적으로 전달하는 라우팅의 역할을 수행한다.
    • 여러 개의 노드를 거칠때마다 노드 간 최적의 경로를 찾는다.
  • 논리적인 주소 체계인 IP 주소가 나타나는 계층이다.
    • 출발지 IP 주소와 목적지 IP 주소의 개념이 발생한다.

라우팅(Routing)

  • 출발지와 목적지 간 최적의 경로를 설정한다.
  • 라우팅은 라우터가 하는 대표적 역할이다.
  • 정적 라우팅과 동적 라우팅 두 가지의 형태가 존재한다.
  • 별도로 설정하지 않는다면 동적 라우팅으로 통신한다.


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4계층: 전송 계층(Transport Layer)

  • PDU: TCP인 경우 세그먼트(Segment), UDP인 경우 데이터 그램(Datagram)
  • SDU: 데이터(Data) + TCP 헤더(Header)
  • 장비: 게이트 웨이(Gateway, 논리적 형태의 장비), L4 스위치
  • 프로토콜: TCP, UDP 등

특징

  • End to End, 발신지와 목적지 간 오류 제어 관리 역할을 수행한다.
    • End Point 사용자들 간 신뢰성 있는 데이터를 전송하는 역할을 담당한다.
  • 주소 설정, 오류 및 흐름 제어, 다양한 기능을 수행한다.

※ TCP(Transmission Control Protocol)

  • 신뢰성 있는 전송을 보장한다.
  • 패킷 손실, 중복, 순서 바뀜 등이 없도록 승인 번호(ACK)를 사용한다.
  • IP 주소를 처리할 수 있도록 데이터를 여러 개의 패킷으로 나누고, 도착지에서 완전한 데이터로 패킷을 재조립한다.
  • PDU: 세그먼트(Segment)

※ UDP(User Datagram Protocol)

  • 비연결형 프로토콜이다.
  • 데이터 전송 속도가 빠르나, 신뢰성을 보장하지 않는다.
    • 흐름 제어, 오류 수정이 없다. (단순 데이터만 전송!)
    • 패킷 손실 가능성이 있다.
    • 데이터의 순서 보장이 없다.
  • PDU: 데이터 그램(Datagram)


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5계층: 세션 계층(Session Layer)

  • PDU: 데이터(Data) 또는 메시지(Message)
  • SDU: 데이터(Data)
  • 프로토콜: NetBIOS

특징

  • 통신의 시작, 시작과 유지, 유지에서 종료와 같은 전반적인 모든 과정을 세션이라 칭한다.
  • 통신 세션을 구성하는 계층이며, 포트(Port)번호를 기반으로 연결한다.
  • 통신 장치 간 상호 작용을 설정하고 유지하며 동기화하는 역할을 수행한다.
  • 동시 송수신(Duplex), 반이중(Half-Duplex), 전이중(Full-Duplex) 방식의 통신과 함께 체크 포인팅과 종료, 다시 시작 과정 등을 수행한다.

※ NetBIOS(Network Basic input/Output System)

  • 근거리 네트워크에서 장치 간 통신을 위한 프로토콜이다.


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6계층: 표현 계층(Presentation Layer)

  • PDU: 데이터(Data) 또는 메시지(Message)
  • SDU: 데이터(Data)
  • 프로토콜: JPG, MPEG, SMB, AFP

특징

  • 7계층(응용 계층)에서 만들어진 데이터를 표현하는 역할을 수행한다.
    • 받은 데이터를 코드 변환, 구문 검색, 인코딩-디코딩 및 암호화, 압축의 과정을 통해 올바른 표준 방식으로 변환한다.
    • 데이터에 확장자를 부여한다.


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7계층: 응용 계층(Application Layer)

  • PDU: 데이터(Data) 또는 메시지(Message)
  • SDU: 데이터(Data)
  • 프로토콜: HTTP, DNS, Telnet, FTP 등

특징

  • 사용자의 인터페이스와 제일 근접한 계층이다.
    • 흔히 사용하는 여러 프로그램, 도구 등이 이 7계층에 속한다.


출처 & 참고

이미지 출처

  • ’데이터 통신’, 오창환 저, 한국 학술정보(주)

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