OSI 7계층이란?
OSI(Open Systems Interconnection) 7계층 모델은 네트워크 통신 구조를 설명하기 위해 국제 표준화 기구가 개발한 이론적 모델입니다. 이 모델은 네트워크 통신을 7단계로 나누어, 각 계층의 역할과 동작을 명확히 정의하여 네트워크 설계, 문제 해결, 프로토콜 개발에 도움을 줍니다. 이 글에서는 OSI 7계층의 역할과 주요 기술, 구현 방법을 쉽게 이해할 수 있도록 설명하겠습니다.
1. 물리 계층 (Physical Layer)
- 역할: 네트워크 데이터를 전기적 또는 광학적 신호로 변환하여 전송
- 기술
- 비트 단위 데이터 전송(0과 1)
- 물리적 매체(케이블, 무선 신호)의 특성과 속성 정의
- 전송 매체에 따른 신호 변환 및 전송 기술
- 구현 방법:
- 하드웨어: PHY 칩을 통해 구현.
- PHY 칩은 데이터를 아날로그 신호로 변환하거나 복원하는 역할을 수행
- 전송 매체: 이더넷 케이블, 광케이블, 무선 주파수
- 하드웨어: PHY 칩을 통해 구현.
- 예시: 이더넷, Wi-Fi, 광섬유 연결
2. 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)
- 역할: 같은 네트워크 내에서 신뢰할 수 있는 데이터 전송을 보장
- 기술
- 프레이밍: 데이터의 시작과 끝을 구분하기 위해 특정 비트열 추가
- ex) 데이터 종단 비트를 1111, 0000으로 추가
- 1111 0110 0000 → 데이터는 0110
- ex) 데이터 종단 비트를 1111, 0000으로 추가
- 오류 감지 및 수정
- MAC 주소 기반 전송: 동일 네트워크 내에서 장치를 식별
- 프레이밍: 데이터의 시작과 끝을 구분하기 위해 특정 비트열 추가
- 구현 방법:
- 하드웨어: 네트워크 인터페이스 카드(NIC, 랜카드)를 통해 구현
- 소프트웨어: 드라이버 소프트웨어를 통해 데이터 링크 계층 프로토콜 지원
- 예시: 이더넷 프레임, MAC 주소, 스위치
3. 네트워크 계층 (Network Layer)
- 역할: 데이터를 목적지 컴퓨터까지 전달
- 기술:
- 라우팅: 목적 IP 까지 최적 경로 선택 및 전달
- 패킷화: 데이터에 목적지 IP 주소를 추가
- 포워딩: 데이터를 다음 장치로 전달
- 구현 방법:
- 소프트웨어: 운영체제 커널에서 소프트웨어로 구현 (라우팅 및 IP 관리)
- 하드웨어: 라우터와 같은 네트워크 장비에서 처리
- 토폴로지
- 네트워크 상에서 호스트(Host)나 장치를 어떤 형상들로 연결 되어 있는지 보여주는 연결 방식
- 상황에 맞게 토폴로지를 사용해서 안전한 데이터 전송과 비용 절약이 가능하다
- 토폴로지를 알아야 터틀넥 현상을 해결할 수 있다
- 종류
- Bus형
- Ring형
- Tree형
- Star형
- Mesh형
- 예시: IP(IPv4, IPv6), 라우터, ICMP(핑 테스트)
4. 전송 계층 (Transport Layer)
- 역할: 데이터가 올바른 프로세스에 도달하도록 관리
- 기술
- 포트 번호를 통해 데이터 프로세스 지정
- 데이터 분할 및 재조합(세그멘테이션)
- 흐름 제어: 데이터 전송 속도 조절
- 오류 검출: 데이터 무결성 보장
- 구현 방법
- 소프트웨어: TCP/UDP 프로토콜을 통해 구현
- 예시: TCP, UDP, 포트 번호(HTTP: 80, HTTPS: 443)
5. 세션 계층 (Session Layer)
- 역할: 통신 세션 설정, 관리, 종료
- 기술
- 데이터 교환의 시작 및 끝 제어
- 연결 복구 및 동기화 지원
- 구현 방법:
- 소프트웨어: 네트워크 애플리케이션에 통합
- 예시: 로그인 세션, 원격 데스크톱 연결
6. 표현 계층 (Presentation Layer)
- 역할: 데이터 형식 변환 및 표현 방식 관리
- 기술
- 암호화/복호화: 데이터 보안 관리
- 압축/해제: 효율적인 데이터 전송
- 구현 방법:
- 소프트웨어: 애플리케이션 내 데이터 처리 또는 OS 계층에서 구현
- 예시: SSL/TLS, 파일 포맷(JPEG, PNG)
7. 응용 계층 (Application Layer)
- 역할: 사용자가 네트워크 서비스에 접근할 수 있도록 지원
- 기술
- HTTP, FTP, SMTP와 같은 프로토콜 제공
- 사용자와 가장 가까운 계층
- 구현 방법:
- 소프트웨어: 클라이언트와 서버 프로그램에서 구현
- 예시: 웹 브라우저, 이메일 클라이언트, FTP 클라이언트
OSI 7계층의 중요성
- 표준화: 통신 과정에서의 역할을 명확히 정의하여 호환성과 상호운용성을 보장
- 문제 해결: 특정 계층에서 발생한 문제를 쉽게 추적하고 수정 가능
- 효율적 설계: 각 계층이 독립적으로 설계 및 개선 가능
정리
- IP 주소: 네트워크 상의 컴퓨터 식별 주소
- 포트 번호: 특정 프로세스를 식별하여 데이터 전달
- 라우팅: 데이터를 여러 네트워크를 통해 전달하는 기술
- 프레임: 데이터 전송 단위(데이터 링크 계층)
- 패킷: 데이터 전송 단위(네트워크 계층)
OSI 7계층 정리 표
| 계층 | 역할 | 주요 기술/프로토콜 | 예시 | 현대 네트워크 적용 |
|---|---|---|---|---|
| 7. 응용 계층 | 사용자와 네트워크 간 인터페이스 제공 | HTTP, FTP, SMTP | 웹 브라우저, 이메일 클라이언트 | TCP/IP의 어플리케이션 계층 |
| 6. 표현 계층 | 데이터 형식 변환(암호화, 복호화, 압축 등) | 데이터 변환, 암호화, 압축 | SSL, JPEG, PNG | TCP/IP의 어플리케이션 계층 |
| 5. 세션 계층 | 통신 세션 설정, 유지, 종료 | 세션 관리, 동기화 | 로그인 세션 유지 | TCP/IP의 어플리케이션 계층 |
| 4. 전송 계층 | 데이터가 올바른 프로세스(프로그램)에 도달하도록 관리 | TCP, UDP | 포트 번호 (8080, 443 등) | TCP/IP의 트랜스포트 계층 |
| 3. 네트워크 계층 | 데이터를 목적지 컴퓨터(IP 주소 기반)로 전달 | IP, ICMP | 라우터, IP 주소 | TCP/IP의 인터넷 계층 |
| 2. 데이터 링크 계층 | 같은 네트워크 내에서 데이터 전송을 관리 | 이더넷, Wi-Fi | 스위치, MAC 주소 | TCP/IP의 네트워크 인터페이스 계층 |
| 1. 물리 계층 | 데이터의 전기적, 물리적 전송 방식 정의 | 전송 매체 (광섬유, 전선), PHY 칩 | 전선, 광케이블 | TCP/IP의 네트워크 인터페이스 계층 |
지금까지 OSI 7계층에 대해 알아보았습니다. OSI 7계층은 교육과 개념적인 설명에 주로 사용되는 모델입니다. 그래서 다음 글은 실제 인터넷 네트워크에서 사용하는 모델인 TCP/IP 모델에 대해서 다뤄보겠습니다.
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