OSI 참조 모델
- 국제표준화기구(ISO)는 서로 다른 컴퓨터가 네트워크 구조에 상관없이 통신할 수 있도록 OSI 참조 모델을 만들었다.
- OSI 참조 모델은 컴퓨터 통신 기능을 계층 구조로 나누어 각 계층마다 표준화된 서비스와 프로토콜을 규정한 모델로, 일종의 통신 규칙 모음이다.
- 네트워크에 필요한 프로토콜 기능들을 7계층으로 나누어 복잡성을 줄이고 계층간의 간섭을 최소화한다.
- 이에 따라 각 계층의 원인을 분석할 수 있어 문제 해결이 쉬워지고, 네트워크 장비의 문제 없이 데이터를 송수신할 수 있게 되었다.
OSI 참조 모델의 특징
- 계층 간 상하 구조와 독립성
OSI 참조 모델의 7계층은 계층 간 상하 구조를 가진다. 상하 구조를 가진다는 것은 모든 하위 계층이 정상적으로 작동해야 상위 계층이 정상적으로 작동할 수 있는 구조라는 것이다.
각 계층은 독립성을 띠고 있다. 오류가 발생한 계층을 파악했을 때, 해당 계층만 수정하면 네트워크 통신을 정상화할 수 있다. 따라서 다른 계층의 장비에는 직접적인 피해를 주지 않는다.
- Encapsulation & Decapsulation
사용자가 어떤 데이터를 생성하고 다른 계층으로 전송하는 과정을 상상해보자. 각각의 층마다 하위 계층으로 전송할 때, 다른 계층에서 처리한 데이터를 인식할 수 있도록 데이터에 헤더를 붙이게 된다. 이 과정을 캡슐화(Encapsulation) 라고 한다.
이 데이터는 물리 계층에서 0과 1로 이루어진 신호로 변환되어 전송 매체를 통해 전달된다. 신호를 받은 곳에서는 이 신호를 다시 원래 데이터의 모습으로 사용하기 위해 물리 계층부터 응용 계층까지 데이터를 올리게 된다. 이때 계층을 지날 때마다 붙었던 헤더에 담긴 정보를 확인하고 떼어내면서 데이터를 읽게 된다. 이 과정을 역캡슐화(Decapsulation)라고 한다.
1~4 계층에서는 데이터 전송 단위를 메시지/데이터라고 부르고, 소프트웨어를 통해 구현되기 때문에 별도의 하드웨어 장비가 없다.
응용 계층 (제 1계층)
- 주요 프로토콜 : HTTP, FTP, DHCP, DNS
- 최상위 계층으로, 사용자와 직접 상호작용하며 인터페이스 역할을 수행한다. 각 프로세스 간의 정보 교환을 담당한다.
표현 계층 (제 2계층)
- 주요 프로토콜 : JPEG, MPEG, ASCII
- 송/수신자가 공통으로 이해할 수 있도록 데이터를 다른 표현 형태로 변환한다. 송수신된 데이터를 일관되게 출력되도록 하기 위한 계층이다.
세션 계층 (제 3계층)
- 주요 프로토콜 : TLS, SSH
- 응용 프로세스를 통해 통신 세션을 구성한다. 애플리케이션을 통해 포트 연결을 진행하여 데이터가 통신하기 위한 논리적 연결을 담당한다. 포트 연결을 통해 통신 장치 간의 상호작용을 설정하고 유지하며, 동기화하는 역할을 한다.
전송 계층 (제 4계층)
- 주요 프로토콜 : TCP, UDP
- 데이터 전송 단위 : 세그먼트, 데이터그램(in UDP)
- 장비 : 게이트웨이
- 종단 간 정보 전송의 신뢰성을 보장하고 오류를 복구하며, 흐름을 제어한다. 신뢰성을 보장한다는 말은 데이터가 정상적으로 전송됐는지 확인하고 그렇지 못한 데이터가 있다면 이를 재전송하여 누락되는 데이터가 없도록 보장한다는 의미다.
네트워크 계층 (제 5계층)
- 주요 프로토콜 : IP, ICMP, IGMP, ARP
- 데이터 전송 단위 : 패킷
- 장비 : 라우터
- 데이터가 최종 목적지까지 어떤 경로를 통해 전달될 지 경로를 설정하는 역할을 한다. 다중 네트워크 링크에서 패킷을 최종 목적지까지 가장 빠르고 안전하게 전달하는데 이 과정을 라우팅이라고 한다. 라우터를 통해 이동할 경로를 선택하여 IP 주소를 지정하고, 해당 경로에 따라 패킷을 전달해준다.
데이터 링크 계층 (제 6계층)
- 주요 프로토콜 : CSMA/CD, LLC, 토큰링
- 데이터 전송 단위 : 프레임
- 장비 : 브릿지, 스위치
- 데이터 통신 과정에서 오류가 없도록 노드 간의 정보 전송의 신뢰성을 보장한다. 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안정된 정보를 전달한다. 네트워크 계층에서 전달받은 데이터에 그 정보의 주소와 제어 정보를 각각 헤더와 테일로 붙인다. 대표적인 장비인 스위치는 각 장치마다 MAC 주소를 두어 정확한 장치로 데이터를 전송할 수 있도록 한다.
물리 계층 (제 7계층)
- 장비 : 중계기, 케이블, 허브
- 데이터를 물리 매체상으로 전송하는 역할을 담당한다. 케이블과 같은 연결 장치를 사용하여 다른 장치와의 물리적인 연결을 수행하고, 이 연결을 바탕으로 전기 신호를 직접 전송하는 계층이다. 물리 계층은 별다른 알고리즘이나 오류 제어 기능은 없고 단순히 데이터 전달의 역할만 수행하도록 설계되었다.
TCP/IP 모델
OSI와 비슷하게 네트워트에 필요한 기능을 4계층으로 나눈 모델이다. OSI보다 먼저 등장했으며 현재 표준으로 자리잡고 있다. OSI 모델과 유사하나 완전하게 들어맞지는 않으며 대표적으로 계층의 수가 다르다.
응용 계층
- OSI 7계층에서 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층에 해당한다.
- 다른 계층의 서비스에 접근할 수 있게 하는 애플리케이션을 제공한다.
- 애플리케이션들이 데이터를 교환하기 위해 사용하는 프로토콜을 정의한다.
전송 계층
- OSI 7계층에서 전송 계층에 해당한다.
- 네트워크 양단의 송수신 호스트 사이에서 신뢰성 있는 전송 기능을 제공한다.
- 시스템의 논리주소와 포트를 가지고 있어서 각 상위 계층의 프로세스를 연결해서 통신한다.
- 정확한 패킷의 전송을 보장하는 TCP와 보장하지 않은 UDP 프로토콜을 이용한다.
- 데이터의 정확한 전송보다 빠른 속도의 전송이 필요한 멀티미디어 통신에서는 UDP를 사용하는 것이 더 유용하다.
네트워크 계층
- OSI 7계층에서 네트워크 계층에 해당한다.
- 상위 계층에서 받은 데이터에 IP 패킷 헤더를 붙여 IP 패킷을 만들고 이를 전송한다.
- 통신 노드 간의 IP 패킷을 전송하는 기능과 라우팅 기능을 담당한다.
네트워크 접속 계층
- OSI 7계층에서 데이터 링크 계층과 물리 계층에 해당한다.
- TCP/IP 패킷을 네트워크 매체로 전달하는 것과, 네트워크에서 TCP/IP 패킷을 받아들이는 과정을 담당한다.
- 에러 검출 기능과 패킷의 프레임화 기능을 수행한다.
두 모델의 공통점과 차이점
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공통점
두 모델은 두 호스트 사이에서 계층형 구조로 네트워킹이 이루어진다는 논리적 관점을 제공한다. 각 계층에서 일어나는 일들을 모듈화시킬 수 있다. 이는 유연성과 확장성이 높은 시스템을 구축할 수 있게 한다. 각 계층의 성능을 업그레이드 하거나 어디서 문제가 발생했는지 확인하는 것이 쉬워진다. -
차이점
OSI 참조 모델은 TCP/IP 모델보다 일부 계층을 세분화하였다. OSI 참조 모델은 장비 개발과 통신 자체를 어떻게 표준으로 잡을지 사용되는 반면, 실질적인 통신 자체는 TCP/IP 모델을 사용한다.
Reference
