[네트워크] OSI 7계층

kimgwon·2023년 9월 17일

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Ⅰ. OSI 7계층

OSI 7 계층은 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 말하며, 국제표준화기구(ISO, International Organization for Standardization)에서 네트워크 간의 호환을 위해 OSI 7 계층이라는 표준 네트워크 모델을 만들었다.

초기 여러 정보 통신 업체 장비들은 자신의 업체 장비들끼리만 연결이 되어 호환성이 없었다. 모든 시스템들의 상호 연결에 있어 문제없도록 표준을 정한것이 OSI 7계층이고, 실제 인터넷에서 사용되는 TCP/IP 4계층은 OSI 참조 모델을 기반으로 상업적이고 실무적으로 이용될 수 있도록 단순화 한 것이다.

TCP/IP 4계층
L1 네트워크 액세스 계층(물리 계층 + 데이터링크 계층)
L2 인터넷 계층(네트워크 계층)
L3 전송 계층 (전송 계층)
L4 응용 계층(세션 계층 + 표현 계층 + 응용계층)

1️⃣ 특징

통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있다.
통신 과정 중에 특정한 곳에 이상이 생긴 경우, 다른 단계의 장비 및 소프트웨어 등을 건드리지 않고 통신 장애를 일으킨 단계에서 해결할 수 있다.
상위 계층의 프로토콜이 제대로 작동하기 위해서 하위의 모든 계층에 문제가 없어야 한다.

2️⃣ 데이터 전달 과정

상위 계층 -> 하위 계층
- 각각의 층마다 데이터를 인식할 수 있도록 헤더에 정보를 추가하며, 이를 캡슐화라고 한다.
- 출발지에서 데이터가 전송될 때 헤더에 정보가 추가되는데 2계층에서만 예외적으로 오류 제어를 위해 테일에 정보가 추가된다.
- 하위 계층으로 내려갈수록 PDU에는 다양한 프로토콜에 의해 헤더와 테일이 더해진다. 물리 계층에서 PDU는 최종적인 모습으로 변하며, 데이터를 보내는 접점이 된다.
하위 계층 -> 상위 계층
- 각각의 층마다 데이터로부터 헤더를 제거하며, 이를 역캡슐화 라고 한다.
- 응용 계층에 도달하면 원본 데이터만 남는다.

PDU
프로토콜 데이터 단위이며, OSI 모델의 정보 처리 단위이다.

Ⅱ. 계층 별 특징

1️⃣ L1 물리계층(Physical Layer)

7계층 중 최하위 계층이다.
상위 계층에서 전송된 데이터를 통신 매체(케이블, 허브, 탭, 리피터 등)를 통해 다른 시스템에 전기적 신호(0과 1의 비트열)를 전송한다.
데이터 전달 역할을 할 뿐 알고리즘, 오류제어 기능은 없다.

장비
케이블, 허브, 탭, 리피터

2️⃣ L2 데이터링크 계층(Data-Link Layer)

통신 매체(이더넷, 케이블, 무선 랜 등)을 통한 인접한 두 장치 간의 신뢰성 있는 정보 전송을 담당한다.(Point-To-Point 전송)
데이터에 대한 오류를 감지할 수 있다. 만약 오류가 발생했다면 송신자에게 재전송하여 오류를 해결한다.
PDU(데이터 단위)는 프레임(Frame)이다.
물리 주소인 MAC 주소를 헤더에 추가한다.
제어 정보를 테일에 추가한다.

장비
스위치, 브릿지

Point-To-Point
컴퓨터 한 대가 다른 한 대의 컴퓨터에만 데이터를 보내는 방식

MAC주소
xx : xx : xx : xx : xx : xx 의 형식으로 총 6바이트로 전 세계에서 유일한 주소이다.

3️⃣ L3 네트워크 계층(Network Layer)

라우팅 알고리즘을 통해 최적 경로를 선택하여 데이터를 보낸다.
논리 주소인 IP 주소가 정의된다. (데이터 통신을 할 때 MAC 주소와 IP 주소가 사용된다.)
PDU(데이터 단위)는 패킷(Packet)이다.
헤더에 IP 주소를 추가한다.

프로토콜
IP, 라우팅 프로토콜
장비
라우터, 스위치

라우팅
네트워크에서 경로를 선택하는 프로세스이다.

4️⃣ L4 전송 계층(Transport Layer)

종단 간 신뢰성 있고 정확한 데이터 전송을 담당한다.
송신자와 수신자 간의 신뢰성있고 효율적인 데이터를 전송하기 위하여 오류 검출 및 복구, 흐름 제어와 중복 검사 등을 수행한다.
- 데이터링크 계층과 유사하게 오류 제어, 흐름 제어 등을 제공하지만, 데이터링크 계층은 물리적으로 1:1 연결된 호스트 사이의 전송을 담당하고, 전송 계층은 논리적으로(네트워크 상에서) 1:1 연결된 호스트 사이의 전송을 제공한다.
PDU(데이터 단위)는 세그먼트(Segment)이다.
헤더에 포트 번호(Port Number)를 추가한다.

프로토콜
TCP, UDP
장비
로드 밸런서, 방화벽

5️⃣ L5 세션 계층(Session Layer)

통신 장치 간 상호 작용 및 동기화를 제공한다.
세션 관리를 한다. 연결된 세션에서 데이터 교환과 에러 발생 시의 복구와 재전송를 관리한다.
PDU(데이터 단위) DATA 이다.

프로토콜
RPC, RTCP, SSH

6️⃣ L6 표현 계층(Presentation Layer)

데이터의 형식(png,jpg,...)을 정해준다.
받은 데이터를 압축, 암복호화 등의 과정을 통해 부호화한다.
프로토콜
TLS, SSH

부호화
전송이 가능한 정보나 신호로 변환하는 것

7️⃣ L7 응용 계층(Application Layer)

사용자와 가장 밀접한 계층으로 인터페이스 역할을 한다. 즉, 사용자로부터 정보를 입력받아 하위 계층으로 전달하고 하위 계층에서 전송한 데이터를 사용자에게 전달한다.
응용 프로세스 간의 정보 교환을 담당한다.
ex) 전자메일, 인터넷, 동영상 플레이어 등

프로토콜
HTTP, SMTP, STUN, FTP, TELNET

Ⅲ. 정리

1️⃣ 대표 기능

계층	대표 기능
물리 계층	전송 매체, 데이터 속도, 물리적 연결 형태 등을 다룬다.
데이터 링크 계층	물리적 1대 1통신으로 프레임 단위로 물리 계층의 물리적 전송 오류 문제를 해결한다.
네트워크 계층	데이터의 전송 경로를 결정(라우팅)한다. (IP)
전송 계층	송수신 프로세스 사이의 1:1 통신 기능을 지원한다. (TCP, UDP)
세션 계층	송수신자 사이 상위적 연결 개념인 세션을 지원한다.
표현 계층	데이터의 의미와 표현 방법을 처리하며 암호화 압축 기능도 처리한다.
응용 계층	HTTP, FTP, TeInet, email 등 다양한 인터넷 서비스 지원한다.