OSI 7 계층 모델이란?

OSI (Open Systems Interconnection) 7계층 모델은
네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 말한다

• 즉 컴퓨터와 컴퓨터가 통신하는데 필요한 과정을 7단계로 나눈것을 의미함.

OSI 7 계층을 나눈이유는?

• 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있다
• 통신 흐름을 한눈에 알아보기 쉽고, 이해하기 쉽다.
• 7단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건들이지 않고도 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있다.

데이터 엔지니어에가 OSI7계층을 알아야 하는 이유

데이터 엔지니어링 과정에서는 대량의 데이터가 네트워크를 통해 이동하며, 이 과정에서 성능 저하나 데이터 손실 등의 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하려면 OSI 7계층이 어떻게 구성되어 있으며, 각 계층에서 데이터가 어떻게 전달되는지를 이해해야 한다.

이는 OSI 7계층을 나눈 이유와 동일한 맥락이다. 데이터 전송 과정을 단계별로 분석할 수 있어, 특정 계층에서 문제가 발생하면 다른 계층을 건드리지 않고도 원인을 빠르게 파악하고 해결할 수 있기 때문이다.

이를 통해 데이터 파이프라인의 네트워크 성능을 최적화하고, API 및 DB 연결 문제를 해결하며, 보안 및 데이터 무결성을 보장할 수 있다.

OSI 7 계층

계층	계층 이름	데이터 단위	관련 장비 및 프로토콜	주요 기능
[L7]	응용 계층(Application)	Message	웹 브라우저, 이메일 클라이언트 (Chrome, Outlook), FTP 클라이언트	사용자와 가장 가까운 계층, 애플리케이션과 네트워크 간 인터페이스
[L6]	표현 계층(Presentation)	Message	데이터 형식 변환(JPEG, MPEG), 보안 프로토콜(SSL/TLS)	데이터 암호화, 압축, 인코딩, 포맷 변환
[L5]	세션 계층	Message	API, NetBIOS, RPC	두 장치 간 연결 설정, 유지, 종료 관리
[L4]	전송 계층(Transport)	Segment	전송 프로토콜(TCP, UDP)	데이터 흐름 제어, 오류 감지 및 수정, 패킷의 순서 유지
[L3]	네트워크 계층	Packet	라우터, L3 스위치, 네트워크 프로토콜(IP, ICMP)	라우팅 및 논리적 주소 (IP 주소) 할당
[L2]	데이터 링크 계층	Frame	스위치, 브리지, MAC 주소	MAC 주소 기반 통신, 프레임 오류 검출 및 수정
[L1]	물리 계층	Bit	허브, 리피터, 전송 매체(케이블, 광섬유)	전기 신호, 광 신호, 물리적 전송 매체

물리 계층 (1층)

[단위: Bit] 물리 매체를 통한 네트워크 통신

물리 계층에서는 전기적, 기계적, 물리적 특성에 집중한다.
물리적인 매체(케이블, 허브 등)를 통해 비트를 전송하는 역할을 한다.

예시) 허브 (Hub), 리피터 (Repeater), 케이블 (Cable)

데이터 링크 계층 (2층)

[단위: Frame] 프레임(Frame) 흐름 제어 및 오류 제어

(물리 계층을 통해 연결된 네트워크를) 데이터 링크 계층은 두 시스템을 보다 효율적이고 안전하게 연결하는 데 집중한다.

데이터 링크 계층에서의 연결을 광범위한 인터넷 연결이 아닌, 인접한 장치 간의 통신이다.

교실에서 디바이스끼리 연결 (✅),
해외에 있는 디바이스에 연결(❌)

데이터 링크 계층은 패킷을 프레임(Frame)이라고 불리는 더 작은 조각으로 세분화한다.
데이터 프레임 전송을 담당하며, 프레임의 생성, 주소 지정, 오류 감지 및 수정, 그리고 흐름 제어를 수행한다.

Data Link Layer의 역할

• 프레이밍 (Framing): 프레임 생성
• 주소 할당, 확인 (Mac Address)
• 실패 감지 (CSMA/CD, CSMA/CA)
• 오류 감지 (CRC)

프레임(Frame)이란?
프레임(Frame)은 데이터 링크 계층에서 사용되는 기본적인 단위로, 네트워크에서 데이터를 전송할 때 사용된다.
프레임은 일종의 데이터 패킷으로 생각할 수 있다.

MAC Address란?
MAC (Media Access Control)는 디바이스(컴퓨터)를 식별하기 위한 고유한 주소이다.
이것은 데이터 링크 계층에서 사용되며, 네트워크에 연결된 각 네트워크 장치에 할당된다.
MAC 주소 길이: 48비트
예시) 00:1A:2B:3C:4D:5E

LAN 이란?
LAN (Local Area Network) 좁은 공간(빌딩, 캠퍼스 등등)에서 배치된 네트워크.
LAN 외에 다른 네트워크
– Metropolitan Area Network (MAN)
– Wide Area Network (WAN)

네트워크 계층 (3층)

[단위: Packet] 라우팅과 패킷 전송을 담당

컴퓨터 네트워크에서 패킷을 목적지까지 전달하는 역할을 담당한다.
IP 주소를 사용하여 다른 네트워크 간의 통신을 관리한다
(인터넷 프로토콜 IPv4 및 IPv6가 주로 네트워크 계층 프로토콜로 사용된다)

주로 라우팅, 패킷 전달, IP 주소 할당 등의 기능을 수행한다.
라우터 등이 동작하는 계층이다.

예시) 라우터(Router), IP 주소 할당 장치(DHCP Server), 네트워크 주소 변환기(NAT), 방화벽(Firewall)

문제
Network Layer에서 동작되는 <프로토콜>은 무엇인가?
ARP , RARP , ICMP , IGMP

전송 계층 (4층)

[단위: segment] 패킷의 손실이나 오류의 제어와 원활한 복구

통신하는 응용 프로그램 간에 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당한다.
전송 계층은 데이터 패킷이 손실이나 오류 없이 올바른 순서로 도착하는 것이나 데이터 패킷을 원활하게 복구하는 것에 중점을 둔다.
TCP(신뢰성 있는 통신)와 UDP(비연결형 통신)는 여기에 속한다.

• TCP(Transmission Control Protocol)
• UDP(User Datagram Protocol)
  전송 계층은 상위 계층에서 받은 데이터를 세그먼트(segment)라 불리는 작은 단위로 분할한다.
  그리고 목적지에서 재조립하여 데이터의 신뢰성과 효율성을 보장한다.

세션 계층 (5층)

두 기기 사이의 통신을 시작하고 종료하는 일을 담당하는 계층.
통신이 시작될 때부터 종료될 때까지의 시간을 세션이라고 한다..
여기서 세션을 설정, 유지, 종료하는 역할을 수행합니다.

세션 계층은 교환되고 있는 모든 데이터를 전송할 수 있도록 충분히 오랫동안 세션을 개방한 다음 리소스를 낭비하지 않기 위해 세션을 즉시 닫을 수 있도록 보장한다.

또한 세션 계층은 데이터 전송을 체크포인트와 동기화합니다.
예를 들어, 100MB의 파일이 전송되는 경우 세션 계층이 5MB마다 체크포인트를 설정할 수 있다.
52MB가 전송 된 후 연결이 끊어 지거나 충돌이 발생하면 마지막 체크 포인트에서 세션을 재개하는 것이 가능하다.
즉, 50MB의 데이터만 더 전송하면 된다. 체크 포인트가 없으면 전체 전송을 처음부터 다시 시작해야 한다.

표현 계층 (6층)

표현 계층은 데이터를 애플리케이션 계층에서 사용할 수 있는 형식으로 변환하는 역할을 한다.
통신하는 두 장치는 서로 다른 인코딩 방식을 사용할 수 있으므로,
표현 계층은 수신 장치의 애플리케이션 계층이 이해할 수 있는 형태로 데이터를 변환한다.

또한, 데이터 암호화 및 복호화를 담당하여 보안성을 높이며,
대표적인 데이터 형식으로는 HTML, JSON, CSV 등이 있다.

즉, 데이터의 형식 변환, 압축, 암호화를 수행하여 원활한 데이터 통신을 지원하는 계층이다

응용 계층 (7층)

애플리케이션 계층은 사용자와 직접 상호 작용하는 유일한 계층으로,
사용자가 전송한 이메일, 사진, 동영상 등의 데이터를
웹 브라우저(Chrome, Safari 등)나 이메일 클라이언트를 통해 확인할 수 있도록 한다.

이 계층에서는 HTTP, FTP, SMTP 등의 응용 프로토콜을 사용하여 데이터를 처리하며,
예를 들어, 웹 브라우저는 HTTPS를 통해 서버와 통신하고,
이메일 클라이언트는 POP3 및 SMTP를 이용해 메일을 송수신한다.

즉, 애플리케이션 계층은 사용자에게 직접 서비스를 제공하는 네트워크 계층으로,
응용 프로그램이 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있도록 지원한다

TCP / IP 4계층 모델

계층	TCP/IP 4계층 모델	주요 프로토콜	주요 기능
4층	응용 계층	HTTP, DNS, FTP...	애플리케이션 통신
3층	전송 계층	TCP, UDP...	IP와 애플리케이션을 중개하여 데이터 전달
2층	인터넷 계층	IP, ICMP, ARP...	네트워크 주소를 기반으로 데이터 전송
1층	네트워크 접근 계층	Ethernet, wifi...	컴퓨터를 물리적으로 네트워크에 연결해서 기기 간 전송이 가능하게 함

참고 블로그: https://jibinary.tistory.com/177