네트워크(1)
들어가며
네트워크를 공부해야겠다고 생각을 했고, 꾸준히 해보려고 한다.
OSI 7계층: 물리 계층과 데이터 링크 계층
1. OSI 모델이란?
1.1 OSI 모델의 개념
OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 서로 다른 네트워크 장비와 시스템이 원활하게 통신할 수 있도록 국제표준기구(ISO)에서 제정한 네트워크 통신 모델이다.
이 모델은 네트워크 통신을 7개의 계층(Layer)로 구분하여 각 계층이 담당하는 역할을 정의한다. 이를 통해 네트워크에서 발생하는 문제를 더 쉽게 파악하고, 효율적으로 해결할 수 있도록 한다.
1.2 OSI 모델을 나누는 이유
OSI 모델을 계층으로 나누는 이유는 무엇일지 궁금했고, 이유는 다음과 같다.
- 표준화된 통신 규칙 제공
- 서로 다른 벤더(제조사)의 장비들이 호환될 수 있도록 공통된 규칙을 제공
- 문제 해결 용이
- 네트워크에서 문제가 발생했을 때, 어느 계층에서 문제가 있는지를 빠르게 진단할 수 있다.
- 모듈화된 설계
- 각 계층이 독립적으로 동작하므로 새로운 기술이 등장하더라도 기존 시스템과의 호환성을 유지할 수 있다.
- 네트워크 개발 및 유지보수 용이
- 네트워크 설계 및 프로토콜 구현을 계층별로 분리함으로써, 개발 및 유지보수가 쉬워진다.
1.3 OSI 7계층 구조
OSI 모델은 다음과 같은 7개의 계층으로 구성된다.
| 계층 | 이름 | 주요 역할 |
|---|---|---|
| 7계층 | 응용 계층 (Application Layer) | 사용자와 네트워크 간의 인터페이스 제공 |
| 6계층 | 표현 계층 (Presentation Layer) | 데이터 형식 변환 및 암호화 |
| 5계층 | 세션 계층 (Session Layer) | 세션(연결) 설정 및 관리 |
| 4계층 | 전송 계층 (Transport Layer) | 데이터의 신뢰성 있는 전송 (TCP/UDP) |
| 3계층 | 네트워크 계층 (Network Layer) | IP 주소를 이용한 경로 설정 및 패킷 전송 |
| 2계층 | 데이터 링크 계층 (Data Link Layer) | 물리적 주소(MAC)를 이용한 데이터 전송 및 오류 검출 |
| 1계층 | 물리 계층 (Physical Layer) | 전기적, 물리적 신호 전송 |
이제, 우리가 집중할 1계층(물리 계층)과 2계층(데이터 링크 계층)에 대해 자세히 알아보겠다.
2. 1계층: 물리 계층 (Physical Layer)
2.1 물리 계층이란?
물리 계층(Physical Layer)은 데이터를 실제 신호로 변환하여 전송하는 역할을 한다. 이 계층에서는 비트(Bit) 단위의 데이터 전송이 이루어지며, 네트워크 장비 간 물리적인 연결을 담당한다.
즉, "0과 1의 데이터를 어떻게 물리적으로 전달할 것인가?"를 정의하는 계층이다.
2.2 주요 기능
- 비트(Bit) 단위의 데이터 전송
- 데이터는 네트워크를 통해 0과 1로 변환되어 전송된다.
- 물리적 매체 정의
- 데이터를 전송하는 매체(UTP 케이블, 광섬유, 무선 전파 등)의 종류와 특성을 결정한다.
- 신호 변환
- 데이터를 전기 신호, 빛 신호, 전자기파 등으로 변환하여 전송한다.
- 전송 속도 및 동기화
- 전송 속도를 결정하고 송수신 장치 간의 동기화를 맞춘다.
- 네트워크 토폴로지 구성
- 장비가 연결되는 방식(버스형, 스타형, 링형 등)을 결정한다.
2.3 물리 계층의 예시
- 이더넷 케이블 (RJ-45, UTP, STP)
- 광섬유 케이블 (Fiber Optic)
- Wi-Fi 신호 (2.4GHz, 5GHz)
- 블루투스, NFC 등 무선 통신
- 네트워크 허브 (Hub)
- 단순히 데이터를 있는 그대로 전달하는 장치 (데이터를 해석하지 않음)
3. 2계층: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)
3.1 데이터 링크 계층이란?
데이터 링크 계층(Data Link Layer)은 네트워크 상에서 신뢰할 수 있는 데이터 전송을 보장하는 계층이다.
이 계층은 데이터를 프레임(Frame) 단위로 전송하며, 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 감지하고 수정하는 역할을 수행한다.
3.2 주요 기능
- 프레임(Frame) 생성 및 전송
- 데이터를 프레임으로 나누어 전송한다.
- MAC 주소를 이용한 장치 식별
- 네트워크 장치의 MAC 주소를 기반으로 데이터를 전송한다.
- 오류 감지 및 수정
- CRC(Cyclic Redundancy Check) 등을 이용해 전송 오류를 감지한다.
- 흐름 제어 및 충돌 방지
- CSMA/CD (유선)와 CSMA/CA (무선) 방식을 사용하여 데이터 충돌을 방지한다.
3.3 데이터 링크 계층의 세부 계층
데이터 링크 계층은 크게 두 가지 하위 계층으로 나눈다.
- MAC (Media Access Control) 계층
- 물리적인 데이터 전송을 담당 (예: 이더넷, Wi-Fi)
- 장치의 MAC 주소를 기반으로 데이터를 목적지로 보냄
- LLC (Logical Link Control) 계층
- 프레임의 흐름 제어 및 오류 제어 담당
- 프로토콜 간의 상호 운용성 제공
3.4 데이터 링크 계층의 예시
- 스위치 (Switch)
- MAC 주소를 기반으로 장치 간 데이터 전송
- 네트워크 카드 (NIC, Network Interface Card)
- 물리 계층과 데이터 링크 계층을 연결하는 하드웨어
- 이더넷 (Ethernet, IEEE 802.3)
- Wi-Fi (IEEE 802.11)
- PPP (Point-to-Point Protocol)
- 두 장치 간의 직접적인 데이터 전송을 가능하게 하는 프로토콜
4. 결론
- 물리 계층(1계층)은 데이터를 전기 신호나 무선 신호로 변환하여 전송하는 역할을 한다.
- 데이터 링크 계층(2계층)은 MAC 주소를 기반으로 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하며, 오류 감지 및 흐름 제어를 수행한다.
- OSI 모델을 이해하면 네트워크에서 데이터가 어떻게 이동하는지, 어디에서 문제가 발생할 수 있는지를 쉽게 파악할 수 있다.
