OSI 7계층 모델

기본개념

네트워크 구조를 표준화하는 개방형 시스템 사이의 상호 접속(OSI, Open Systems Interconnection) 과 관련된 규정을 정의

• 송신 호스트
  • 데이터가 상위 계층에서 하위 계층으로 갈수록 헤더 추가
• 수신 호스트
  • 데이터가 하위 계층에서 상위 계층으로 갈수록 헤더 제거
• 하위 계층(1~4계층) : 통신기기와 네트워크 간의 통신경로를 설정하거나 경로의 유지 및 해제를 규정
• 상위 계층(5~7계층) : 통신경로를 이용해 정보를 교환하는 절차를 규정

물리계층(1계층, L1)

• 계층중에 눈에 보이는 유일한 요소 나머지는 소프트웨어 예) 네트워크선
  • 전송 매체의 물리적 인터페이스에 관한 사항을 기술
  • 데이터 전송속도, 송수신 호스트 사이의 클록 동기화 방법, 물리적 연결 형태 등
  • OSI 계층 중 가장 낮은 계층으로 네트워크에서 다른 네트워크로 전달되는 하드웨어로 구성됨
    • 물리 계층의 데이터 단위는 비트(bits)
  • 데이터 계층에서 받은 데이터를 기계가 알아들을 수 있는 비트로 변환되어야 한함
    • 한편 전자기적 신호로 구성되므로 매우 복잡한 기술을 필요함
• OSI 참조 모델 중 최하위 계층에 해당하는 1계층(L1)
• 상위 계층에서 내려온 비트열 데이터를 상대편에 전송할 수 있도록 통신기기 사이에 있는 물리적 매체를 이용해 연결을 확립하는 역할
• 데이터가 전송되는 동안 연결을 유지하거나 해제하는 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 특성을 저의
  • 기계적 특성 : 시스템과 주변장치 간 연결
  • 전기적 특성 : DTE와 DEC 사이에서의 전기적 신호 규정
  • 절차적 특성 : 데이터 전송을 위한 Flow control 규정
• 물리 계층과 관련된 프로토콜은 모뎀과 단말 장치 사이의 커넥터에 관한 규정
• 물리 계층을 표준화한 대표적 예
  • RS-232C(컴퓨터와 프린터 연결선 9핀 12핀), RS-422, RS-485
  • RS-232C 시리얼을 지원 모뎀, POS, PDA, 프린터 기타 산업용 장비 호환

데이터 링크 계층(2계층, L2)

• 데이터의 물리적 전송 오류를 해결
• 프레임: 전송 데이터의 명칭
• 물리 계층으로부터 받은 정보의 주소를 할당
  • 자신의 인접한 노드의 주소를 할당하는 역할을 함
  • 데이터의 오류가 감지되는 경우 해당 데이터를 누락시키는 기능도 수행함
• 데이터 링크 계층의 데이터 단위 : 프레임(Frame)
• 데이터 링크 계층의 프로토콜(장비) : 무선 인터넷, Ethernet, ISDN, FDDI, PPP
• DTE와 DCE 사이에선 회선제어
• DCE와 DCE 사이에선 전송제서, 오류제어, 동기제어

네트워크 계층(3계층, L3)

• 통신 노드에서 다양한 경로 설정, 메세지 등을 라우팅, 망 노드 간에 트래픽 제어
• 송신 호스트가 전송한 데이터가 어떤 경로를 통해 수신 호스트에 전달되는지를 결정하는 라우팅 문제를 처리
• 호스트 구분을 위한 주소 개념 필요 예)IP주소
• 대표 프로토콜 : CCITT의 X.25
• 네트워크 계층은 전송 계층 및 데이터 링크 계층으로부터 받은 데이터를 패킷 형태로 변환
• 네트워크 계층의 기능은 라우팅
  • 목적지 네트워크로 가기 위해 다음으로 진행되어야 할 네트워크 노드의 방향을 지정해줌
• 네트워크 계층의 데이터 단위 : 패킷(Packet)
• 네트워크 계층의 프로토콜(장비) : IPv4, IPv6, ICMP

전송 계층(4계층, L4)

• 목적지의 주소 지정, 메세제 우선권, 다중화, 보안, 계정, 오류 발생시 링크 회복, 흐름제어, 송수신할 때 무결성 보장 등
• 송신 프로세스와 수신 프로세스를 직접 연결하는 단 대 단(End-to-End) 통신 기능 제공
• 송수신 측의 응용 프로세스 사이에서 데이터를 확실히 송수신해 주는 역할
• 전송 계층은 데이터의 송, 수신자와의 연결에 대한 프로토콜 수행
  • TCP가 데이터를 송신해 받는 사람이 데이터를 받을 준비가 되어 있는지 확인
  • 준비가 되어 있으면 연결을 유지하며 양측 간의 송수신 작업을 시작
• 전송 계층의 데이터 단위 : 세그먼트(Segment)
• 전송 계층의 프로토콜(장비) : TCP,UDP,NETBEUI

세션 계층(5계층, L5)

• 송신 측과 수신 측 사이에 프로세스를 서로 연결, 유지, 해제 하는 역할(토큰사용)
  • 전화기를 예로
    • 연결 : 통화 검
    • 유지 : 통화 중
    • 해제 : 통화 종료
• 프로세스 간 데이터를 전송하는 방식(전이중과 반이중 방식) 결정
• 세션 계층은 전송 계층에서 받은 데이터를 응용프로그램과의 연결을 유지하기 위한 계층임
• 세션 계층의 데이터 단위: 메세지
• 대표 프로토콜 : RPC,SQL,NETBOIS,Sockets

표현 계층(6계층, L6)

• 송,수신 사이에서 서로 다른 부호 체계 간 변환과 표준화된 데이터 형식을 규정
• 데이터 형식, 명령 해석, 코드 변환, 암호화, 텍스트, 압축 등
• 데이터의 의미와 표현 방법을 처리하고 데이터를 코딩(Coding)하는 문제를 다룸
• 세션 계층으로부터 받은 메세지를 응용프로그램에 전달하는 기능을 수행함
• 표현 계층의 데이터 단위 : 메세지
• 대표 프로토콜 : ISO8824, CCITT의 X.409 표준에서 ASN.1, XDR,SMB, GIF,JPEG,MPEG,ZIP,ASCII,MIME

응용 계층(7계층, L7)

• 사용자에게 직접 제공하는 서비스로, 제반적인 응용 작업 등의 서비스를 제공
  • 전자우편, 파일 전송과 접근 및 관리, 가상 터미널, 자원 공유와 데이터베이스, 네트워크 관리 등
  • 최상위, 다양하게 존재하는 응용환경에서 공통으로 필요한 기능을 다룸
• 네트워크 데이터를 우리가 볼 수 있도록 변환을 해 줌
  • 대표적으로 웹 브라우저로 데이터를 띄우는 과정
• 응용 계층의 데이터 단위 : 메세지
• 대표 프로토콜 : HTTP, SMTP, FTP, SSH, 텔넷

계층형 구조의 개념

프로토콜의 계층화

• 미래의 변화에 유연하게 대처할 수 있도록 통신을 제어하는 기능을 여러 계층에 나누어 두고, 각 층마다 독립적으로 프로토콜을 적용하는 것

구성요소의 모델화

• 응용객체

  • 상호간의 정보를 교환하며, 사무 처리 등을 수행할 수 있는 주체
  • 응용 프로그램, 단말 장치의 운용자 등

• 개방형 시스템

  • 응용 프로세서 간에 통신이 가능하도록 통신 기능을 제공하는 장치
  • 호스트 컴퓨터, 단말 장치, 통신 제어 장치, 단말 제어 장치 등이 있음

• 물리 매체

  • 정보와 신호를 교환할 수 있게 해 주는 전기적 매체
  • 통신회선, 채널 등

접속

• 응용 객체 사이를 논리적으로 연결해 주는 통신회선

계층형 구조의 구성요소

계층

• 개방형 시스템과 여러 부 시스템이 논리적으로 구성되어 있는 것
  • 개방형 시스템 : 표준을 기본으로 서로 다른 시스템 사이에서도 통신이 가능하도록 함
  • 부시스템 : 순서를 각각 부여

인터페이스

• 상위 계층과 하위 계층 사이를 연결해 주는 기능
• 물리적인 연결 : 인터페이스
• 소프트웨어적인 연결(상하전달) : 서비스
• 계층간의 이동 : 프로토콜

객체(class ,작게는 function)

• 시스템에서 각 계층의 일을 수행하는 기능 모듈의 실체

데이터 단위와 프로토콜 제어 정보

• 서비스 데이터 단위(SDU)
  • 바로 위의 계층 또는 바로 아래의 계층 사이에 주고받는 것을 서비스 데이터 단위(SDU)
• 프로토콜 데이터 단위(PDU)
  • 동위계층 상호 간에 주고받는 것을 프로토콜 데이터 단위(PDU)
• 프로토콜 제어 정보(PCI)
  • 헤더정보
  • 데이터는 순서대로 가는게 아니라서 데이터의 양끝에 헤더를 넣어줌으로 동기화를 시킬수 있음

프로토콜 기능

• 단편화
  • 송신 측에서 긴 데이터를 블록을 손쉽게 전송할 수 있도록 크기가 똑같은 작은 블록으로 나누어 전송
• 재합성
  • 수신 측에서 쪼개진 작은 데이터 블록을 재합성하여 원래 메세지로 복원
• 캡슐화
  • 각 프로토콜에 적합한 데이터 블록을 만들려고 데이터에 정보를 추가
  • 예) 플래그, 주소, 제어 정보, 오류검출 부호 등을 부착하는 기능
• 연결 제어
  • 비연결 데이터 전송(데이터그램)과 연결 위주 데이터 전송(가상회선)을 위한 통신로를 개설,유지,종결
• 흐름 제어(Flow Control)
  • 데이터 양, 통신속도 등이 수신 측의 처리 능력을 초과하지 않도록 조정
  • 버퍼 : 저장하는 메모리 공간
• 오류 제어
  • 데이터 전송 중 발생할 수 있는 오류, 착오 등을 검출 및 정정
• 순서 결정
  • 연결 위주의 데이터를 전송할 때 송신 측이 보내는 데이터 단위 순으로 수신측에 전달
• 주소 설정
  • 발생지, 목적지 등의 주소를 명기하여 데이터를 정확하게 전달
• 동기화
  • 두 통신 객체의 상태(시작,종류,검사 등)를 일치시킴
• 다중화
  • 하나의 통신로를 여러 개로 나누거나 회선 여러 개를 하나의 통신로로 변환시켜 다수의 가입자가 동시에 사용할수 있도록 함
• 전송 서비스
  • 통신 객체를 사용하기 쉽도록 별도로 추가 서비스(패리티 검사,보안도,서비스등급,우선순위 등)를 제공

TCP/IP 계층 구조

• TCP/UDP : 사용자 데이터를 전송하는 전송 계층 프로토콜
• IP : 사용자 데이터를 전송하는 네트워크 계층 프로토콜
  • 오류 정보를 전송하는 목적으로 ICMP를 사용
• ARP : IP주소를 MAC 주소로 변환
• RARP : MAC 주소를 IP주소로 변환
• ICMP : 오류 메세지를 전송하는 프로토콜
  • IP 프로토콜에 캡슐화되어 전송됨

데이터가 전달되는 원리

이미지출처 - 배움사이버평생교육원(신은섭교수 강의)

이미지출처 - 배움사이버평생교육원(신은섭교수 강의)

네트워크는 OSI 7계층 또는, TCP/IP 4계층으로 구분한다.
이미지출처 - 코드스테이츠