OSI 7계층 이란

OSI 7 계층은 네트워크 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 네트워크 표준 모델 이다
각 계층은 독립적으로 동작하며, 각각의 계층에는 수많은 프로토콜이 존재한다
상위 계층의 데이터가 하위 계층으로 전달될 때마다 해당 계층의 헤더가 추가되면서 데이터의 크기가 커지는 캡슐화(Encapsulation) 과정이 일어난다
반대로 수신 측에서는 하위 계층에서 상위 계층으로 올라가면서 각 계층의 헤더가 제거되는 역캡슐화(Decapsulation) 과정이 발생한다

• 계층별 독립성: 각 계층은 독립적으로 동작하여 특정 계층의 변경이 다른 계층에 영향을 미치지 않음
• 표준화: 네트워크 통신의 표준 제시로 다양한 시스템 간의 호환성 보장
• 계층별 인터페이스: 상하 계층 간의 명확한 인터페이스 정의
• 유연성: 특정 계층의 프로토콜이나 기술 변경이 용이

1계층

• 물리 계층 (Physical Layer)
  • 데이터의 단위: 비트(Bit) - 1과 0으로 이루어진 디지털 신호
  • 실제 데이터를 전기적 신호로 변환하여 전송하는 계층

2계층

• 데이터 링크 계층 (Datalink Layer)
  • 데이터 단위: 프레임(frame)
  • 물리적 네트워크를 통한 신뢰성 있는 데이터 전송하는 계층
  • MAC 주소를 프레임에 포함하여 데이터를 보내는 곳(출발지)과 받는 곳(목적지)을 식별하고 정확한 대상에게 전달
  • 오류 검출과 수정, 흐름 제어 기능을 제공하며, 매체 접근 제어 방식을 통해 충돌을 방지한다

3계층

• 네트워크 계층 (Network Layer)
  • 데이터 단위: 패킷(packet)
  • 서로 다른 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 계층
  • IP 주소를 사용하여 패킷의 전송 경로를 결정하고, 라우팅을 통해 최적의 경로로 데이터를 전달한다
    • 라우터를 통해서 서브 네트워크 간의 통신을 가능하게 한다
  • 트래픽 제어와 혼잡 제어를 수행하여 네트워크의 효율성을 높인다

4계층

• 전송 계층 (Transport Layer)
  • 데이터 단위: 세그먼트(segment)
  • 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당하는 계층
  • 데이터를 세그먼트 단위로 나누어 전송하며, TCP(신뢰성, 연결지향)와 UDP(비신뢰성, 비연결형) 프로토콜을 사용하여 통신한다
  • 해당 세그먼트들은 목적지에서 재조립하여 사용된다
  • 포트 번호를 사용하여 특정 애플리케이션을 식별하며, 종단간(end-to-end) 통신의 신뢰성 보장

5계층

• 세션 계층 (Session Layer)
  • 데이터 단위: 데이터(data)
  • 전송 방식: 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법 제공하는 계층
  • 통신 연결을 관리하고, 손상되는 경우에 연결 복구를 시도한다
  • 장시간 연결되지 않은 경우에는 연결을 끊고 다시 연결을 하는 역할을 수행한다
• 응용계층에서 같은 기능을 수행하고 있기 때문에 현재에는 개념적으로만 남아있다

6계층

• 표현 계층 (Presentation Layer)
  • 데이터 단위: 데이터(data)
  • 데이터의 형식을 정의하고 인코딩, 디코딩, 암호화, 복호화 하는 계층
  • 응용 계층에서 받은 데이터를 통신에 적합한 형태로 변환하거나, 반대로 하위 계층에서 받은 데이터를 응용 계층이 이해할 수 있는 형태로 변환한다
  • JPEG, MPEG 등의 데이터 압축이나 ASCII, EBCDIC 같은 문자 인코딩을 처리한다

7계층

• 응용 계층 (Application Layer)
  • 데이터 단위: 데이터(data), 메시지(message)
  • 사용자와 직접 상호작용하는 계층
    • 이메일, 웹 브라우저, 파일 전송 등 사용자가 실제로 사용하는 응용 프로그램들이 동작하는 계층
  • HTTP, FTP, SMTP, DNS 와 같은 프로토콜을 사용하여 데이터를 주고받으며, 사용자 인터페이스를 제공한다
  • 각각의 응용 프로그램에 맞는 프로토콜을 사용하여 서비스를 제공하며, 보안을 위한 데이터 암호화와 사용자 인증이 이뤄진다

이메일 발생 시 발생하는 과정

• 7계층: 응용 계층 (Application Layer)
  • 사용자가 이메일 클라이언트(Outlook, Gmail 등)에서 메일 작성
  • SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) 프로토콜 사용
  • 목적지 이메일 주소 확인
  • 메일 헤더(From, To, Subject 등) 생성
  • 메일 본문과 첨부파일 포함한 데이터 생성
• 6계층: 표현 계층 (Presentation Layer)
  • 이메일 데이터 인코딩 (ASCII, Unicode 등)
  • 첨부 파일이 있다면 MIME 형식으로 변환
  • 필요한 경우 데이터 압축
  • 보안을 위한 데이터 암호화 (SSL/TLS)
• 5계층: 세션 계층 (Session Layer)
  • SMTP 서버와 연결 설정
  • 통신 세션 수립
  • 데이터 전송 방식 결정 (전이중/반이중)
  • 연결 유지 및 동기화
• 4계층: 전송 계층 (Transport Layer)
  • TCP 프로토콜 사용 (신뢰성 있는 전송)
  • 데이터를 세그먼트로 분할
  • 포트 번호 할당 (SMTP: 25번 포트)
  • 오류 검사 및 흐름 제어
  • 순서 제어 및 재전송 관리
• 3계층: 네트워크 계층 (Network Layer)
  • IP 프로토콜 사용
  • DNS를 통해 SMTP 서버의 IP 주소 확인
  • 목적지까지의 최적 경로 설정
  • 패킷 단위로 데이터 전송
  • 라우팅을 통한 패킷 전달
• 2계층: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)
  • 프레임 생성
  • MAC 주소를 이용한 물리적 주소 지정
  • 오류 검출 및 복구
  • 흐름 제어
  • 프레임 동기화
• 1계층: 물리 계층 (Physical Layer)
  • 디지털 데이터를 전기적 신호로 변환
  • 물리적 매체(네트워크 케이블 등)를 통한 비트 전송
  • 신호 인코딩 및 디코딩