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▪︎ OSI 란?
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OSI 는 Open Systems Interconnection 의 약자로, 보통 OSI 모델을 말한다.
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국제 표준화 기구 (ISO, International Organization for Standardization) 에서 만든 개념 모델이다.
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OSI 모델은 표준 프로토콜을 사용하여 다양한 통신 시스템이 통신할 수 있도록 만든 개념 모델이다.
풀어서 설명하면, 전 세계 모든 통신 장치들이 대화할 수 있도록, 미리 정해 놓은 약속된 대화 규칙(표준 프로토콜)들을 통해, 스마트폰이나 컴퓨터 같은 정보를 주고받는 장치들의 집합(통신 시스템)이 원활하게 작동하도록 설계한 이론적인 청사진이나 설계도(개념 모델)이다.
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OSI 모델은 통신 시스템을 7개의 추상적인 계층으로 나눈다.
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▫︎ 왜 필요한지?
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현대 인터넷은 OSI 모델을 그대로 따르지 않고 더 단순한 프로토콜을 따른다.
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OSI 모델은 네트워크 통신 개발을 표준화하고, 상세한 사항을 추상화하여 시스템 디자인을 단순화한다.
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네트워크 문제를 파악하기 위해 OSI 모델을 사용하여 어느 계층에서 문제가 일어나는지 파악할 수 있다.
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OSI 모델을 사용하여 엔지니어들이 네트워크 시스템을 설계하는데 이해하기 수월하다.
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▪︎ OSI 7계층
1. Physical Layer (물리 계층)
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물리적인 통신 매체가 케이블을 통해 디지털 신호를 주고 받는 통신이 이루어지는 계층이다.
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디지털 신호는 0과 1의 문자열인 Bitstream 으로 이루어진다.
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Data Link 계층에서 받은 Frame 을 Bitstream 으로 변환한다.
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대표적인 통신 장치로 switch (통신 채널 목적), Bluetooth, NFC 가 있다.
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대표적인 지표 (metrics) 로 data transmission speed 가 있다. (예 : 로컬 인터넷 속도가 140Mbps)
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2. Data Link Layer (데이터 연결 계층)
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물리 계층이 이미 존재하는 네트워크에서 두 개의 장치 간 데이터 전송이 이루어진다.
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동일한 네트워크의 두 디바이스 데이터 전송을 용이하게 해준다.
⚠️ 물리 계층이 이미 존재하는 네트워크 ≈ 동일한 네트워크 (로컬 네트워크)
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Physical 계층에서 얻은 Bitstream 을 역캡슐화(decapsulation)하여 Frame 으로 변환한다.
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Network 계층에서 얻은 Packet을 캡슐화(encapsulation)하여 Frame 으로 변환한다.
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내부망 (intra-network) 통신에서 흐름 제어와 오류 제어를 담당한다.
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MAC 계층과, LLC 계층인 두 개의 서브 계층으로 나눌 수 있다.
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3. Network Layer (네트워크 계층)
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두 장치가 동일한 로컬 네트워크에서 통신하면 네트워크 계층은 불필요하다.
(데이터 링크 계층만으로 가능) -
송신자 장치에서 통신 계층에서 얻은 segments 를 작은 단위로 분해 (캡슐화) 하여 packets 으로 만들고,
수신자 장치에서 분해된 packets 을 재조합 (역캡슐화) 하여 segments 로 만들고 통신 계층으로 전달한다. -
데이터가 향할 목적지에 도달하기 위한 물리적 경로를 가장 잘 찾으며, 이를 routing 이라 한다.
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분산된 여러 노드의 네트워크를 연결하기 위해 forwarding, addressing 의 역할도 한다.
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해당 계층 프로토콜
- IP (IPv4, IPv6)
- ICMP (Internet Control Message Protocol),
- IGMP (Internet Group Message Protocol)
- IPsec
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4. Transport Layer (통신 계층)
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두 장치 사이의 종단 간 통신을 책임진다.
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세션 계층에서 데이터를 받아 이를 segments 로 캡슐화하여 네트워크 계층으로 전달한다.
수신자 측에서는 segments 를 받아 재조합하여 세션 계층이 사용할 수 있는 형태로 가공하여 전달한다. -
흐름 제어와 오류 제어를 담당한다.
- 흐름제어는 전송의 최적 속도를 결정한다.
송신자의 빠른 연결이 느린 연결의 수신자를 과부화 시키지 않기 위함이다. - 수신 종단에서 오류 제어는 데이터가 모두 도착했는지, 만약 그렇지 않다면 재전송을 요청하도록 한다.
- 흐름제어는 전송의 최적 속도를 결정한다.
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해당 계층 프로토콜로 TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol) 이 있다.
- TCP 는 온전해야 하며, UDP 는 온전치 않아도 된다.
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5. Session Layer (세션 계층)
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통신을 열고 닫는 담당을 한다.
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세션 (Session) 은 통신이 열리고 닫히는 시간을 말한다.
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세션 계층은 아래의 역할을 한다.
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모든 데이터가 전송될 때 까지 세션은 열린 상태로 있다가, 그 후에 즉각 세션을 닫아 리소스 낭비를 방지한다.
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체크포인트와 함께 동기화한다.
체크포인트 예시
만약 100 mb 데이터를 전달하며 세션 계층에서 매 5 mb 마다 체크포인트를 저장한다고 할 때, 52 mb 데이터가 전송중에 연결이 끊기거나 오류가 나타나면 50 mb 에서부터 다시 데이터 전송을 재개한다.
체크포인트이 없는 경우는 처음부터 다시 데이터를 전송해야 한다.
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프로토콜로 NFS (Network File System) , SMB (Server Message Block), HTTPS, SSL, TLS (세션 관리)
가 있다.
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6. Presentation Layer (표현 계층)
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데이터를 (1) 다른 형태로 바꾸고, (2) 암호화 하고, (3) 압축한다
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송/수신자의 인코딩 방식이 서로 다를 수 있기 때문에 translation 과정을 통해 어플리케이션 계층이 이해 가능하도록 변형한다.
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암호화 연결 기반으로 통신한다면 송신자 측에서는 암호화를, 수신자 측에서는 암호화 디코딩을 진행하여 어플리케이션 계층이 읽을 수 있는 데이터로 해독한다.
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통신의 속도와 효율을 개선하기 위해 데이터를 압축하여 전달될 데이터의 양을 축소시킨다.
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HTML, JSON, CSV 는 표현 계층에서의 데이터 구조를 나타내는 모델링 언어다.
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7. Application Layer (응용 계층)
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유저와 소프트웨어 애플리케이션 사이에서 데이터를 직접적으로 교환하는 계층이다.
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주의해야 할 것은 클라이언트 소프트웨어 앱은 해당 계층의 일부가 아니다.
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어플리케이션 계층은 유저에게 의미있는 데이터를 나타내기 위해 프로토콜과 소프트웨어가 의존하는 데이터 조작의 역할을 한다.
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특정 앱 자체의 타입과 표준화된 통신 방법과 연관되어 있다.
- 예시로 브라우저는 HTTPs, HTTP 를 사용하여 통신한다.
- 이메일 유저는 POP3와 SMTP 를 사용하여 통신한다.
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