[Network] OSI 7계층

🤔 OSI 7계층이란?

• OSI : Open Systems Interconnection의 약자
• 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 정의한 국제 통신 표준 규약이다
• 네트워크 프로토콜 통신 과정을 7개의 계층으로 분리하고, 각 계층 간의 상호 작동방식을 정했다

 

💡 OSI 7계층을 나눈 이유?

• 통신이 일어나는 과정을 구분하여 단계별로 파악할 수 있기 때문이다
  • 흐름을 한눈에 알아보기 쉽다
  • 네트워크 통신 과정을 이해하기 쉽기 때문에, 네트워크의 구성을 예측할 수 있다
• 각 계층을 분리했기 때문에 독립적으로 관리할 수 있다
  • 유지 및 관리가 수월하다
  • 7단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면, 다른 단계의 장비나 소프트웨어를 건들지 않고도 문제가 생긴 단계만 고쳐서 해결할 수 있다
  • 만약 일부 계층의 변경이 발생한 경우에도, 해당 모듈만 변경하면 된다

 

🤔 OSI 7계층의 작동 원리

1. OSI 7계층은 응용, 표현, 세션, 전송, 네트워크, 데이터링크, 물리계층으로 나뉜다
2. 전송 시 7계층에서 1계층으로 각각의 층마다 인식할 수 있어야 하는 헤더를 붙인다 → 캡슐화
3. 수신 시 1계층에서 7계층으로 헤더를 떼어낸다 → 디캡슐화
4. 출발지에서 데이터가 전송될 때 헤더가 추가되는데 2계층에서만 오류 제어를 위해 꼬리 부분에 추가된다
5. 물리계층에서 1, 0의 신호가 되어 전송매체(동축 케이블, 광섬유 등..)를 통해 전송된다

 

🤔 OSI 7계층 단계별로 알아보기

1️⃣ 1계층 - 물리 계층 (Physical Layer)

• 주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해서 데이터를 전송하는 물리적인 장비이다
• 디지털에서 아날로그, 혹은 그 반대로 신호를 변환한다
• 데이터는 0과 1의 비트열, 즉 On, Off의 전기적 신호 상태로 이루어져 해당 계층은 단지 데이터를 전기적인 신호(0, 1)로 변환해서 주고받는 기능만 한다
• 통신 단위 : 비트(Bit)
• 장비 : 통신 케이블, 리피터, 허브, 어댑터 등

 

2️⃣ 2계층 - 데이터 링크 계층 (DataLink Layer)

• 물리적인 연결을 통해 인접한 두 장치(라우터) 간의 신뢰성 있는 정보 전송을 담당하는 계층
• 에러 검출, 재전송, 흐름 제어 역할을 한다
• Point-To-Point 전송
• MAC 주소를 통해 통신한다
• 전송 단위 : 프레임(Frame)
• 대표 장비 : 스위치, 브릿지, 이더넷 등

💡 MAC 주소?

• 컴퓨터 간 데이터를 전송하기 위해 있는 컴퓨터의 물리적 주소, 하드웨어 주소
• 특정 기계, 하드웨어만 갖고 있는 고유 번호/식별번호
• IP는 변할 수 있지만 MAC은 변하지 않는다!
  MAC 주소는 데이터 링크 계층에 사용되고, IP 주소는 네트우크 계층에서 사용된다

 

3️⃣ 3계층 - 네트워크 계층 (Network Layer)

• 종단 간 주소(IP)를 정하고 경로(Route)를 선택하고 패킷(Packet)을 전달하는 계층
• End-To-End 또는 Host-To-Host 전송
• 라우팅 기능을 맡고 있으며 목적지까지의 최적 경로 알고리즘을 사용한다
• 전송 단위 : 패킷(Packet)
• 대표 장비 : 라우터, L3 스위치, IP 공유기

 

4️⃣ 4계층 - 전송 계층 (Transport Layer)

• 종단 간 신뢰성 있고 정확한 데이터 전송을 담당하는 계층
• 신뢰성 있고 효율적인 데이터 전송을 위해 오류 검출, 복구, 흐름 제어, 중복 검사 등을 수행한다
• 데이터 전송을 위해 Port 번호를 사용한다
• 전송 단위 : TCP - 세그먼트(Segment), UDP - 데이터그램(Datagram)
  • TCP : 신뢰성, 연결 지향적
  • UDP : 비신뢰성, 비연결성, 실시간
• 대표 장비 : 방화벽, 프록시 서버 등

💡 Q. Layer 2(Data Link Layer)와 Layer 4(Network) 모두 신뢰성을 보장하는 전송을 하는데, 2번씩이나 신뢰성을 보장하는 이유는 무엇일까?

• 우선 2계층에서는 Peer-To-Peer 연결을 하고 4계층에서는 End-To-End 연결을 한다
• 즉, 2계층에서는 라우터 간의 데이터 전송의 신뢰성을, 4계층에서는 종단 간의 데이터 전송의 신뢰성을 보장하는 것이다
• 만약 2계층에서만 신뢰성이 보장된다면, 종단 간의 데이터 연결은 실패했지만 라우터 간의 전송은 성공한 경우가 생길 수도 있다
• 따라서 OSI 7계층에서는 2번의 신뢰성을 보장해주는 것이다 

 

5️⃣ 5계층 - 세션 계층 (Session Layer)

• 통신 장치 간의 상호작용 및 동기화를 제공하는 계층
• TCP/IP 세션을 만들고 없애는 역할
• 통신을 하기 위한 세션을 확립, 유지, 중단하는 역할
• 연결 세션에서 데이터 교환과 에러 발생 시 복구 관리
• 전송 단위 : API, Socket 등

 

6️⃣ 6계층 - 표현 계층 (Presentation Layer)

• 세션 계층 간의 주고받는 인터페이스를 일관성 있게 제공한다
• 데이터 표현에 대한 독립성을 제공하고, 암호화하는 역할을 담당한다
• 파일 인코딩, 명령어를 포장/압축/암호화 한다
• 전송 단위 : JPEG, MPEG

 

7️⃣ 7계층 - 응용 계층 (Application Layer)

• 사용자가 네트워크에 접근할 수 있도록 서비스를 제공한다
• 최종 목적지로, 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다
• 사용자 인터페이스, 전자 우편, 데이터베이스 관리 등의 서비스를 제공한다
• 전송 단위 : HTTP, SMTP, FTP, DNS 등
  • HTTP : HyperText Transfer Protocol
  • SMTP : Simple Mail Transfer Protocol
  • FTP : File Transfer Protocol

 

 

EX) OSI 7계층의 전체적인 흐름 예시 - 이메일 전송

1. 물리 계층 (Layer 1)
   • 전송 매체가 일반 케이블인지, 광 케이블인지 등의 설정을 한다
   • 전송 방식과 데이터를 회선으로 보내기 위한 전기적인 변환을 담당한다
2. 데이터 링크 계층 (Layer 2)
   • 프레임 단위로 데이터를 나눈다
   • 그리고 MAC 주소를 지정하고, 각 양 끝단의 속도 차이에 대해 원활하게 해주기 위한 흐름 제어를 한다
   • 또한 데이터의 오류를 막기 위해 CRC 방법이나 체크섬 방식을 통해 데이터를 받는 쪽에서 데이터의 오류를 검사할 수 있도록 설정한다
3. 네트워크 계층 (Layer 3)
   • 발신지와 목적지의 주소가 아닌 라우팅에 필요한 논리 주소를 설정한다
   • 패킷에 대한 라우팅 정보를 삽입한다
4. 전송 계층 (Layer 4)
   • 발신지와 목적지의 주소를 지정한다
   • 연결 방식 설정, 흐름 및 오류 제어를 한다
   • 데이터를 전송할 수 있는 세그먼트 단위로 나눈다
5. 세션 계층 (Layer 5)
   • 데이터의 동기화를 위해 일정한 길이마다 sync를 삽입하여 전송 계층으로 데이터를 전달한다
6. 표현 계층 (Layer 6)
   • 공통된 표현 형식으로 데이터를 변환하거나 암호화, 압축 등을 수행한다
7. 응용 계층 (Layer 7)
   • 이메일 프로그램을 통해 이메일을 작성한다

 

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TCP/IP 계층

OSI 7계층보다 먼저 나온 규격으로, 현재 더 많이 활용된다

 

1️⃣ 1계층 - 네트워크 액세스 계층 (Network Access Layer)

• OSI 7계층 - 물리 계층(1계층), 데이터링크 계층(2계층)에 해당한다
• TCP/IP 패킷을 네트워크 매체로 전달하는 것과 네트워크 매체에서 TCP/IP 패킷을 받아들이는 과정을 담당한다
• 에러 검출 기능(Detecting errors), 패킷의 프레임화(Framing packets)
• 네트워크 접근 방법, 프레임 포맷, 매체에 대해 독립적으로 동작하도록 설계
• 물리적인 주소로 MAC을 사용한다
• LAN, 패킷망 등에 사용된다

 

2️⃣ 2계층 - 인터넷 계층 (Internet Layer)

• OSI 7계층 - 네트워크 계층(3계층)에 해당한다
• 어드레싱(addressing), 패키징(packaging), 라우팅(routing) 기능을 제공한다
• 네트워크 상 최종 목적지까지 정확하게 연결되도록 연결성을 제공한다
• 프로토콜 종류 - IP, ARP, RARP

 

3️⃣ 3계층 - 전송 계층 (Transport Layer)

• OSI 7계층 - 전송 계층(4계층)에 해당한다
• IP와 Port를 이용하여 프로세스와 통신한다
• 애플리케이션 계층의 세션과 데이터그램(datagram) 통신 서비스를 제공한다
• 통신 노드 간의 연결을 제어하고, 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당한다
• 프로토콜 종류 - TCP, UDP

 

4️⃣ 4계층 - 응용 계층 (Application Layer)

• OSI 7계층의 세션 계층(5계층), 표현 계층(6계층), 응용 계층(7계층)에 해당한다
• 프로그램(브라우저)가 직접 인터액트는 레이어
• 데이터를 처음 받는 곳이다
• 다른 계층의 서비스에 접급할 수 있게 하는 애플리케이션을 제공한다
• 애플리케이션들이 데이터를 교환하기 위해 사용하는 프로토콜을 정의한다
• TCP/UDP 기반의 응용 프로그램을 구현할 때 사용한다
• 프로토콜 종류 - HTTP, FTP, SSH, SMTP