[Network] OSI 7계층, TCP/IP 4계층 네트워크의 기본 계층 구조

 

✅ OSI 7계층

 

이 모형을 이용하면 특정 네트워킹 시스템에서 일어나는 일을 계층을 활용해 시각적으로 쉽게 설명할 수 있다. 

덕분에 네트워크 관리자는 어떤 문제의 원인이 어디에 있는지 범위를 좁힐 수 있다. 예를 들어 물리적인 문제인지 아니면 응용프로그램과 관련이 있는지 쉽게 파악할 수 있다. 

 

이는 컴퓨터 프로그래머에게도 도움이 된다. 응용프로그램 개발 시 다른 어떤 계층에 작업이 필요한지 쉽게 파악할 수 있기 때문이다.IT 기업은 고객에게 신제품을 설명할 때 OSI 모형을 많이 활용한다. 

 

해당 제품이 어떤 계층에서 작동하는지 아니면 “스택 전체에 걸쳐” 작동하는지 설명한다.OSI 모델은 1970년대에 등장한 2가지 별도 모형을 1983년에 합쳐 1984년에 처음 공개됐다. OSI 모형을 설명할 때 대부분 맨 위 7계층부터 시작해 맨 아래 1계층까지 내려온다. 각 계층과 이들의 의미하는 바는 다음과 같다.

 

 

✅ 7계층 – 응용 계층(Application)

 

디핑 소스 비유를 확장하면 응용 계층은 가장 위에 있다. 사용자에게 보이는 부분이다. OSI 모형에서는 “최종 사용자에게 가장 가까운” 계층이다. 7층에서 작동하는 응용프로그램은 사용자와 직접적으로 상호작용한다. 

 

구글 크롬(Google Chrome), 파이어폭스(Firefox), 사파리(Safari) 등 웹 브라우저와 스카이프(Skype), 아웃룩(Outlook), 오피스(Office) 등의 응용 프로그램이 대표적이다.

 

• 사용자와 가장 밀접한 계층, 인터페이스(Interface) 역할
• 응용 프로세스 간의 정보 교환 담당 / 전송 단위 : Message
• EX : 전자 메일, 인터넷, 동영상 플레이어 등의 Applicasation 

User Interface 를 제공하는 계층

 

 

✅ 6계층 – 표현 계층(Presentation)

 

표현 계층은 응용 계층의 데이터 표현에서 독립적인 부분을 나타낸다. 일반적으로 응용프로그램 형식을 준비 또는 네트워크 형식으로 변환하거나 네트워크 형식을 응용프로그램 형식으로 변환하는 것을 나타낸다. 다시 말해 이 계층은 응용프로그램이나 네트워크를 위해 데이터를 “표현”하는 것이다.

 

대표적인 예로는 데이터를 안전하게 전송하기 위해 암호화, 복호화하는 것인데, 이 작업이 바로 6계층에서 처리된다.

 

• 데이터 표현에 차이가 있는 응용처리에서의 제어구조를 제공 ※ 데이터 표현에 차이 : ASCII, JPEG, MPEG 등의 번역
• 전송하는 데이터의 인코딩, 디코딩, 암호화, 코드 변환 등을 수행 / 전송 단위 : Message

 

데이터의 변환 작업을 하는 계층

 

 

✅ 5계층 – 세션 계층(Session)

2대의 기기, 컴퓨터 또는 서버 간에 “대화”가 필요하면 세션(session)을 만들어야 하는데 이 작업이 여기서 처리된다. 이 계층에는 설정, 조율(예: 시스템의 응답 대기 기간), 세션 마지막에 응용프로그램 간의 종료 등의 기능이 필요하다.

 

• 통신장치 간 상호작용 및 동기화를 제공
• 연결 세션에서 데이터 교환,  에러 발생 시 복구 관리 => 논리적 연결 담당 / 전송 단위 : Message
• 4계층 장비 : NetBIOS (세션 내 연결관리 및 에러감지, 복구 수행), SSH, Appletalk  (Port는 4~5계층 경계 모호)

응용 프로그램 간의 연결을 지원해주는 계층

 

 

✅ 4계층 – 전송 계층(Transport)

 

전송 계층은 최종 시스템 및 호스트 간의 데이터 전송 조율을 담당한다. 보낼 데이터의 용량과 속도, 목적지 등을 처리한다. 전송 계층의 예 중에서 가장 잘 알려진 것이 전송 제어 프로토콜(TCP)이다. TCP는 인터넷 프로토콜(IP) 위에 구축되는데 흔히 TCP/IP로 알려져 있다. 기기의 IP 주소가 여기서 작동한다.

 

• 종단 간(End-to-End)에 신뢰성 있고 정확한 데이터 전송을 담당 / 전송 단위 : Segment
• 4계층에서 전송 되는 단위 => 세그먼트(Segment), 종단 간의 에러 복구와 흐름 제어 담당  ex) TCP/UDP
• 4계층 장비 : L4 스위치 (3계층 트래픽 분석, 서비스 종류 구분)

서비스를 구분하고 데이터의 전송 방식을 담당하는 계층 (TCP/UDP)

 

 

✅ 3계층 – 네트워크 계층(Network)

 

네트워킹 전문가 대부분이 관심을 두고 좋아하는 라우터 기능 대부분이 여기 네트워크 계층에 자리잡는다. 가장 기본적으로 볼 때 이 계층은 다른 여러 라우터를 통한 라우팅을 비롯한 패킷 전달을 담당한다. 보스턴에 있는 컴퓨터가 캘리포니아에 있는 서버에 연결하려고 할 때 그 경로는 수백 만 가지다. 이 계층의 라우터가 이 작업을 효율적으로 처리한다.

 

• 중계 노드를 통하여 전송하는 경우, 어떻게 중계할 것인가를 규정  / 전송 단위 : Packet
• 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달 => 라우팅
• 3계층 장비 : 라우터, L3 스위치

네트워크를 논리적으로 구분하고 연결하는 계층 - 논리적 주소 사용

 

 

✅ 2계층 – 데이터 링크 계층(Data Link)

 

데이터 링크 계층은 (두 개의 직접 연결된 노드 사이의) 노드 간 데이터 전송을 제공하며 물리 계층의 오류 수정도 처리한다. 여기에는 2개의 부계층도 존재한다. 하나는 매체 접근 제어(MAC) 계층이고 다른 하나는 논리적 연결 제어(LLC) 계층이다. 네트워킹 세계에서 대부분 스위치는 2계층에서 작동한다.

 

• 물리적인 연결을 통하여 인접한 두 장치간의 신뢰성 있는 정보 전송을 담당   / 전송 단위 : Frame
• 정보의 오류와 흐름을 관리. 안정된 정보 전달 　　 　　 　　
• 2계층 장비 : 브리지, 스위치

물리적 매체에 패킷 데이터를 실어 보내는 계층 - 환경에 맞는 다양한 통신 프로토콜 지원

 

 

✅ 1계층 – 물리 계층(Physical)

 

OSI 디핑 소스의 밑바닥에는 물리 계층이 있다. 시스템의 전기적, 물리적 표현을 나타낸다. 케이블 종류, (802.11 무선 시스템에서와 같은) 무선 주파수 링크는 물론 핀 배치, 전압, 물리 요건 등이 포함된다. 네트워킹 문제가 발생하면 많은 네트워크 전문가가 물리 계층으로 바로 가서 모든 케이블이 제대로 연결돼 있는지, 라우터나 스위치 또는 컴퓨터에서 전원 플러그가 빠지지 않았는지 확인한다. 

 

• 전기적, 기계적 특성을 이용하여, 통신 케이블로 전기적 신호(에너지)를 전송   / 전송 단위 : bit
• 단지 데이터 전달 역할만을 하고, 알고리즘, 오류 제어 기능 존재 X  　　
• 1계층 장비 : 리피터, 허브, 케이블

 

신호로 변환하여 전송하는 계층

 

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✅ 예시

ex) 미국에 있는 친구에게 편지를 보낸다

• 응용(Layer 7) : 이메일 프로그램을 통해 이메일을 작성한다.
• 표현(Layer 6) : 공통된 표현 형식으로 데이터를 변환하거나, 암호화, 압축을 수행한다.
• 세션(Layer 5) : 데이터의 동기화를 위해 일정한 길이마다 sync를 삽입하여 전송 계층으로 데이터를 전달한다.
• 전송(Layer 4) : 발신지와 목적지의 주소를 지정하고, 연결 방식, 흐름제어, 오류제어를 한다. 그리고, 데이터를 전송할 수 있는 세그먼트 단위로 나눈다.
• 네트워크(Layer 3) : 발신지와 목적지의 주소가 아닌 라우팅에 필요한 논리 주소를 설정하고, 패킷에 대한 라우팅 정보를 삽입한다.
• 데이터링크(Layer 2) : 프레인 단위로 데이터를 나눈다. 그리고 MAC 주소를 지정하고, 각 양 끝단의 속도차이에 대해 원활하게 해주기 위한 흐름제어를 한다. 또한 데이터의 오류를 막기 위해 CRC방법이나 체크썸 방식을 사용해 데이터를 받는 쪽에서 데이터의 오류를 검사할 수 있도록 설정한다.
• 물리계층(Layer 1) : 전송 매체가 일반 케이블인지, 광 케이블인지 등의 설정을 한다. 그리고 전송 방식과 데이터를 회선으로 보내기 위한 전기적인 변환을 담당한다.

 

ex) 이메일 전송을 한다 

• 응용(Layer 7) : 이메일 프로그램을 통해 이메일을 작성한다.
• 표현(Layer 6) : 공통된 표현 형식으로 데이터를 변환하거나, 암호화, 압축을 수행한다.
• 세션(Layer 5) : 데이터의 동기화를 위해 일정한 길이마다 sync를 삽입하여 전송 계층으로 데이터를 전달한다.
• 전송(Layer 4) : 발신지와 목적지의 주소를 지정하고, 연결 방식, 흐름제어, 오류제어를 한다. 그리고, 데이터를 전송할 수 있는 세그먼트 단위로 나눈다.
• 네트워크(Layer 3) : 발신지와 목적지의 주소가 아닌 라우팅에 필요한 논리 주소를 설정하고, 패킷에 대한 라우팅 정보를 삽입한다.
• 데이터링크(Layer 2) : 프레인 단위로 데이터를 나눈다. 그리고 MAC 주소를 지정하고, 각 양 끝단의 속도차이에 대해 원활하게 해주기 위한 흐름제어를 한다. 또한 데이터의 오류를 막기 위해 CRC방법이나 체크썸 방식을 사용해 데이터를 받는 쪽에서 데이터의 오류를 검사할 수 있도록 설정한다.
• 물리계층(Layer 1) : 전송 매체가 일반 케이블인지, 광 케이블인지 등의 설정을 한다. 그리고 전송 방식과 데이터를 회선으로 보내기 위한 전기적인 변환을 담당한다.
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