[CS] OSI 7 계층이란 ?

OSI 7 계층(Open Systems Interconnection 7 Layer)이란 ?

OSI 7 계층은 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 의미하는데 그럼 OSI 7 계층을 나눈 이유에대해 먼저 살펴보겠습니다 !

 

계층을 나눈 이유는 통신이 일어나는 과정이 단계별로 파악할 수 있기 때문입니다.

흐름을 한눈에 알아보기 쉽고, 사람들이 이해하기 쉽고, 7단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건들이지 않고도 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있기 때문이라고합니다 !

 

OSI 7 계층의 작동 원리

 

위 이미지는 OSI 7 계층을 잘 나타낼 수 있는 대표적인 이미지입니다.

1. OSI 7 계층은 응용, 표현, 세션, 전송, 네트워크, 데이터링크, 물리계층으로 나뉩니다.
2. 전송 시 7계층에서 1계층으로 각각의 층마다 인식할 수 있어야 하는 헤더를 붙입니다.(캡슐화)
3. 수신 시 1계층에서 7계층으로 헤더를 떼어냅니다.(디캡슐화)
4. 출발지에서 데이터가 전송될 때 헤더가 추가되는데 2계층에서만 오류제어를 위해 꼬리부분에 추가됩니다.
5. 물리계층에서 1, 0의 신호가 되어 전송매체 (동축케이블, 광섬유 등)을 통해 전송됩니다.

계층별 특징

물리 계층(physical Layer)

물리 계층은 7계층 중 최하위 계층이며, 데이터 단위는 비트(bit)로 구분되어 네트워크 케이블과 신호에 관한 규칙을 다루고 있는 계층입니다. 물리 계층에서는 주로 전기전, 기계적, 기능적인 특성을 이용해 통신 케이블로 데이터를 전송합니다.
위에서 언급한 것과 가이 통신 단위는 비트(bit)이며, 1과 0으로 나타내어지는, 즉 전기적으로 On, Off 상태라고 생각하시면됩니다.

또한 데이터를 전달만 할뿐이고 전송하려는 데이터와 받으려는 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경을 쓰기 않습니다.

단지 데이터를 전기적인 신호로 변환해서 주고 받는 기능만 할 뿐이고, 이 계층에 대표적인 장비는 통신 케이블과, 리피터, 허프 등이 있습니다.

 

데이터 링크 계층(DataLink Layer)

데이터 링크 계층의 데이터 단위는 프레임(frame)이며, 물리적 매체를 통해 데이터를 전달하는 계층입니다. 네트워크 계층에서 데이터를 전달하고 물리계층에서 발생하는 오류를 탐지하고 수정하는 기능을 담당합니다. 또한 MAC주소(Media Access Control Address)라는 물리적 주소를 사용하여 각 기기들의 구분을 가능하게합니다.

데이터 링크 계층과 관련된 프로토콜은 HDLC, PPP, LLC 등이 있으며, 대표적인 장비로는 데이터를 MAC주소 기반으로 빠르게 전달하는 스위치(Switch), 2개의 랜을 연결하는 브릿지(Bridge) 등이 있습니다.

 

네트워크 계층(Network Layer)

네트워크 계층의 단위는 패킹(packet)이며, 가장 중요한 기능은 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능(라우팅)입니다.

사용되는 프로토콜의 종류도 다양하고, 라이팅하는 기술도 다양합니다. 

인터넷에서는 IP수조(Internet Protocal Address)라는 논리적 주소를 사용합니다. 네트워크 계층은 여러개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층으로 다양한 길이의 데이터를 네트워크를 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공합니다. 또한 라우팅 프로토콜을 통해 데이터를 전송하는 최적의 경로를 찾아냅니다 !

관련된 프로토콜에는 IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP 등이 있으며, 관련된 장비로는 랜을 연결하는 라우터(Router)가 있습니다.

 

전송 계층(Transport Layer)

전송 계층은 통신을 활성화하기 위한 계층입니다. 보통 TCP 프로토콜을 이용하여, 포트를 열어 응용 프로그램들이 전송을 할 수 있게합니다. 만약 데이터가 왔다면 4계층에서 해당 데이터를 하나로 합쳐서 5계층에 던져 줍니다.

전송 계층의 프로토콜에는 신뢰성이 있는 데이터 전송이 목적인 TCP와 빠른 데이터 전송이 목적인 UDP가 있습니다.

TCP는 세크먼트(Segment)라는 데이터 단위를 사용하며 UDP는 데이터그램(Datagram)이라는 데이터 단위를 사용합니다.
TCP는 세그먼트를 작은 패킷으로 나눠 여러 경로를 통해 데이터를 전송하고 목적지에서 순서대로 패킷을 조립하여 데이터를 전달합니다. 반면 데이터그램은 순서에 상관없이 데이터를 전달하기 때문에 신뢰성은 없습니다.

 

세션 계층(Session Layer)

세션 계층은 데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결을 의미합니다. 즉, 두 컴퓨터 사이에 연결을 형성하고 유지 및 종료하는 기능을 담당하는 계층이며, 일종의 대화 통로라고 생각하시면 됩니다. 데이터의 송수신 타이밍과 방법은 이 계층에서 규정됩니다.

세션 계층의 프로토콜에는 SSH, TLS, RPC 등이 있으며, 데이터 전송 보안과 관련이 있습니다.

 

표현 계층(Presentation Layer)

표현 계층은 전송되는 정보의 구문(Syntax) 및 의미(Semantics)에 관여하는 계층으로, 인코딩(Encoding), 데이터 압축(Compression), 암호화(Crytography) 등 주요한 동작을 수행합니다.

데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고, 암호화합니다. 파일의 확장자(txt, jpeg, mp4, html 등)는 이 계층과 관련된 프로토콜입니다.

 

응용 계층(Application Layer)

응용 계층은 응용 서비스를 수행하고 사용자 인터페이스를 제공하는 계층입니다.  대표적인 프로토콜로는 html 문서 전송 프로토콜인 HTTP, 파일 전송 프토로콜인 FTP, 메일 전송 프로토콜인 SMTP 등이 있습니다.

응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행합니다. 

 

정리

OSI 7 계층은 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것이고 계층을 7 계층으로 나눈 이유는 7단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건들이지 않고도 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있기 때문입니다.

물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층으로 나뉩니다. 

 

OSI 7 계층과 같이 알아야할 TCP, UDP에 관련한 포스팅은 아래 글을 참고하세요 !

[CS] TCP와 UDP란 ?