OSI 7계층

• OSI 7계층

OSI : Open System Interconnection의 약어.

네트워크 통신 과정을 7단계로 나눈 것을 의미한다.

 

 

 

• 유래

초창기 컴퓨터는 통신 시의 HW/SW의 호환을 고려하지 않고 개발되었다.

이에 국제 표준화 기구(ISO)는 다른 컴퓨터 간 통신 기능을 7계층으로 구분해 각 계층마다의 표준화된 서비스와 프로토콜을 규정하여, 서로 다른 환경의 컴퓨터 간 통신이 가능해졌고, 각 계층은 독립적인 역할을 수행할 수 있어 문제가 발생하여도 계층별로 원인 분석을 통해 원만한 해결이 가능해졌다.

 

 

 

계층이 내려갈 때마다 헤더가 붙고 있다.

 

헤더가 붙는 이유는 데이터를 전송할 때 각 층을 인식할 수 있어야 하기 때문이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

• Encapsulation and Decapsulation

데이터 전송은 7계층에서 시작해 제일 하위 계층인 1계층까지 내려가며 진행되는데, 내려갈 때마다 데이터 앞에 기능 관련 계층 정보를 포함하는 헤더가 붙는다. 헤더 혹은 트레일러를 붙이는 과정을 Encapsulation(캡슐화)이라고 하며, 데이터 수신 시엔 1계층에서 7계층까지 올라가며 진행되고 이 과정에서 헤더를 제거하는데, 이를 Decapsulation(역캡슐화)라고 한다.

 

위의 언급되는 헤더(Header)는 전송 시에 컴퓨터에게 필요한 정보이므로, 실제 송신자가 수신자에게 전달하여 알려줄 필요는 없다. (해커들에겐 필요할 순 있다..).

 

 

 

 

 

• 참고 사항

· 상위 계층 혹은 하위 계층 사이에서 데이터를 주고 받는 것을 SDU(Service Data Unit)이라고 하고, 같은 계층에서 데이터를 주고 받는 것을 PDU(Protocol Data Unit)이라고 한다.

 

· 데이터의 단위는 패킷이라고 하며, 상위 계층의 데이터인 SDU + 제어정보인 PCI(Protocol Control Information)를 추가한 것이며, 흐름/오류 제어 정보, 주소 정보 등이 포함되어 있다.

 

· 2계층의 PDU는 프레임, 3계층의 PDU는 패킷, 4계층의 PDU는 세그먼트로 라벨이 붙는다.

 

· 헤더 : PCI

· 데이터 : SDU

· PDU : PCI + SDU

 

· 서로 다른 컴푸터 네트워크에서 데이터를 전송 시 중간 노드(라우터, 스위치..)는 1~3계층을 다룬다. 

따라서 1~3계층은 네트워크 접속 시에 필요하고, 4~7계층은 사용자와 접속할 때 필요한 것이다.

 

 

 

 

 

 

 

물리 계층

• 1계층 : 물리 계층(Physical Layer)

주로 전기·기계적 특성으로 통신 케이블로 비트 단위 데이터를 전송하는 계층이다.

데이터를 전기 신로호 변환해 전달하기만 하여 송·수신하는 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는 지 등을 신경쓰지 않는다.

대표적인 장비로는 통신 케이블, 리피터, 허브 등이 있고,

프로토콜은 전선, 전파, 광섬유/동축 케이블, 도파관 등이 있다.

 

*SAP : Service Access Point

 

 

 

 

 

데이터 링크 계층

• 2계층 : 데이터 링크 계층(Data Link Layer)

물리 계층을 통해 송·수신되는 정보의 흐름과 오류를 관리해 안전한 데이터를 전달하는, 신뢰성 높은 전송을 보장하도록 하는 것이 목적인 계층이다.

Mac 주소를 이용해 통신하고, 통신 오류를 찾거나 데이터 재전송 하는 기능이 있다.

전송되는 데이터 단위를 프레임이라고 한다.

 

신뢰성 높은 전송을 보장하려면 CRC 기반의 흐름/오류 제어가 필요하다.

네트워크 위 개체 간 데이터를 전달하고 물리 계층에서 잡지 않는 오류를 찾아내고, 수정하는 데에 필요한 기능·절차적 수단을  제공한다.

 

대표적인 장비로는 브리지, 스위치 등이 있고,

프로토콜은 이더넷, 토큰 링, PPP, HDLC 등이 있다.

 

*CRC : 네트워크 등을 통하여 데이터를 전송할 때 전송된 데이터에 오류가 있는지를 확인하기 위한 체크값을 결정하는 방식.

 

 

 

 

 

네트워크 계층

• 3계층 : 네트워크 계층 (Networt Layer)

여러 노드를 거칠 때마다 경로를 선택해 주소를 정하고 경로에 따른 패킷을 전달해 주는 계층이다.

다양한 길이의 데이터를 네트워크를 통해 전달하고 4계층이 요구하는 QoS(서비스 품질)를 제공하기 위한 기능·절차적 수단을 제공한다. 데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 해준다.

 

라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션 (segmentation/desegmentation), 오류 제어, 인터 네트워킹 (Internetworking) 등을 수행하는데, 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 라우팅 기능이 제일 주요기능이라 프로토콜 종류와 라우팅 기술이 다양하다.

 

대표적인 장비는 라우터이고, 2계층 장비인 스위치에 라우팅 기능을 장착한 Layer3 스위치도 있다고 한다 (IP 주소 사용).

프로토콜엔 IP, ICMP, IGMP 등이 있다.

 

*패킷 : 네트워크 전송 용량 단위

 

 

 

 

 

 

전송 계층

• 4계층 : 전송 계층 (Transport Layer)

전송 계층은 특정 연결의 유효성을 제어해, 양 끝단 사용자들이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송해 신뢰성 있는 데이터를 송·수신하도록 하여 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성에 대해 고려하지 않도록 해준다. 전송되는 데이터 단위는 세그먼트(Segment)이며, 오류 제어 방식은 시퀀스 넘버 기반이다.

 

프로토콜엔 TCP, UDP, RTP, SCTP 등이 있고, 가장 잘 알려진예시로는 TCP가 있다.

 

*시퀀스 넘버 :전송하는 데이터의 순서.

 

 

 

 

 

 

세션 계층

• 5계층 : 세션 계층 (Session Layer)

양 끝단 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공하며 TCP/IP 세션을 만들고 없앤다.

동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(full duplex)의 통신, 체크 포인트, 유휴·종료·다시 시작 과정 등을 수행한다.

통신하는 사용자들을 동기화하고 오류 복구 명령을 일괄적으로 다룬다.

 

대표적인 프로토콜은 TLS, SSH, ISO 등이 있다.

 

 

 

 

 

 

표현 계층

• 6계층 : 표현 계층 (Presentation Layer)

데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고 코드 간 번역을 담당해, 사용자 시스템에서 데이터 형식상 차이를 다루는 부담을 7계층인 응용 계층으로부터 덜어준다. MIME 인코딩이나 암호화 등의 기능이 이뤄진다.

 

예를 들면,  EBCDIC 인코딩된 문서 파일을 ASKII로 인코딩된 파일로 바꿔주거나 특정 데이터가 text인지 이미지인지 GIF인지의 데이터 타입 구분을 해주기도 한다.

 

대표적인 프로토콜엔 JPEG, MPEG, XDR 등이 있다.

 

 

 

 

 

 

응용 계층

• 7계층 : 응용 계층 (Application Layer)

응용 프로세스와 직접 관계하여 그 사이에서 정보교환을 하는 기능을 한다.

일반적인 응용 서비스를 수행해 인터페이스 역할을 한다. 때문에 사용자와 가장 밀접한 계층이라고 할 수 있다. 

응용 서비스 : 관련 응용 프로세스 사이의 전환 제공. 가상 터미널(텔넷..) 등을 예시로 들 수 있다.

 

최종 목적지로 HTTP, FTP, SMTP, Telnet, IMAP 같은 프로토콜이 있다.