OSI 7 Layer

OSI 7 계층이란?

 

OSI 7 계층은 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 말한다.

 

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OSI 7 계층으로 나눈 이유는?

 

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

 

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

 

 

 

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작동 원리

 

1. OSI 7 계층은 응용, 표현, 세션, 전송, 네트워크, 데이터링크, 물리 계층으로 나뉜다.

2. 전송 시 7 계층에서 1 계층으로 각각의 층마다 인식할 수 있어야 하는 헤더를 붙임(캡슐화)

3. 수신 시 1 계층에서 7계층으로 헤더를 떼어낸다. (디캡슐화)

4. 출발지에서 데이터가 전송될 때 헤더가 추가되는데 2계층에서만 오류 제어를 위해 꼬리부분에 추가된다.

5. 물리 계층에서 1, 0 의 신호가 되어 전송매체 (동축 케이블, 광섬유 등)을 통해 전송

Layer

 

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1 계층 물리계층(Physical Layer)

 

이 계층에서는 주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해서 통신 케이블로 데이터를 전송하게 된다.

이 계층에서 사용되는 통신 단위는 비트이며 이것은 1과 0으로 나타내어지는, 즉 전기적으로 On, Off 상태라고 생각하면 된다.

단지 데이터를 전달만 할뿐 전송하려는(또는 받으려는) 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경 쓰지 않는다.

단지 데이터 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능만 할 뿐이다.

이 계층에 속하는 대표적인 장비는 통신 케이블, 리피터, 허브 등이 있다.

 

-> 케이블, 리피터, 허브를 통해 데이터를 전송한다.

 

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2 계층 데이터링크 계층(DataLink Layer)

 

물리계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전한 정보의 전달을 수행할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

따라서 통신에서의 오류도 찾아주고 재전송도 하는 기능을 가지고 있다.

이 계층에서는 맥 주소를 가지고 통신하게 된다.

이 계층에서는 전송되는 단위를 프레임이라고 하고, 대표적인 장비로는 브리지, 스위치 등이 있다. (여기서 MAC 주소를 사용한다.)

 

-> 브릿지나 스위치를 통해 맥주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달함

 

데이터 링크 계층은 포인트 투 포인트(Point to Point) 간 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층으로 CRC 기반의 오류 제어와 흐름제어가 필요하다. 네트워크 위의 개체들 간 데이터를 전달하고, 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 찾아 내고, 수정하는데 필요한 기능적, 절차적 수단을 제공한다.

 

주소 값은 물리적으로 할당 받는데, 이는 네트워크 카드가 만들어 질 때부터 맥 주소가 정해져 있다는 뜻이다.

주소 체계는 계층이 없는 단일 구조이다. 데이터 링크 계층의 가장 잘 알려진 예는 이더넷이다.

이 외에도 HDLC 나 ADCCP 같은 포인트 투 포인트 프로토콜이나 패킷 스위칭 네트워크나 LLC, ALOHA 같은 근거리 네트워크용 프로토콜이 있다.

네트워크 브릿지나 스위치 등이 이 계층에서 동작하며, 직접 이어진 곳에만 연결할 수 있다.

 

-> 프레임에 주소부여(MAC - 물리적주소) 에러검출/재전송/흐름제어

 

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3 계층 네트워크 계층(Network Layer)

 

이 계층에서 가장 중요한 기능은 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능(라우팅) 이다.

여기에 사용되는 프로토콜의 종류도 다양하고 라우팅하는 기술도 다양하다.

 

이 계층은 경로를 선택하고 주소를 정하고 경로에 따라 패킷을 전달해주는 것이 이 계층의 역할이다.

이 계층의 대표적인 장비는 라우터이며, 요즘은 2 계층의 장비중 스위치라는 장비에 라우팅 기능을 장착한 Layer 3 스위치도 있다.

여기서 IP 주소를 사용한다.

 

네트워크 계층은 여러개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층으로 다양한 길이의 데이터를 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전송계층이 요구하는 서비스의 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다.

 

네트워크 계층은 라우팅, 흐름제어, 세그멘테이션, 오류제어, 인터네트워킹 등을 수행한다.

라우터가 이 계층에서 동작하고 이 계층에서 동작하는 스위치도 있다.

데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만드는 계층이다.

논리적인 주소 구조(IP), 곧 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며 계층적이다.

 

서브넷의 최상위 계층으로 경로를 설정하고, 청구 정보를 관리한다. 개방형 시스템들의 사이에서 네트워크 연결을 설정, 유지, 해제하는 기능을 부여하고, 전송 계층 사이에 네트워크 서비스 데이터 유닛을 교환하는 기능을 제공한다.

 

-> 주소부여, 경로설정

 

IP 계층

 

TCP/IP 상에서 IP 계층이란 네트워크의 주소를 정의하고, IP 패킷의 전달 및 라우팅을 담당하는 계층이다.

 

OSI 7계층모델의 관점에서 보면 IP 계층은 네트워크 계층에 해당한다. 

즉 패킷을 목적지까지 전달하는 역할 및 그에 수반되는 기타 역할을 한다.

 

IP 계층의 주요 역할

- IP 계층에서는 그 하위계층인 데이터링크 계층의 하드웨어적인 특성에 관계없이 독립적인 역할을 수행

 

주요 프로토콜

- 패킷의 전달 IP

- 패킷 전달 에러의 보고 및 진단을 위한 ICMP

- 복잡한 네트워크에서 인터네트워킹을 위한 경로를 찾게 해주는 라우팅 프로토콜

 

IP 프로토콜

 

TCP/IP 기반의 인터넷 망을 통하여 데이터그램의 전달을 담당하는 프로토콜

IP 계층에서 IP 패킷의 라우팅 대상이 됨

IP 주소 지정

 

특징

 

신뢰성(에러 제어) 및 흐름 제어 기능이 전혀 없음

신뢰성을 확보하려면 IP 계층 위의 TCP 와 같은 상위 트랜스포트 계층에 의존

- 비연결성 데이터그램 방식으로 전달되는 프로토콜

- 패킷의 완전한 전달(소실, 중복, 지연, 순서바뀜 등이 없게함)을 보장하지 않음

- IP 패킷 헤더 내 수신 및 발신 주소를 포함 (IPv4 헤더, IPv6 헤더, IP 주소)

- IP 헤더 내 바이트 전달 순서 : 최상위 바이트를 먼저 보낸다.

- 경우에 따라 단편화가 필요하다.

- TCP, UDP, ICMP, IGMP 등이 IP 데이터그램에 실려서 전송

 

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4 계층 전송 계층 (Transport Layer)

 

통신을 활성화하기 위한 계층이다. 보통 TCP 프로토콜을 이용하며, 포트를 열어서 응용프로그램들이 전송을 할 수 있게 한다.

만약 데이터가 왔다면 4계층에서 해당 데이터를 하나로 합쳐서 5계층에 던져 준다.

단대단 오류제어 및 흐름제어 이 계층 까지는 물리적인 계층에 속한다. (TCP/UDP 프로토콜을 사용한다.)

 

전송계층은 양 끝단(end to end)의 사용자들이 신뢰성 있는 데이터를 주고 받을 수 있도록 해 주어, 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해준다.

시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 방식을 사용한다.

전송계층은 특정 연결의 유효성을 제어하고, 일부 프로토콜은 상태 개념이 있고 (stateful), 연결 기반이다.

이는 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다는 것을 뜻한다.

가장 잘 알려진 전송계층의 예는 TCP 이다.

 

종단간 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단간 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하며, 기능은 오류 검출 및 복구와 흐름제어, 중복검사 등을 수행한다.

 

-> 패킷 생성 및 전송

 

TCP 프로토콜

 

OSI 계층 모델의 관점에서 전송계층에 해당

양종단 호스트 내 프로세스 상호 간에 신뢰적인 연결지향성 서비스를 제공

- IP 의 비신뢰적인 최선형 서비스에다가 신뢰적인 연결지향성 서비스를 제공하게됨

- 신뢰적인 전송을 보장함으로써, 어플리케이션 구현이 한층 쉬워지게 됨

 

1) 신뢰성

- 패킷 손실, 중복, 순서바뀜 등이 없도록 보장

- TCP 하위 계층인 IP 계층의 신뢰성 없는 서비스에 대해 다방면으로 신뢰성을 제공

 

2) 연결지향

- 같은 전송계층의 UDP 가 비연결성인 것과는 달리, TCP 는 연결지향적이다.

- 느슨한 연결을 갖으므로 강한 연결을 의미하는 가상회선이라는 표현 보다는 오히려 연결지향적이라고 말한다.

- 연결 관리를 위한 연결 설정 및 연결 해제 필요

- 양단간 어플리케이션/프로세스는 TCP 가 제공하는 연결성 회선을 통하여 서로 통신

 

UDP 프로토콜

 

전송계층의 통신 프로토콜

신뢰성이 낮은 프로토콜로서 완전성을 보증하지는 않는다.

가상회선을 굳이 확립할 필요가 없고 유연하며 효율적 응용의 데이터 전송에 사용

 

비연결성이고, 신뢰성이 없으며, 순서화되지 않은 데이터그램 서비스 제공

- 메시지가 제대로 도착했는지 확인하지 않는다.

- 수신된 메시지의 순서를 맞추지 않는다.

- 흐름제어를 위한 피드백을 제공하지 않는다.

- 검사합을 제외한 특별한 오류 검출 및 제어가 없다.(UDP 를 사용하는 프로그램쪽에서 오류제어 기능을 스스로 갖추어야 한다.)

- 데이터그램 지향의 전송계층 프로토콜(논리적인 가상회선 연결이 필요없다), 비연결접속상태 하에서 통신

 

실시간 응용 및 멀티캐스팅 가능

- 빠른 요청과 응답이 필요한 실시간 응용에 적합하다.

- 여러 다수 지점에 전송 가능 (1:다)

 

헤더가 단순함

- UDP 는 TCP 처럼 16비트의 포트 번호를 사용한다.

- 헤더는 고정 크기의 8바이트(TCP 는 20바이트)만 사용한다.

- 헤더 처리에 많은 시간과 노력을 요구하지 않는다.

 

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5 계층 세션 계층(Session Layer)

 

데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결을 말한다. 통신을 하기 위한 대문이라고 보면 된다.

하지만 4계층에서도 연결을 맺고 종료할 수 있기 때문에 우리가 어느 계층에서 통신이 끊어졌나 판단하기는 한계가 있다.

그러므로 세션 계층은 4계층과 무관하게 응용 프로그램의 관점에서 봐야 한다.

세션 설정, 유지, 종료, 전송 중단시 복구 등의 기능이 있다.

 

세션 계층은 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공한다.

동시 송수신 방식, 반이중 방식, 전이중 방식 의 통신과 함께 체크포인팅과 유휴, 종료, 다시시작 과정 등을 수행한다.

이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 진다.

 

-> 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류복구 명령들을 일괄적으로 다룬다. 통신을 하기 위한 세션을 확립/유지/중단 (운영체제가 해줌)

-> 주 지점 간의 프로세스 및 통신하는 호스트간의 연결 유지

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6 계층 표현 계층 (Presentation Layer)

 

데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고, 암호화 한다.

표현계층은 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어준다. MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다.

예를 들면 EBCDIC 로 인코딩된 문서 파일을 ASCII 로 인코딩된 파일로 바꿔 주는 것,

해당 데이터가 텍스트인지, 그림인지, GIF 인지, JPG 인지의 구분 등이 표현 계층의 몫이다.

 

-> 사용자의 명령어를 완성 및 결과 표현. 포장/압축/암호화

-> 전송하는 데이터의 표현 방식을 결정

 

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7 계층 응용 계층 (Application Layer)

 

최종 목적지로서 HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet 등과 같은 프로토콜이 있다.

해당 통신 패킷들은 방금 나열한 프로토콜에 의해 모두 처리되며 우리가 사용하는 브라우저나 메일 프로그램은 프로토콜을 보다 쉽게 사용하게 해주는 응용 프로그램이다. 한마디로 모든 통신의 양 끝단은 HTTP 와 같은 프로토콜이지 응용프로그램이 아니다.

 

응용 계층은 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다.

일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다.

 

-> 네트워크 소프트웨어 UI 부분, 사용자의 입출력 부분

 

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참고 링크

 

https://shlee0882.tistory.com/110

OSI 7 계층이란?, OSI 7 계층을 나눈 이유

https://lxxyeon.tistory.com/155

OSI 7계층이란? - OSI 계층별 특징, TCP/IP 4계층

https://velog.io/@cgotjh/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC-OSI-7-%EA%B3%84%EC%B8%B5-OSI-7-LAYER-%EA%B8%B0%EB%B3%B8-%EA%B0%9C%EB%85%90-%EA%B0%81-%EA%B3%84%EC%B8%B5-%EC%84%A4%EB%AA%85

[네트워크] OSI 7 계층 (OSI 7 LAYER) 기본 개념, 각 계층 설명