[네트워크] OSI 7 계층 - 기본 개념 정리

개념

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

 

정의

OSI 모형(Open Systems Interconnection Reference Model)이라고도 한다. 국제표준화기구(ISO)에서 개발한 모델로, 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 것이다. 이는 (통신에 관련된) 기반 기술로부터 독립적으로 네트워킹 또는 통신 시스템의 기능을 설명하는 개념적 프레임워크이다.

 

데이터 통신을 7개의 추상적인 계층으로 분리하고, 프로토콜을 네트워킹 기능으로 적절히 묶어 표준화하였다. 이를 통해 기술 유형, 벤더, 모델에 상관 없이 통신 시스템에서 상호 운용성을 보장한다. OSI 7 계층은 원래 벤더 간의 상호 운용성을 촉진하고, 네트워크 통신을 위한 명확한 표준을 정의하기 위해 개발되었다.

 

계층을 나눈 이유

통신이 일어나는 과정을 단계 별로 파악할 수 있기 때문이다. 흐름을 한눈에 알아보기 쉽고, 사람들이 이해하기 쉽고, 7단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건드리지 않고도 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있다.

 

만약 회사에서 업무를 보는데 인터넷 연결이 끊겼다면, 문제의 원인이 어디인지 알아봐야 할 것이다. 모든 PC에 문제가 있다면, 라우터의 문제(3 계층 네트워크 계층)이거나 광랜을 제공하는 회사의 회선(1 계층 물리 계층) 문제일 가능성이 높다. 한 PC만 문제가 있다면, 문제 PC가 사용하는 소프트웨어(7 계층 애플리케이션 계층)의 문제일 수 있다. 소프트웨어에 문제가 없다면, 스위치(2 계층 데이터 링크 계층)의 문제일 수 있다. 이렇듯 다른 계층에 있는 장비나 소프트웨어를 건드리지 않고 문제를 해결할 수 있다.

 

계층 별 예시

 

1 계층 - 물리 계층 (Physical Layer)

물리 계층에서는 주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용한 통신 케이블로 데이터를 전송하게 된다. 사용되는 통신 단위는 비트이며 1과 0으로 나뉘는 즉, 전기적으로 On, Off 상태라고 생각하면 된다. 이때 단지 데이터를 전달만 할 뿐 전송하거나 받으려는 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경 쓰지 않는다. 데이터를 전기적인 아날로그 신호로 변환해서 주고받는 기능을 하며, 이 계층에서 쓰이는 대표적인 장비는 통신 케이블, 리피터, 허브 등이 있다.

 

2 계층 - 데이터 링크 계층 (DataLink Layer)

물리 계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전한 정보의 전달을 수행할 수 있도록 도와준다. 따라서 통신에서의 오류도 찾아주고, 오류가 있다면 데이터를 재전송하는 기능을 가지고 있다. 오류 검사는 패리티 비트 검사, 해밍 부호 검사 등이 있다.

 

데이터 링크 계층은 맥 주소를 가지고 통신하며, 전송되는 단위를 프레임이라고 하고, 대표적인 장비로는 브리지와 스위치 등이 있다. 브리지와 스위치 등에서 맥 주소를 활용한다.

 

3 계층 - 네트워크 계층 (Network Layer)

네트워크 계층은 경로를 선택하고 주소를 정한 뒤, 경로에 따라 패킷을 전달해 주는 역할을 한다. 이 계층의 대표적인 장비는 라우터이며, 요즘은 2 계층의 장비 중 스위치라는 장비에 라우팅 기능을 장착한 Layer 3 스위치도 있다. 라우터에서 IP 주소를 활용하며, 위에서 언급한 주소를 정한다는 것이 바로 IP 주소를 의미한다. 참고로 네이버나 구글 같은 도메인 주소를 55.10.54.75 같은 IP 주소로 변환하는 행위를 DNS라고 한다.

B라는 지점에 IP 주소인 55.10.54.75를 부여하고, A에서 B까지 경로를 찾기 위한 라우팅 기술을 사용하는 것이다.

 

4 계층 - 전송 계층 (Transport Layer)

전송 계층에서는 데이터를 전송하고, 전송 속도를 조절하며, 오류가 발생된 부분은 다시 맞춰 주는 계층이다. 데이터를 전송받은 경우, 전송 계층에서 데이터를 합산하여 세션 계층으로 보내주게 된다.

주로 TCP, UDP 프로토콜을 사용하며, 헤더에 송신지와 수신지의 포트 번호를 포함하여 전달하는 계층이다. 참고로, TCP의 데이터 전송 단위는 Segment, UDP의 데이터 전송 단위는 Datagram이라고 부른다.

 

포트 번호란?

하나의 컴퓨터에서 동시에 실행되고 있는 프로세스들이 서로 겹치지 않게 가져야 하는 정수 값이다.

 

네트워크 계층 vs 전송 계층

네트워크 계층은 호스트 간의 논리적 통신을 돕지만, 전송 계층은 응용 프로세스 간의 논리적을 통신을 돕는다.

 

5 계층 - 세션 계층

세션 계층은 네트워크상 양쪽 연결을 관리하고 연결을 지속시켜 주는 계층이다. 주로, TCP/IP 세션을 만들고 유지하며, 세션이 종료되거나 전송이 중단될 시 복구하는 기능이 있다. 더불어, 통신하는 사용자들을 동기화한다는 특징이 있다.

통신 연결은 포트 기반으로 구성하여 연결하며, 운영 체제가 통신을 하기 위한 세션 확립/유지/중단 과정을 해 준다.

 

세션이란?

세션이란 일정 시간 동안 같은 사용자로부터 들어오는 일련의 요구를 하나의 상태로 보고 그 상태를 일정하게 유지하는 기술을 말한다. 여기서 일정 시간이란, 방문자가 웹 브라우저를 통해 웹 서버에 접속한 시점으로부터 웹 브라우저는 종료함으로써 연결을 끝내기까지의 기간을 말한다. 즉, 방문자가 웹 서버에 접속해 있는 상태를 하나의 단위로 보고 세션이라고 부른다.

 

6 계층 - 표현 계층

표현 계층은 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식 상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어 준다. MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다.

예를 들어, EBCDID로 인코딩 된 문서 파일을 ASCII로 인코딩 된 파일로 바꿔 주는 것이나 특정 데이터가 text인지, gif인지, jpg인지 등의 구분을 해 준다.

 

7 계층 - 응용 계층

응용 계층은 사용자 또는 애플리케이션이 네트워크 접근할 수 있도록 해 준다. 사용자를 위한 인터페이스를 제공하며, 사용자에게 보이는 유일한 계층이라고 할 수 있다. 메일 전송, 인터넷 접속 등의 작업을 수행할 수 있다. 최종 목적지로서 HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet 등과 같은 프로토콜이 있다.

 

추가 정보 참고 링크

https://ko.wikipedia.org/wiki/OSI_%EB%AA%A8%ED%98%95

OSI 모형 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전