[네트워크] OSI 7 계층 (OSI 7 Layer)
by 무작정 개발이번에는 네트워크의 기본인 OSI 7 계층에 대해 정리할 것이다.
이번 글에서는 OSI 7 계층에 대해 다루고,
다음 글에서는 TCP/IP 4 계층에 대해 다루기 때문에 이어서 보면 이해하기 쉽다.
🖥️ 목차
- 데이터(Data)의 기술적 개념을 알고 가자
- 프로토콜(Protocol)이 필요하다
- 계층 구조
- OSI 7 계층(Layer) 이란?
- OSI 7 Layer의 필요성
- OSI 7 Layer 계층별 개념 정리
- 전체적인 통신 플로우
현재 인터넷은 OSI모델이 아닌 TCP/IP 모델을 따른다.
그리고 OSI 모델이 꽤나 유명했던 만큼 현재는 하단 3번째 그림인 TCP/IP 모델로 배우는 것이 좋다고 한다.
또한 OSI 모델과 TCP/IP 모델을 비교 분석해보는 것도 좋다고 생각한다.
1. 데이터(Data)의 기술적 개념을 알고 가자
먼저 데이터(Data)의 기술적인 개념부터 알아보고자 한다.
우리가 흔히 말하는, 컴퓨터 화면을 통해 볼 수 있는 모든 데이터는 컴퓨터 밖 세상의 것들과 크게 다르지 않다.
책처럼 읽을 수 있는 인터넷 신문기사의 글자들, SNS에 업로드된 사진들 이런 것들을 우리는 데이터라고 부른다.
사실 데이터들은 수많은 0과 1로 이루어진 숫자에 불과하다.
그럼 데이터는 어떻게 전달될까?
데이터는 0 혹은 1로 이루어진 숫자이고, 컴퓨터는 2진법의 숫자를 전기의 켜짐(On), 꺼짐(Off)으로 표현할 수 있다.
즉, 데이터는 아주 긴 전기 신호인 것이다.
데이터가 전기 신호라 했으니 데이터를 전달하려면 긴 케이블이 필요할 것 같다.
2. 프로토콜(Protocol)이 필요하다.
컴퓨터, 핸드폰 등 한 클라이언트에서 발생한 데이터(Data)가 상대방 컴퓨터 혹은 서버로 전달되기 위해서는
표준화된 어떠한 약속 혹은 절차를 따라야 한다. 전기 신호가 그냥 케이블을 타고 상대방 컴퓨터로 전달되는 것이 아니기 때문이다.
보내는 쪽(전송)에서는 데이터(Data)를 안전하고, 정확하고, 신속하게 규격화 즉, 포장하는 방법이 필요하고,
받는 쪽(수신)에서는 그 데이터(Data)를 안전하고 정확하고 신속하게 해석하는 방법이 필요한 것이다.
이러한 기술적 약속을 프로토콜(Protocol)이라고 한다.
네트워크를 공부한다는 것은 많은 프로토콜(Protocol)을 학습한다는 것과 같은 의미이다.
컴퓨터 간 데이터를 주고받을 때 에러(Error)가 발생하지 않도록 알맞게 나누어 전송하고, 이를 수신(받기)하여
다시 기존에 정보로 변환하는 과정, 어떤 모델이 약속되어 있는지 알아보고자 한다.
3. 계층 구조
네트워크 상에서 여러 대의 컴퓨터가 데이터(Data)를 주고받으려면 이들을 서로 연동할 수 있도록
표준화된 인터페이스를 지원해야 한다. OSI 7 계층 모델과 TCP/IP 4 계층 모델 모두 계층 구조를 갖고 있기 때문에,
자세히 알아보기 전에 먼저 계층 구조가 어떤 것인지, 적용하면 어떤 점이 좋은지를 알 필요가 있다.
계층 구조(Layer)는 네트워크뿐만 아니라 운영체제 등 다양한 분야에서 적용되는데, 계층 구조를 사용하는 목적은
분할 정복(Divide and Conquer) 때문이다. 쉽게 말하자만 어떠한 복잡한 문제를 해결하고자 할 때,
나누어 생각하면 쉽게 해결할 수 있다는 취지인 것이다.
계층 구조의 또 다른 특징은 위(Up), 아래(Down) 층으로만 이동할 수 있다는 점이다.
건너뛰어서 맨 위층 또는 맨 아래층으로 갈 수 없다. 즉, 다음 단계로 넘어가려면 이전 계층이 전제 조건이 되어야 한다.
4. OSI 7 계층(Layer) 이란?
1984년 국제표준화기구(ISO)에서 개발한 모델로써, 네트워크 프로토콜 디자인과 통신 과정을 7개의 계층으로
구분하여 만든 "표준 규격"이다. 초창기의 네트워크는 각 컴퓨터마다 시스템이 달랐기 때문에 하드웨어와
소프트웨어의 논리적인 변경 없이 통신할 수 있는 표준 모델이 나타나게 되었다.
- 통신이 일어나는 과정을 7단계로 크게 구분하여, 단계별로 파악이 가능
- OSI 참조 모델 혹은 OSI 7 계층이라 불림
- OSI (Open System Interconnection) : 개방형 시스템 => 누구나 참조 및 부가적인 추가 가능
- 컴퓨팅 장치나 네트워킹 장치를 만들 때 이 모델을 참조해서 모든 통신 장치를 만든다.
- 각 계층은 독립적인 모듈로 구성되어 있음
- 각 계층은 상하 계급 구조를 가지고 있음
- 상위 계층의 프로토콜이 제대로 동작하기 위해서는 하위의 모든 계층에 문제가 없어야 한다.
- 물리 계층 : 하드웨어 / 데이터링크 계층 : 하드웨어 + 소프트웨어 / 3 계층부터는 소프트웨어로 구성
5. OSI 7 layer의 필요성
1. 표준 규격
- 네트워크 구성 요소를 표준화함으로써 서로 다른 통신 장치와의 상호 호환 가능
2. 계층 별 모듈화 된 것이 하나로 조립 / 융합된 구조
- 유지관리의 수월성
- ex) 7단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 이상이 생긴 단계만 고쳐서 해결이 가능
3. 설계가 간단해지고, 통신이 일어나는 흐름을 한눈에 알아보기 쉬움
6. OSI 7 layer 계층 별 설명
PDU 란?
OSI 7 계층에서는 PDU 개념을 중요시한다.
PDU(Process Data Unit) 란 각 계층에서 전송되는 단위를 말한다.
1 계층에서 PDU가 비트(Bit)라고 생각하기 쉽지만 PDU라고 하지 않고 여기서 비트는 단위라기보다는
단지 전기 신호의 흐름일 뿐이다.
PDU는 2 계층 - 프레임(Frame) / 3 계층 - 패킷(Packet) / 4 계층 - 세그먼트(Segment)만 생각하면 된다.
네트워크 통신 과정을 깊게 이해하기 위해서는 왜 각각의 계층의 PDU가 다른지 알아야 하고,
역할에 대해 알고 있어야 한다.
1 계층 : 물리 계층(Physical Layer)
[1 계층] 물리 계층은 OSI 모델의 최하위 계층에 속하며,
상위 계층(데이터 링크)에서 전송된 데이터를 물리적인 전송 매체(허브, 라우터, 케이블 등)를 통해 다른 시스템에
전기적 신호를 전송하는 역할을 한다. 즉, 기계어를 전기적 신호로 바꿔서 와이어에 실어주는 것이다.
- 최하위 계층
- 물리적인 전송 매체를 통하여 상위 계층인 데이터 링크 계층으로부터 전달된 비트 스트림을 상대측 물리 계층으로 전달하는 기능을 수행한다.
- 단지 데이터를 전달만 할 뿐, 전송받으려는 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지는 전혀 신경 쓰지 않음.
- 전송 단위(PDU) : 비트(1 - 전기적으로 On, 0 - 전기적으로 Off) - 전기 신호의 흐름
- 장비 : 통신 케이블. 허브 등
- 프로토콜(Protocol) : Modem, Cable, Fiber, RS-232C
- [핵심] : 1 Layer. 물리 계층 : 데이터를 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능만 수행
2 계층 : 데이터 링크 계층(DataLink Layer)
[2 계층] 데이터 링크 계층은
네트워크 기기들 사이의 데이터 전송을 하는 역할을 한다. 시스템 간의 오류 없는 데이터 전송을 위해
패킷(Packet)을 프레임(Frame)으로 구성하여 물리 계층(1 계층)으로 전송한다.
네트워크 계층(3 계층)에서 정보를 받아 주소와 제어 정보를 헤더와 테일에 추가한다.
- 물리적인 네트워크 사이에 데이터 전송을 담당하는 계층
- Point to Point 간 신뢰성 있는(안전한) 전송을 보장하기 위한 계층
- 물리 계층(1 layer)을 통해 송수신되는 데이터의 전송 오류를 감지하는 기능을 제공, 오류 감지 시 재전송
- MAC(맥) 주소를 가지고 통신
- 전송 단위(PDU) : 프레임(Frame)
- 장비 : 브리지, 스위치 등
- 프로토콜(Protocol) : 이더넷, MAC, PPP, ATM, LAN, Wifi
※ MAC Address : 컴퓨터 간 데이터를 전송하기 위한 컴퓨터의 물리적 주소
※ MAC vs IP
- IP 주소 간의 통신은 각 라우터에서 일어나는 MAC 주소와 MAC 주소 통신의 연속적인 과정이다.
- ex) 한국에 있는 주소로 편지를 보낼 때, IP는 시작점과 끝점에 해당하는 주소라면, MAC 주소는 편지가 거쳐가는 중간 거점들(즉, 바로 옆에 물리적으로 연결되어 있는 노드와 통신 시 사용되는 주소)
3계층 : 네트워크 계층(Network Layer)
[3 계층] 네트워크 계층은
기기에서 데이터그램(Datagram)이 가는 경로를 설정해주는 역할을 한다.
라우팅 알고리즘을 사용하여 최적의 경로를 선택하고 송신 측으로부터 수신 측으로 전송한다.
이때, 전송되는 데이터는 패킷(Packet) 단위로 분할하여 전송한 후 다시 합쳐진다. 데이터 링크 계층(2 계층)이
노드 대 노드 전달을 감독한다면, 네트워크 계층(3 계층)은 각 패킷이 목적지까지 성공적이고 효과적으로
전달되도록 한다.
- 목적지 네트워크 주소(IP)를 정하고, 그에 따른 경로(Route)를 선택하고, 경로에 따라 패킷을 전달해 주는 역할
- 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠른 경로로 전달하는 기능(라우팅)이 가장 중요 - 프로토콜, 라우팅 기술 등
- 여러 개의 노드(node)를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층
- 다양한 길이의 데이터를 네트워크에 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층(4 Layer)이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단 제공
- 전송 단위(PDU) : 패킷(Packet)
- 장비 : 라우터, L3 스위치
- 프로토콜(Protocol) : IP, ICMP 등
4 계층 : 전송 계층(Transport Layer)
[4 계층] 전송 계층은
발신지에서 목적지(End-toEnd) 간 제어와 에러를 관리한다. 패킷(Packet)의 전송이 유효한지 확인하고
전송에 실패된 패킷을 다시 보내는 것과 같은 신뢰성 있는 통신을 보장하며, 헤드에는
세그먼트(Segment)가 포함된다. 주소 설정, 오류 및 흐름 제어, 다중화를 수행한다.
- EndPoint의 사용자들이 신뢰성 있는 데이터를 주고받게 해주는 역할
- 오류 검출 및 복구, 흐름 제어와 중복 검사 등을 수행
- 패킷 생성 및 전송
- 패킷들의 전송이 유요 한 지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송
- 헤더에 포트 번호가 포함되어 있음
- 포트 번호 : 디바이스에 있는 여러 프로세스 중 자기가 가야 할 프로세스를 구분하기 위해 필요한 번호
- 전송 단위(PDU) : 세그먼트(Segment)
- 장비 : 게이트웨이(GateWay), L4 스위치
- 프로토콜(Protocol) : TCP, UDP, ARP, RTP
- TCP
- 대부분 TCP 사용
- 신뢰적인 전송 보장(패킷 손실, 중복, 순서 바뀜 등이 없도록 보장) - ACK 사용
- IP가 처리할 수 있도록 데이터를 여러 개의 패킷으로 나누고, 도착지에서 완전한 데이터로 패킷을 재조립
- 데이터 전송 단위 : 세그먼트
- UDP
- 비연결성, 비신뢰성 서비스
- TCP와 다르게 패킷을 나누고 재조립하는 과정 없이, 수신지에서 제대로 받든 말든 상관하지 않고, 데이터를 보내기만 한다. => 에러와 그에 따른 재전송, 대체는 애플리케이션에서 처리해야 한다.
- But 속도가 빠르다. => Real Time 서비스에 사용하면 좋다
- 데이터 전송 단위 : 블록 형태의 다이어그램
- TCP
5 계층 : 세션 계층(Session Layer)
[5 계층] 세션 계층은
통신 세션을 구성하는 계층으로, 포트(Port) 번호를 기반으로 연결한다.
통신 장치 간의 상호 작용을 설정하고 유지하며 동기화한다. 동시 송수신(Duplex), 반이중(Half-Duplex),
전이중(Full-Duplex) 방식의 통신과 함께 체크 포인팅과 종료, 다시 시작 과정 등을 수행한다.
- Session(세션) : 클라이언트와 웹 서버 간 네트워크 연결이 지속 유지되고 있는 상태
💡 사용자가 브라우저를 열어 서버에 접속한 뒤 접속을 종료할 시점까지를 의미
- 네트워크 상 양쪽 연결을 관리하고 연결을 지속시켜주는 계층
- 세션 생성, 유지, 종료, 전송 중단 시 복구 기능 수행 (OS가 세션 계층으로 이 역할 수행)
- TCP/IP 세션을 만들고 없애는 역할
- 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류 복구 명령들을 일괄적으로 다룬다.
- 프로토콜(Protocol) : NetBIOS, SSH, TLS
6 계층 : 표현 계층(Presentation Layer)
[6 계층] 표현 계층은
송신 측과 수신 측 사이에서 데이터의 형식(png, jpg 등)을 정해준다.
받은 데이터를 코드 변환, 구문 검색, 인코딩 - 디코딩 및 암호화, 압축의 과정을 통해
올바른 표준 방식으로 변환해준다.
- 응용 계층(7 Layer)으로부터 전달받거나 전송하는 데이터의 인코딩 - 디코딩 및 암호화 등이 이루어지는 계층
- 코드 간의 번역을 담당하여 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층(7 Layer)으로부터 덜어준다.
- 프로토콜(Protocol) : JPG, MPEG, SMB, AFP
7 계층 : 응용 계층(Application Layer)
[7 계층] 응용 계층은
사용자와 바로 연결되어 있으며 응용 SW를 도와주는 계층이다.
사용자로부터 정보를 입력받아 하위 계층으로 전달하고 하위 계층에서 전송한 데이터를 사용자에게 전달한다.
파일 전송, DB, 메일 전송 등 여러 가지 응용 서비스를 네트워크에 연결해주는 역할을 한다.
- 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 네트워크에 연결 및 수행하는 역할
- 사용자와 직접 접하는 유일한 계층
- 사용자로부터 정보를 입력받아 하위 계층으로 전달하고, 하위 계층에서 전송한 데이터를 사용자에게 전달
- UI 부분, I/O부분
- 대표적인 프로토콜 : HTTP, DNS, Telnet, FTP 등
7.OSI 모델_전체적인 통신 플로우
- 발신 측에서 응용 계층(7 Layer)부터 시작해 각 계층마다 헤더를 붙여 캡슐화를 진행
- 수신 측에서는 물리 계층(1 Layer)부터 차례로 올라가면서 헤더를 떼 내는 디캡슐레이션을 진행하여 데이터 식별
- ex) 데이터가 목적지로 이동할 때, 네트워크 계층(3 Layer)에서 IP 헤더에 있는 프로토콜 정보를 이용해 데이터가 TCP인지 UDP인지 식별한 후 그에 따른 처리를 전송 계층(4 Layer)에서 수행한다.
- 목적지에 원하는 데이터가 전송된다.
[출처 및 참고 문헌]
GitHub - ssafy-tech-concert/ssafy-tech-concert: 🛠 SSAFY 테크 콘서트 (SSAFY Tech Concert)
🛠 SSAFY 테크 콘서트 (SSAFY Tech Concert). Contribute to ssafy-tech-concert/ssafy-tech-concert development by creating an account on GitHub.
github.com
"데이터가 전달되는 원리" OSI 7계층 모델과 TCP/IP 모델
우선 데이터의 기술적 개념부터 생각해보자. 데이터는 0혹은 1로 이루어진 `숫자`이고, 컴퓨터는 이진법의 숫자를 전기의 `켜짐`과 `꺼짐`으로 표현할 수 있다. 즉, 데이터는 아주 긴 `전기 신호`
velog.io
[ Image 출처] - '데이터 통신', 오창환 저, 한국 학술정보(주)
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