[Network] OSI 참조 모델 (OSI 7계층)

<네트워크개론_한빛아카데미>를 정리, 요약한 내용입니다.
문제가 있을 시 글 내리겠습니다.

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1. 개요

1970년대 후반 각 통신업체는 각자의 시스템에만 적용되는 개별 네트워크 구조를 사용하였다.
하지만 개별적으로 적용되는 구조 상에서는 많은 불편함이 있었다.
따라서 1984년 국제표준화기구 (International Organization for Standardization, ISO)는 OSI 참조모델 발표하였다.
 
OSI 참조모델의 목적은
개방형 통신을 목적으로 하고 기본적인 하드웨어나 소프트웨어의 논리적인 변경없이 시스템 간의 통신을 개방하는 것이었다.
OSI 참조모델은 프로토콜이 아닌 유연하고 안전하며 상호연동 가능한 네트워크 구조를 설계하고 이해하는 모델이다.

https://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model

OSI 참조모델은 7계층으로 이루어져있는데, 아래와 같다.

1. 물리계층
2. 데이터링크계층
3. 네트워크계층
4. 전송계층
5. 세션계층
6. 표현계층
7. 응용계층

1, 2, 3 계층은 시스템 전송시 물리적인 부분, 패킷 전달 등을 처리한다.
4 계층은 두 시스템 간의 연결을 확인하고 원격 시스템 간의 데이터 전송을 보장한다.
5, 6, 7 계층은 호스트 내부에서 처리하는 기능으로, 서로 관련 없는 소프트웨어 시스템 간의 호환성 제공한다. 
 
 
동작방법
데이터가 응용 계층에서 하위 계층으로 순차적으로 전송되며,
물리 계층과 응용 계층 제외한 나머지 계층에서 데이터 시작과 끝 부분에 헤더나 트레일러 형태로 정보를 추가한다.

실제 네트워크 프로토콜은 OSI 참조모델의 7계층을 모두 사용하지 않고 물리계층, 데이터 링크계층, 네트워크 계층만 사용한다.
 
OSI 참조모델의 각 계층은 서로 독립적이고 어느 한 계층의 변경이 다른 계층에 영향을 미치지 않는다.
기능에 필요한 몇 개의 계층만 표준화하면 정상적으로 통신할 수 있다.
 
계층을 하나씩 알아보자.
 

2. 물리 계층 (1 계층)

물리계층은 두 시스템 간에 데이터를 전송하기 위해 링크를 활성화하고 관리하는 전기적, 기계적, 기능적, 절차적 특성 등을 정의한다.

허브, 라우터, LAN 카드, 케이블 등 전송매체를 통해 비트를 전송하고, 
물리적인 네트워크 장치의 사양은 물리계층에 의해 결정된다. 
 
물리계층에서는 상위 계층인 데이터링크 계층에서 형성된 데이터 패킷을 전기신호나 광신호로 바꾸어 송수신한다.
 
대표적인 장치의 예로는 LAN 카드, 리피터, 허브 등이 있다.
 

3. 데이터링크 계층 (2 계층)

데이터링크 계층은 물리적 링크를 이용하여 신뢰성 있는 데이터를 전송하는 계층이다.
네트워크를 통해 데이터를 전송할시 전송로 역할을 한다.
비트를 '프레임'이라는 논리적 단위로 구성한다.
 
주요 특징으로는,
송신지 → 수신지로 데이터를 전송하는데 필요한 여러가지 정보가 들어 있다.
물리 계층에서 발생하는 오류를 검출하고 복구하는 오류 제어기능, 동기화, 흐름 제어 기능 등을 담당한다.
데이터 양을 조절하기도 하며, 데이터를 순차적으로 전송하기 위해 프레임 번호를 부여한다.
 
해당 계층의 헤더와 트레일러의 역할은 아래와 같다.

주요 장치로는 스위치가 있다.
스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이 있는데
해당 테이블에서 스위치의 포트번호와 해당포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되어 있다.
 
1) 송신포트(1포트) -> 수신포트 (2, 3, 4, 5포트로 프레임 전송) (a.k.a flooding)
2) 출발 : 1포트 / 도착 : 5포트
3) MAC 주소 테이블은 MAC 주소와 포트번호를 저장
4) MAC 주소가 등록되어 있으면 수신지 컴퓨터에만 데이터를 전송 ; MAC 주소 필터링 
 
MAC이란 
Media Access Control Address의 약자로
네트워크 세그먼트의 데이터 링크 계층 에서 통신을 위한 네트워크 인터페이스에 할당된 고유 식별자이다.
 
스위치는 허브와 달리 데이터 충돌이 발생하지 않는다.
데이터를 송수신할 수 있는 전이중 통신방식으로 충돌이 발생하지 않고, 충돌 도메인 범위도 좁다.
여기서 전이중통신방식은 쉽게 생각해 2차선 도로인데
통신 채널에 접속된 단말기 두대가 동시에 데이터를 송수신할 수 있는 통신 방식이다.
 

4. 네트워크 계층 (3 계층)

위의 데이터 링크 계층은 이더넷 규칙을 기반으로 데이터의 전송을 담당하며 같은 네트워크에 있는 컴퓨터에는 데이터 전송 가능하다.
반면, 다른 네트워크나 인터넷으로는 데이터를 전송할 수 없다.
서로 다른 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 것이 네트워크 계층이라고 하며 라우터라는 장비가 필요하다.
 
주요 특징으로는,
데이터 전송과 경로 선택 기능을 제공하고 라우팅 프로토콜을 사용하여 최적의 경로를 선택한다.
각 패킷이 송신지에서 최종 수신지까지 정확하게 전송되도록 경로를 책임지며, 라우팅을 통해 최적의 경로를 찾는다. 

 

5. 전송 계층 (4 계층)

아래의 포스팅 참고
https://jamiehun.tistory.com/168

[Network] OSI 7계층 - 전송계층 (TCP / UDP)과 handshake

 

6. 세션 계층 (5 계층)

응용 프로그램 계층 간의 통신을 제어하는 구조를 제공하기 위해
응용 프로그램 계층 사이의 접속을 설정, 유지, 종료하는 역할을 한다.
 
또한 데이터 단위(메시지)를 전송계층으로 전송할 순서를 결정, 데이터를 점검 및 복구하는 동기 위치를 제공한다.
또한 세션을 종료할 필요가 있을 때 종료할 적절한 시간을 수신자에게 알려준다.
 

7. 표현 계층 (6 계층)

데이터 표현의 차이를 해결하기 위해 서로 다른 형식으로 변환하거나 공통 형식을 제공하는 계층이다.
예를 들어, 그래픽 정보는 JPEG 형식으로, 동영상은 MPEG 형식으로 변환하여 송수신한다.
데이터 압축 및 암호화 기능을 제공한다.
 
송신 측은 수신 측에 맞는 형태로 변환하고,
수신 측은 응용 계층에 맞는 형태로 변환한다.
 

8. 응용 계층 (7 계층)

파일 전송, 데이터 베이스, 원격 접속, 메일 접송 등의 응용 서비스를 네트워크에 접속하는 역할을 하고 여러가지 서비스를 제공한다.
응용 프로세스가 네트워크에 접근하는 수단을 제공하여 데이터를 서로 교환하는 창구역할을 하며 사용자 인터페이스를 제공한다.
(HTTP와 같은 프로토콜이 응용 계층에 해당)
 
예를 들어,
파일 접근 및 전송의 경우
원격으로 다른 호스트 파일에 접근할 수 있게 하고, 원격 컴퓨터에서 파일을 가져오며, 원격 컴퓨터의 파일을 관리하거나 제어한다.
 
메일 서비스의 경우
메일을 발송하고 저장할 수 있는 토대를 제공한다.