[PART2] 네트워크/통신/데이터 - TERMS 1

[ TERMS 01 ] OSI 계층

1. OSI( Open Systems Interconnection ) 7계층의 정의

 OSI는 개방형 시스템 간의 상호 연결을 의미한다. 국제 표준화 기구인 ISO에서 개발한 모델로 컴퓨터 네트워크의 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 것이다. 간단하게 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눠서 설명한 모델이다.

 

2. OSI 7계층은 어디서 접하게 될까?

 OSI 7계층은 컴퓨터 과학 분야인 네트워크/통신과 정보처리기사 시험 등을 준비하면 접하게 되는 개념이다. 통신이란 2개 이상의 컴퓨터가 데이터를 주고 받는것을 의미한다. 이때 각 컴퓨터를 '호스트'라고 부르고 송신하는 호스트에서 OSI 7계층을 이용하여 수신하는 호스트로 데이터를 전달한다.

 

3. OSI( Open Systems Interconnection ) 7계층 알아보기

 네트워크에 연결된 컴퓨터 간에 데이터를 주고받기 위한 약속을 '프로토콜'이라 한다. 이 프로토콜을 기능별로 나누어 각 계층은 하위 계층을 이용하고 상위 계층에게는 기능을 제공한다. 일반적으로 하위 계층들은 H/W, 그리고 상위 계층들은 S/W로 구현된다.

OSI 7계층을 설명하는 이미지 (출처 : https://www.bmc.com/blogs/osi-model-7-layers/)

>  1계층 : 물리 계층(Physical Layer)

 1계층은 물리 계층이다. 네트워크 OSI 모델에서 가장 낮은 계층으로 하드웨어 전송 기술로 구성된다. 하드웨어 장비로는 케이블, 리피터, 허브가 있으며 네트워크에서 물리적으로 데이터를 전송하는 역할을 수행한다.

 

>  2계층 : 데이터 링크 계층(Data Link Layer)

 2계층은 데이터 링크 계층이다. 물리 계층을 통해 데이터를 전송했다가 데이터가 제대로 도착하지 못하고 중도 분실되거나 데이터의 내용이 깨져서 변형되는 등 물리적 오류가 발생할 수 있다. 이러한 물리적 오류를 데이터 링크 계층에서 감지하고 제어할 수 있다. 그리고 포인트 투 포인트 간의 신뢰성 있는 전송을 보장한다. 송신 호스트와 수신 호스트 사이의 데이터 전송 속도 차이가 크다면 이에 대한 흐름을 제어한다. LAN 카드에 내장된 물리적 주소인 MAC(Medium Access Control) 주소는 네트워크 카드가 만들어질 때 할당받는다. 네트워크 장비 중 브릿지나 L2(Layer 2) 스위치가 이 계층에서 동작한다. 데이터 링크 계층에서 전송되는 데이터의 단위를 '프레임'이라고 한다.

 

>  3계층 : 네트워크 계층(Network Layer)

 3계층은 네트워크 계층으로 여러 개의 서버(노드)를 거칠 때마다 경로를 찾아 주는 역할을 한다. 상위 계층인 전송 계층에게 데이터 전송 시 서비스의 품질(Quality of Service)을 제공하는 여러 수단을 제공한다. 네트워크 계층의 핵심은 라우팅, 패킷 분할, 혼잡 제어이다. 데이터가 전송되려면 여러 경로를 거쳐서 가야 하는데 이 경로 배정 기능을 라우터가 수행한다. 네트워크 간에 데이터를 연결하여 인터넷이 가능하도록 해 준다. 논리적인 IP(Internet Protocol) 주소가 있고 네트워크 계층에서 전송되는 데이터 단위는 '패킷(packet)'이다.  네트워크 계층에서는 IPv4/IPv6, ICMP(Internet Control Message Protocol), IP 주소를 데이터 링크 계층의 MAC 주소로 변환하는 ARP(Address Resolution Protocol)등 여러 프로토콜이 있다. 

 

>  4계층 : 전송 계층(Transport Layer)

 4계층은 전송 계층으로 엔드 투 엔드의 사용자들이 신뢰성 있는 데이터를 주고 받을 수 있게 한다. 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며, 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하고 오류 검출 및 복구, 흐름 제어, 중복 검사 등을 수행한다. 전송 계층에는 연결형 서비스와 비 연결형 서비스가 있다. 연결형 서비스는 TCP(Transmission Control Protocol)가 있고 비연결성 서비스는 UDP(User Datagram Protocol)가 있다. TCP는 신뢰성 있는 연결을 보장하고, UDP는 스트리밍 서비스 처럼 데이터를 빠르게 통신할 때 이용된다. TCP에서의 데이터 단위는 '세그먼트'이고, UDP에서의 데이터 단위는 '데이터그램'이다.

 

>  5계층 : 세션 계층(Session Layer)

 5계층은 세션 계층으로 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하는 방법을 제공한다. 송수신 방식에는 동시 송수신, 반 이중, 전 이중 방식 등이 있으며 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류 복구 명령을 일괄적으로 다룬다. 세션 계층은 세션 연결의 설정과 해제, 메시지 전송 등의 기능을 하고 서비스 인증 및 허가 기능을 처리한다.

 

>  6계층 : 표현 계층(Presentation Layer)

 6계층은 표현 계층으로 인코딩이나 암호화 동작이 이 계층에서 이루어진다. 데이터를 표현하기 위한 문맥 계층이라 불리고 압축 및 데이터 변환이 일어난다.

 

>  7계층 : 응용 계층(Application Layer)

 7계층은 응용 계층으로 응용 프로세스 간의 기능을 제공한다. OSI 모델 중 가장 상위 계층으로, 추상화된 계층이다. 응용 프로세스의 예로 텔넷(Telenet)이 있으며 실제로 앱과 가장 가까운 계층이다. 7계층의 원격 로그인에 대한 텔넷부터 파일 전송인 FTP(File Transfer Protocol), 전자 메일에 대한 SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), DNS(Domain Name System) 등 여러 프로토콜이 있다.

7계층(응용)	응용 프로세스 간, 추상화된 계층, 텔넷, FTP, SMTP 등
6계층(표현)	인코딩, 암호화, 압축, 데이터 변환
5계층(세션)	동기화, 세션 연결 설정/해제, 서비스 인증 및 허가
4계층(전송)	엔드 투 엔드, 송/수신자 간 통신, TCP/UDP, 세그먼트/데이터그램(데이터)
3계층(네트워크)	Qos, 라우팅, 흐름 제어, 세그먼테이션, 오류 제어, IP 주소, 패킷(데이터)
2계층(데이터 링크)	포인트 투 포인트, 오류 제어, 흐름제어, MAC주소, 브릿지, L2 스위치, 프레임(데이터)
1계층(물리)	하드웨어 전송 기술, 리피터, 허브

 

>  OSI 7계층 이용 예

osi 7계층을 통한 데이터 통신시의 흐름을 설명하는 이미지 (출처 : https://www.linkedin.com/pulse/understanding-osi-model-communication-network-ahsan)

 친구에게 이메일(데이터)을 보내는 상황을 가정하면, 송신 호스트인 사람은 OSI 7계층의 최상위 계층인 응용 계층을 통해 데이터 송신이 하위 계층으로 차례대로 전달되도록 요청하고 이 요청은 최하위 계층인 물리 계층으로 전송된다. 친구인 수신 호스트의 물리 계층으로 전달되어 역순으로 OSI 7계층의 상위 계층인 응용 계층으로 전송된다. 네트워크 통신에서 데이터는 이러한 과정을 통해 OSI 계층을 이용한다.

 

4. OSI 7계층을 알아야 하는 이유

 실무에서 네트워크 관련 이슈가 발생하거나 사용자가 많이 유입되어 네트워크 부분에 I/O 병목이 발생하면 어떤 부분에서 문제가 발생했는지 파악하기 어려울 수 있다. 이 때 OSI 7계층 모델을 활용하면 시스템 장애의 원인을 쉽게 인지할 수 있다.

 

5. OSI 7계층 더 알아보기

> 함께 알아두면 좋은 용어

• 리피터
• 허브
• 스위치
• 서비스품질(QoS)
• 세그먼테이션
• 동시 송수신 / 반 이중 / 전 이중 방식
• 인코딩
• 동기화
• 병목

 

> 혼동하기 쉬운 용어

• TCP / IP 계층 구분(TCP는 4계층, IP는 3계층)
• TCP와 UDP(상반되는 특징)

 

> 참고자료

• 박기현, <쉽게 배우는 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크>, 한빛아카데미, 2016
• https://ko.wikipedia.org/wiki/OSI_모형
• https://ko.wikipedia.org/wiki/물리_계층
• https://ko.wikipedia.org/wiki/데이터_링크_계층
• https://ko.wikipedia.org/wiki/네트워크_계층
• https://ko.wikipedia.org/wiki/전송_계층
• https://ko.wikipedia.org/wiki/세션_계층
• https://ko.wikipedia.org/wiki/표현_계층
• https://ko.wikipedia.org/wiki/응용_계층