OSI 7 Layer

28 Feb 2022 - 5 minute read

💻 OSI 7 계층

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TCP/IP 계층

• 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것

• 흐름을 한눈에 알아보기 쉬우며, 7단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건들지 않고도 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있음

💻 물리 계층 (Physical Layer)

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• OSI 7 계층 모델 상에서 최하위 계층으로, 물리적 매체(통신기기, 전송매체) 사이의 물리적 인터페이스를 정의하고 비트 스트림 전송에 요구되는 기능을 담당 / 7계층부터 2계층을 거쳐 캡슐화가 완료된 데이터를 전기신호로 바꾸어 전송하는 역할

• 물리 계층의 주요 기능

  • 인터페이스 : 장치와 전송 매체 간의 인터페이스 특성(인접한 두 장치 간에 효율적인 전송을 위한 정보 공유 방법과 전달 방법 등)을 규정

  • 비트의 표현 : 비트를 전송하기 위해 전기적 또는 광학적인 신호로 부호화 (1과 0 두 가지 신호로만 데이터를 저장하는 이진수체계 사용)

  • 데이터 속도 : 신호가 유지되는 비트의 주기를 규정

  • 비트의 동기화 : 송신자와 수신자는 같은 클럭을 사용

    • 클럭(clock) : CPU의 속도를 나타내는 단위, 1초 동안 파장이 한 번 움직이는 시간으로 이 시간 동안 처리하는 데이터 양에 따라 CPU의 속도가 달라짐

💻 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

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• 랜(LAN)에서 데이터를 어떤 형태로 받고 보내야 할 지 결정하는 구간 / 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙에 대해서 정해놓는 계층

• 노드 대 노드 전달(node-to-node delivery) : 서로 인접한 노드 사이의 연결을 ‘링크’라고 하는데, 데이터 링크 계층은 하나의 링크 사이에서의 데이터 전달을 담당

  • 노드 대 노드 (node-to-node / hop-to-hop)

    

• 데이터 링크 계층의 주요 기능

  • 프레임 구성 : 네트워크 계층으로부터 받은 비트 스트림을 프레임 단위로 나눔

    • 데이터 링크 계층은 네트워크 계층에서 전달되어 내려온 패킷에 데이터 링크 계층의 헤더와 트레일러를 덧붙여 데이터 프레임(data frame)을 만듦

  • 물리주소 MAC(Media Access Control, 매체 접근 제어) 지정 : 송신자와 수신자의 물리 주소를 헤더에 추가

    • MAC : 자료 전송 프로토콜의 하부 계층이며, 데이터 링크 계층의 일부 / 랜 카드에 할당된 유일한 번호 / MAC 주소를 사용한 통신으로 데이터 링크 계층에서 이더넷(Ethernet)헤더와 트레일러를 붙임

  • 흐름 제어 : 수신 노드로 전달되는 패킷의 양이 그 노드가 처리할 수 있는 양보다 많이 유입되는 것을 막기 위함, 수신 노드는 송신 노드와의 통신을 통해 흐름 제어를 수행

  • 오류 제어 : 손상, 손실된 프레임을 발견하면 오류가 발생한 프레임 전체를 재전송 하여 손상된 데이터를 복구 / 트레일러를 통해 이루어짐

  • 접근 제어 : 주어진 하나의 순간에 하나의 장치만 동작하도록 제어

• 데이터 링크 계층에서 사용하는 주요 프로토콜

  • ARP (Address Resolution Protocol)

    • 주소를 해석하기 위한 프로토콜

    • 논리적인 IP 주소를 물리적인 MAC 주소로 바꿈

    • 캐시를 통해 얻은 정보가 저장되며, 보통 20분의 수명을 가짐

  • RARP (Reserve Address Resolution Protocol, 역 주소 프로토콜)

    • 저장 장치가 없는 네트워크 단말기 등이 IP 주소를 얻기 위해 사용

💻 네트워크 계층 (Network Layer)

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• 데이터 패킷을 발신 단말로부터 여러 네트워크를 거쳐 착신 단말로 전달하는 기능을 담당

• 발신지-대-목적지 전달 (source to destination delivery)

• 네트워크 계층의 주요 기능

  • 패킷 전달 경로 설정 : 시작 노드에서 도착 노드까지 전달되는 패킷의 최적 경로 설정

  • 논리 주소 지정(Logical Addressing) : 상위 계층에서 받은 송신자와 수신자의 IP 주소를 패킷 헤더에 추가

  • 라우팅(Routing) : 현재 노드에서 다음 노드까지 패킷을 전달할 때 여러 경로들 중 최적의 경로를 선택

  • 주소 변환 : 수신자의 IP 주소를 보고 다음으로 송신되는 노드의 물리 주소를 찾아 패킷을 전달

  • 다중화 : 여러 노드들에 전달되는 패킷들을 하나의 물리 회선을 통하여 동시에 전송하는 기능

• 네트워크 계층의 주요 프로토콜

  • ICMP (Internet Control Message Protocol) : 에러 발생 시 에러 발생 원인을 알려주거나 네트워크 상태를 진단해주는 기능

  • IGMP (Internet Group Management Protocol) : 호스트(컴퓨터)가 멀티캐스트 그룹 구성원을 인접한 라우터에게 알리는 프로토콜

  • IP (Internet Protocol) : 네트워크 기기에서 논리적 식별을 위한 주소 (IPv4, IPv6)

💻 전송 계층 (Transport Layer)

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• OSI 7 계층은 크게 하위 계층과 상위 계층으로 나눌 수 있는데, 하위 계층은 물리계층 ~ 네트워크 계층으로 네트워크 내에서의 데이터 전달을 위한 통로 형성을, 상위 계층은 세션 계층 ~ 응용 계층으로 주로 사용자의 메시지 표현 형식 등을 제공

• 전송 계층은 이 두 서비스 간의 인터페이스 기능과 함꼐 전체 메시지의 프로세스 대 프로세스(소스 대 목적지, 종단 대 종단)간의 전달을 책임진다

• 전송 계층은 전체 메시지가 완전하게 바른 순서로 도착하는 것을 보장함

• 전송 계층은 세션 계층으로부터 내려온 메시지를 수신하여 최대 크기 이내의 패킷들로 나누어 각 패킷의 헤더에 순서 번호를 포함시킴으로써 수신자에서 패킷의 순서를 조립할 수 있도록 해줌

• 전송 계층의 기능

  • 포트 주소 지정 (Port Addressing)

    • 송신지의 컴퓨터와 수신지의 컴퓨터 내에 있는 여러 응용프로그램들 중 송수신 지점이 되는 프로그램을 포트 주소를 이용하여 지정하는 기능

    • 네트워크 계층은 각 패킷을 정확한 컴퓨터에, 전송 계층은 해당 컴퓨터의 정확한 프로세스(프로그램)에게 전달

  • 분할과 재조립 (Segmentation and Reassembly) : 상위 계층에서 내려오는 송신 데이터를 송신 가능한 크기의 메시지로 분할(segmentation) / 각 세그먼트에 순서 번호(sequence number)를 붙여 수신 지점에서 원래의 데이터로 재조합(reassembly)할 수 있게 하는 기능

  • 연결 제어 (Connection Control)

    • 송신 지점과 수신 지점 사이에 논리적인 경로를 설정한 후 메시지를 보내는 방식

    • 메시지 전송의 안전을 위함

  • 흐름 제어 (Flow Control) : 수신단에서 소화할 수 있는 속도로 송신단에서 데이터를 보냄

  • 오류 제어 (Error Control) : 송신측에서 수신측에 전달된 프레임에서 발생한 오류를 감지하고 수정하기 위한 매커니즘

• 전송 계층의 프로토콜

  • TCP (Transmission Control Protocol)

    • 연결 지향형 프로토콜

    • 신뢰성 있는 데이터 전송

  • UDP (User Datagram Protocol)

    • 비연결형 서비스로 데이터그램 방식 제공

    • 신뢰성이 낮음

    • TCP 보다 속도가 빠름

  • SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

    • TCP와 UDP의 특성을 결합

    • 다중 연결 지원

💻 세션 계층 (Session Layer)

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• 네트워크의 대화 관리자(dialog controller)로서 통신장치들 간의 상호작용을 설정, 유지, 동기화

• 사용자 위주의 연결 서비스를 제공하며 전달 데이터의 확인이나 사용자가 안전하게 대화 하기 위한 서비스 등의 부가적인 기능 제공

• 세션 계층의 주요 기능

  • 세션 관리 : 하나의 파일을 여러 개의 대화 단위로 구분 해 전체 세션이 효율적으로 완료되도록 제어

  • 동기화 : 대화 단위를 주 동기점으로 하고 그 내부에 다시 여러 개의 부동기점을 두어 오류를 복구할 때 활용

  • 대화 제어 : 누가 언제 대화 단위를 보낼 지 결정

  • 원활한 종료 : 데이터 송수신 중 세션을 종료할 필요가 발생할 경우 적절한 때에 완료될 수 있도록 제어

💻 표현 계층 (Presentation Layer)

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• 내부적으로 표현의 차이가 있는 데이터일지라도 두 컴퓨터 간의 통신을 가능하게 함

• 표현 계층의 주요 기능

  • 변환 : 송신자가 사용하는 메시지의 형식을 수신 스테이션이 이해할 수 있도록 미리 정의된 형식으로 변환 / 수신 스테이션에서는 수신자가 이해할 수 있는 형식으로 다시 변환

  • 암호화 : 데이터 보안을 위한 암호화와 복호화

  • 압축 : 송신 측에서는 데이터를 압축하여 전송해야 할 데이터를 줄이고, 수신 측에서는 압축을 해제 해 원래의 데이터로 복원

  • 보안 : 패스워드와 로그인 코드를 사용해 보안 기능을 수행

💻 응용 계층 (Application Layer)

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• 사용자 인터페이스 제공

• 사용자가 네트워크에 접근할 수 있도록 해줌

• 원격 로그인, 파일 액세스, 전송, 관리, 메일 서비스 등 많은 종류의 사용자 서비스 제공

• 응용 계층의 주요 프로토콜 및 프로그램

  • FTP (File Transfer Protocol)

  • Telnet

  • SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

  • DNS (Domain Name System)

  • HTTP

  • Ping

  • Tracerouter