[Network] OSI 7 계층(Layer)의 개념 및 역할

1. OSI 7 계층이란 ?

OSI 7 계층은 국제표준화기구(ISO)에서 정의한 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 네트워크 표준 모델

 

정보를 송신할 때 각 계층을 지날 때마다 각 계층에서의 Header가 붙게되고 수신측은 역순으로 헤더를 분석하게 된다.

 

OSI 7단계로 정의한 이유는

1. 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악하기 위함과
2. 통신 과정 중에 특정한 곳에 이상이 생길 경우 통신 장애를 일으킨 단계에서 해결할 수 있기 때문이다.

2. OSI 7 계층 구조

2-1. 물리 계층(Physical Layer)

OSI 모델의 최하위 계층에 속하며, 데이터를 전기적인 신호로 변환해서 다른 시스템에 전송하는 역할을 수행하는 계층이다.

 

인터넷 케이블, 라우터, 스위치 등의 전기적 신호가 물리적인 장치에 의해 통신이 이루어지는 계층이다.

 

이 계층에서는 단지 데이터를 전달만 할 뿐 전송하려는(또는 받으려는) 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경 쓰지 않고 단지 데이터를 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능만 할 뿐이다. 

 

ex) 케이블 종류, 무선 주파수 링크, 핀 배치, 전압, 물리 요건 등

2-2. 데이터  링크  계층(Data link Layer)

해당 계층은 네트워크 장치들 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당하는 계층이다.

 

쉽게 말해 물리계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전하게 정보를 전달 할 수 있도록 도와주는 역할을 하는 것이다.

 

시스템 간의 오류 없는 데이터 전송을 위해패킷(Packet)을 프레임(Frame)으로 구성하여 물리 계층(1 계층)으로 전송한다. 따라서 통신 과정에서의 오류도 찾아주고 재전송도 하는 기능을 가지고 있고 이 계층에서는 맥 주소(Mac Address)를 가지고 통신하게 된다. 

 

데이터 링크 계층에서 전송되는 단위를 프레임(Frame)이라고 하고, 대표적인 장비로는 브리지, 스위치 등이 있다.

 

2-3. 네트워크  계층(Network lLayer)

네트워크 계층(Network layer)은 목적지(IP)를 정하고, 그에 따른 경로(Route)를 선택하고, 경로에 따라 패킷(Packet)을 전달해 주는 역할을 하는 계층이다.

 

기기에서 데이터그램(Datagram)이 가는 경로를 설정해주는 역할을 한다. '라우팅 알고리즘'을 사용하여 최적의 경로를 선택하여 송신 측으로부터 수신 측으로 전송한다.

 

경로를 선택하고 주소를 정한 뒤 경로에 따라 패킷을 전달해주는 것이 이 계층의 주 역할이다. 

 

다양한 길이의 데이터를 네트워크에 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층(4 Layer)이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단 제공

 

대표적으로 라우터가 있으며, 2 계층의 장비 중 스위치라는 장비에 라우팅 기능을 장착한 Layer 3 스위치도 존재한다.

네트워크 계층은 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션(segmentation/desegmentation), 오류 제어, 인터네트워킹(Internetworking) 등을 수행한다. 

가장 중요한 기능은 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능(라우팅)이다. 여기에 사용되는 프로토콜의 종류도 다양하고, 라우팅 하는 기술도 다양하다.

 

논리적인 주소 구조(IP), 곧 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적(hierarchical)이다.

 

2-4. 전송  계층(Transport Layer)

이 계층은 프로토콜 내에서 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하는 계층이며 주로 TCP/UDP 프로토콜을 사용한다.

 

종단 간(end-to-end) 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단 간 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하며 오류 검출 및 복구와 흐름 제어, 중복검사 등을 수행한다.

 

TCP : 3-way handshaking을 통해 신뢰성있는 전송을 보장

UDP : 별도의 절차 없이 일방적으로 데이터를 전달하여 신뢰성을 보장하지 않지만 빠른 전송 속도와 연속성을 보장

3-웨이  핸드셰이킹(3-Way Handshaking)

2-5. 세션  계층(Session Layer) 

 

네트워크 상 양쪽 연결을 관리하고 연결을 지속시켜주는 계층이다.

Session(세션) : 클라이언트와 웹 서버 간 네트워크 연결이 지속 유지되고 있는 상태

 

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.

 

2-6. 표현  계층(Presentation Layer)

이 계층은 네트워크를 위해 데이터를 표현하는 계층이다.

 

사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어 주고 MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다. 

 

쉬운 예시로 EBCDIC(확장 이진화 십진법 교환 부호)로 인코딩된 문서 파일을 ASCII로 인코딩 된 파일로 바꿔 주는 것,  해당 데이터가 TEXT인지, 그림인지, GIF인지 JPG인지의 구분하는 것이 표현 계층의 몫이다.

 

2-7. 응용  프로그램  계층(Application Layer)

사용자와 직접적으로 상호작용하는 응용 서비스 계층이다.

 

응용 계층은 최상위 계층으로 사용자에게 직접적으로 보이는 부분이며, OSI 모형에서는 “최종 사용자에게 가장 가까운” 계층이다.

 

ex) 웹 브라우저 : Chrome, Firefox 등 / 응용 프로그램 : Skype, Outlook, Office 등

 

3. OSI 7 계층의 전체적인 통신 Flow

1. 발신 측에서 응용 계층(7 Layer)부터 시작해 각 계층마다 헤더를 붙여 캡슐화를 진행
2. 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.
3. 목적지에 원하는 데이터가 전송된다.

 

참고 : https://onecoin-life.com/19

[네트워크] OSI 7Layer / 7계층 개념 및 역할, 구조까지 한번에 알아보기

https://backendcode.tistory.com/167

[네트워크] OSI 7 계층 (OSI 7 Layer)