OSI 7 모형

 

OSI 7 계층 모델

 

2.1. 계층 1: 물리 계층(Physical layer)

2.2. 계층 2: 데이터 링크 계층(Data link layer)

2.3. 계층 3: 네트워크 계층(Network layer)

2.4. 계층 4: 전송 계층(Transport layer)

2.5. 계층 5: 세션 계층(Session layer)

2.6. 계층 6: 표현 계층(Presentation layer)

2.7. 계층 7: 응용 계층(Application layer)

 

 

1. 개요

OSI 모형(Open Systems Interconnection Reference Model)은 국제표준화기구(ISO)에서 개발한 모델로, 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 것이다. 일반적으로 OSI 7 계층이라 불리기도 한다.

흔히들 각 계층을 L(ayer)로 줄여서 간편하게 부른다. 예를 들어 1계층인 물리 계층(Physical layer)의 경우 L1, 5계층인 세션 계층(Session layer)의 경우 L5로 부른다.

추가로, 컴퓨터는 OSI 7개의 계층 모두를 포함한다.

 

 

2. 각 계층별 설명

2.1. 계층 1: 물리 계층(Physical layer)

물리 계층은 실제 장치들을 연결하기 위해 필요한 전기적, 물리적 세부 사항들을 정의한다. 예를 들어, 핀들의 배치나 전압, 전선의 명세 등이 이 계층에 포함된다. 허브(리피터)가 물리 계층의 장치이다. 물리 계층에서 수행되는 중요한 일들은 다음과 같다.

- 물리적인 정보 전달 매개체에 대한 연결의 성립 및 종료.

- 여러 사용자들 간의 통신 자원을 효율적으로 분배하는 데 관여. (예를 들어 경쟁 상태의 해소나 흐름 제어(congestion control) 등.)

- 통신 채널을 통해 전송되는 사용자 장치의 디지털 데이터를 이에 상응하는 신호들로 변환, 변조. 이 신호들은 구리선이나 광섬유 선을 또는 무선통신을 통해 전달 되는 신호들이다. 예를 들어 SCSI가 여기에 속한다.

- 물리계층은 네트워크상에서 데이터 비트를 전송하는 계층이다. 데이터 링크 개체 간의 비트 전송을 위한 물리적 연결을 설정, 유지, 해제하기 위한 수단을 제공한다. 전송 매체는 신호 보내는 방법을 정의한다.

단위 - bit
대표 장치 - 동축케이블, 안테나, Hub, 리피터

프로토콜 : 이더넷 [1], USB 등 케이블 , Bluetooth, Wi-Fi [2], LTE, 5G[3] 등 안테나 [4]

 

2.2. 계층 2: 데이터 링크 계층(Data link layer)

데이터 링크 계층은 포인트 투 포인트(Point to Point) 간 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층으로 순환 중복 검사(CRC) 기반의 오류 제어와 흐름 제어가 필요하다. 네트워크 위의 개체들 간 데이터를 전달하고, 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 찾아 내고, 수정하는 데 필요한 기능적, 절차적 수단을 제공한다. 주소 값은 물리적으로 할당 받는데, 이는 네트워크 카드가 만들어질 때부터 맥 주소(MAC address)가 정해져 있다는 뜻이다. 주소 체계는 계층이 없는 단일 구조이다. 데이터 링크 계층의 가장 잘 알려진 예는 이더넷이다. 이 외에도 HDLC나 ADCCP 같은 포인트 투 포인트(point-to-point) 프로토콜이나 패킷 스위칭 네트워크나 LLC, ALOHA 같은 근거리 네트워크용 프로토콜이 있다. 네트워크 브릿지나 스위치 등이 이 계층에서 동작하며, 직접 이어진 곳에만 연결할 수 있다.

OSI 7계층 데이터 통신모델에서 소위 '1계층(Layer 1)/2계층(Layer 2)'이 보통 통합 칩 형태로 구현된다. 즉 SW가 아닌 하드웨어로 이다. Layer 1은 물리계층(Physical Layer)이며 보통 무선 RF소자, 유선 케이블 접점을 말한다. Layer 2는 MAC계층 (Medium Access Control layer)로 멀티플렉서(Multiplexer), 디멀티플렉서(Demultiplexer), 디지털-아날로그 신호 간 변환(DAC/ADC)과 오류정정 등 디지털 신호처리, 간단한 통신트래픽 제어(Slott Aloha 알고리즘, CSMA/CD, CSMA/CA등) 등 다양한 기능이 디지털 논리회로로 구현된다. 컴퓨터 공학(Computer Science)와 전자 공학(Electric Engineering)의 연계접점인 임베디드 시스템 형태가 아닌 보다 하위단의 회로설계 관점이며 ASIC/FPGA와 같은 반도체 설계 단계에서 구현된다. 보통 컴퓨터 공학에서는 Layer 3계층 즉 컴퓨터 운영체제 커널단에 구현된 TCP/IP 와 애플리케이션 계층과의 접점인 버클리소켓등을 활용해 통신S/W를 구현한다. Layer 3이상에서 Layer1/2계층으로 데이터를 떨어뜨리면 소위 '프레임'이라는 데이터조각을 생성해 유무선 통신회선으로 흘려보낸다. 전산학에서 Layer 2계층 기능을 가르치는 이유는 실제 구현 보단 Layer 3에서 처리된 패킷이 어떻게 처리되어 통신선로를 타고 흘러가는지에 대한 원리을 설명하기 위함이며, 실제 구현은 정보통신학과나 전자공학 전공자들에 의해 심도 깊게 연구된다. 조금더 알기 쉽게 예를 들어 설명하면 모뎀혹은, 랜카드가 1계층(PHY계층)과 2계층(MAC계층) 통신 프로토콜 스택이 결합된 형태이다. 3계층 이상부터 컴퓨터 커널(운영 체제)내부에 구현하거나 응용소프트웨어(앱)으로 구현한다.

이더넷, USB, Bluetooth, Wi-Fi 같은 통신 규격서안에 대부분 데이터 링크 계층도 같이 포함한다. L1~L2는 IEEE, 3GPP 등에서 표준을 관리한다.

단위 - frame[5]
대표 장치 - L2 Switch[6], 모뎀, 기지국, 인터넷 공유기, Wi-Fi 공유기
프로토콜 : CSMA/CD, CSMA/CA, Slott Aloha, DAC/ADC, Multiplexer, Demultiplexer, MAC주소 관리 등

 

2.3. 계층 3: 네트워크 계층(Network layer)

네트워크 계층은 여러 개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층으로 다양한 길이의 데이터를 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다. 네트워크 계층은 라우팅, 패킷 포워딩, 세그멘테이션(segmentation/desegmentation), 인터네트워킹(Internetworking) 등을 수행한다.

 

라우터가 이 계층에서 동작하고 이 계층에서 동작하는 스위치도 있다. 데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만드는 계층이다. 논리적인 주소 구조(IP), 곧 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적(hierarchical)이다. 3/4계층은 TCP/IP 프로토콜 스택은 컴퓨터 커널(운영 체제) 내부에 구현되며, 하위 2계층과 디바이스 드라이버(네트워크 드라이버)를 통해 컴퓨터 내부에서 데이터를 통신한다. 선결조건으로 운영체제에서 네트워크 장치(모뎀, 랜카드)가 사전에 인식되어 있어야 한다. TCP/IP 프로토콜 스택은 2계층에서 받은 데이터(프레임)을 소켓 인터페이스를 통해 7계층(응용계층, TCP/IP 4계층)으로 올려보낸다.

 

라우터의 기능

중개 노드인 라우터(Router)는 도착한 데이터의 헤더 정보를 해석해 적절한 경로로 전달하며, 다음 라우터로 보내기 전에 헤더 정보를 적절히 수정해 전송한다. 라우터 좌우에 위치한 네트워크는 종류가 같을 수 있지만, 다를 수도 있다. 네트워크의 종류가 다르면 물리적 특성뿐만 아니라, 하위 계층의 헤더 정보도 다를 수 있다. 헤더 정보의 값을 해석하여 변환하는 작업은 라우터의 주요 기능이다.

[네이버 지식백과] OSI 7계층 모델 (데이터 통신과 컴퓨터 네트워크, 2013. 9. 10., 박기현)

서브네트의 최상위 계층으로 경로를 설정하고, 청구 정보를 관리한다. 개방 시스템들의 사이에서 네트워크 연결을 설정, 유지, 해제하는 기능을 부여하고, 트랜스포트 계층 사이에 네트워크 서비스 데이터 유닛(NSDU: Network Service Data Unit)을 교환하는 기능을 제공한다.

현재 사용하는 인터넷은 기본적으로는 네트워크 계층에 속하는 망이다. L3~L5 사이는 보통 국제인터넷표준화기구(IETF)에서 규격을 관리한다.

단위 - Packet(패킷)
대표 장치 - Router(라우터), L3 Switch [7]
프로토콜 : IP, ARP[8]/NDP[9], RIP, RIP v2, OSPF [10], IGRP, EIGRP[11], BGP 등등의 Routing Protocol, AS번호, NAT 등

 

2.4. 계층 4: 전송 계층(Transport layer)

전송 계층은 양 끝단(End to end)의 사용자들이 신뢰성있는 데이터를 주고 받을 수 있도록 해 주어, 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해준다. 시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 방식을 사용한다. 전송 계층은 특정 연결의 유효성을 제어하고, 일부 프로토콜은 상태 개념이 있고(stateful), 연결 기반(connection oriented)이다. 이는 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다는 것을 뜻한다. 가장 잘 알려진 전송 계층의 예는 TCP이다.

종단간(end-to-end) 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단간 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하며, 기능은 오류검출 및 복구와 흐름제어, 중복검사 등을 수행한다.

단위 - Segment(세그먼트)
대표 장치 - L4 Switch [12]
프로토콜 : TCP, UDP

 

2.5. 계층 5: 세션 계층(Session layer)

세션 계층은 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공한다. 동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(Full Duplex)의 통신과 함께, 체크 포인팅과 유휴, 종료, 다시 시작 과정 등을 수행한다. 이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 진다. 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류복구 명령들을 일괄적으로 다룬다.

대표 장치 - L4 Switch
프로토콜 : TCP, UDP

 

2.6. 계층 6: 표현 계층(Presentation layer)

표현 계층은 코드간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어 준다.

표현 계층은 세 가지 주요한 기능을 가지고 있는데,

• 수신자 장치에서 적합한 애플리케이션을 사용하여 송신자 장치로부터온 데이터를 해석하기 위한 응용계층 데이터 부호화,변환
• 수신자에서 압축을 풀수있는 방식으로 된 데이터 압축
• 전송을 위한 암호화와 복호화

MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다. 예를 들면, EBCDIC로 인코딩된 문서 파일을 ASCII로 인코딩된 파일로 바꿔 주는 것이 표현 계층의 몫이다. 최근 문자 데이터 외에도 음성, 동영상 등 멀티미디어 트래픽, 데이터도 포함된다.

프로토콜 : ASCII, 유니코드, MIME, EBCDIC, UTF-8, MBCS. EUC-KR, JPG, MP3, MPEG 등

 

2.7. 계층 7: 응용 계층(Application layer)

TCP/IP 4계층일 경우 하위 3계층 TCP/IP 프로토콜 스택을 통해 전달받은 패킷을 다시 파싱해 응용S/W(네트워크 SW)를 통해 최종적으로 사용자까지 데이터를 전달한다.

응용 계층은 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다. 일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다. 응용 서비스의 예로, 가상 터미널(예를 들어, 텔넷), "Job transfer and Manipulation protocol" (JTM, 표준 ISO/IEC 8832) 등이 있다.

WWW를 위한 HTTP 는 L7 에서 동작하는 프로토콜이다.

단위 - Message 또는 Data[13]
대표 장치 - L7 Switch, 방화벽 [14]
프로토콜 : FTP, HTTP, HTTPS, XML, Telnet, SSH, SMTP, POP3, IMAP 등

포트 번호를 통해 L4~L5와 통신한다.