OSI 7계층

OSI 7계층이란?

OSI(Open System Interconnection), 개방형 시스템 상호연결

개방형 시스템이란 정해진 규약에 따르기를 원하는 어떠한 업체라도 그 개방형 시스템의 명세(spec.)을 사용하도록 허락된 것이다.

개방형의 반대 개념은 독점적, 폐쇄형이라는 뜻의 Proprietary 이다.

OSI는 이러한 개방형 시스템들 간에 연결이라는 뜻이다.

계층을 나눈 이유는?

시스템들의 계층을 나눠서 관리함으로써 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있다. 또 흐름을 한 눈에 알아보기 쉽고, 사람들이 이해하기 쉽다. 계층을 분리함으로써 각 계층은 독립적인 역할을 할 수 있다.

따라서 계층을 분리하여 독립적으로 자신의 일을 처리하고, 다른 계층으로 interconnection 할 때에 규약을 잘 지키면 되는 방식이다.

이렇게 역할이 분리되면서 한 계층에서 문제가 발생했을 때 다른 계층에 영향을 미치지 않고 해결할 수 있다.

즉, 유지보수가 원활하게 이루어진다.

각 계층은 자신보다 하위 계층을 사용하고 현재 층의 기능을 포함해 상위 계층에 제공한다.

계층 구조를 위에서 바라보았을 때 아래 쪽은 보이지 않는다. 따라서 최상위 계층만 보면 그 하위 계층을 모두 포함하고 있다.

A 회사에서 개발 1팀의 모든 PC에 문제가 발생했다 -> 라우터의 문제이거나, 광랜을 제공하는 회선 문제이다.
반면, A 회사 개발 1팀의 홍길동 씨의 PC에만 문제가 발생했다 -> 실행한 소프트웨어의 문제이거나, 스위치에 문제이다.
위의 경우들은 해당 계층에 문제가 있다고 판단된다면, 다른 계층은 건드리지 않고 문제가 발생한 계층에서만 해결을 위한 작업을 진행한다.

	계층	계층 이름	전송 단위	프로토콜/장비
호스트 레이어	7	응용 (Application)	Data	HTTP FTP SSH
	6	표현 (Presentaition)	Data
	5	세션 (Session)	Data
	4	전송 (Transport)	Segments	TCP/UDP
미디어 레이어	3	네트워크 (Network)	Packets	IP
	2	데이터 링크 (Data Link)	Frames	MAC
	1	물리 (Physical)	Bits	통신 케이블

1. 물리 계층 (Physical Layer)

물리 계층은 말 그대로 물리적인 하드웨어 전송 기술들로 이루어져 있다.

기계적인 신호를 주고 받는 역할로, 비트 단위로 통신한다.

전기젹, 기계적, 기능적인 특성을 이용해 통신 케이블로 데이터를 전송

이 계층은 데이터가 무엇인지, 에러가 발생했는지 전혀 신경쓰지 않으며 오직 데이터를 전송하거나 받기만 한다.

장비 : 통신 케이블, 리피터, 허브 등

케이블, 리피터, 허브를 통해 전기적인 데이터를 전송하는 계층

2. 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

데이터 링크 계층에서는 물리 계층에서 송수신되는 데이터 오류와 흐름을 관리한다.

잡음이 있을 수 있는 물리적인 회신을 3계층에서 신뢰적으로 사용할 수 있도록 전송 에러가 없는 통신 채널로 변환 시키는 계층이다. 이 계층에서는 맥(MAC) 주소로 통신한다.

프레임 단위로 전송되며 브릿지, 스위치 등의 장비를 통해 MAC 주소를 가지고 물리 계층에서 받은 정보를 전달한다. 프레임은 데이터를 전송 단위로 그룹화한 것이다.

데이터 링크 계층은 흐름제어와 에러 제어를 담당한다.

흐름 제어는 데이터를 보내는 측과 받는 측 간의 속도차를 보장한다. 에러 제어는 물리 계층의 전송 오류를 검출하고 수정한다. 또한 정확하게 수신되지 않은 패킷들을 재전송한다.

순서화 작업도 담당하는데, 이 작업은 패킷이나 ACK 신호에 일련번호를 부여하는 것이다.

데이터 링크 계층은 Point to Point 간 신뢰성있는 전송을 보장하기 위한 계층이다.

프로토콜은 HDLC, 이더넷, 무선LAN, 이동통신, ATM 등 아주 다양하다.

장비 : 네트워크 브릿지, 스위치

물리 계층의 데이터를 에러 검출, 재전송, 흐름 제어, 순서화 등의 작업으로 신뢰적인 프레임을 만들고 프레임에 MAC 주소를 부여해 전송

3. 네트워크 계층 (Network Layer)

네트워크 계층에서 가장 중요한 기능은 데이터를 목적지까지 안전하고 빠르게 전달하는 기능(라우팅)이다. 

우리가 흔히 아는 IP 주소를 제공하는 계층이며 여기에 사용되는 프로토콜의 종류는 다양하고 라우팅 방법도 다양하다. 라우팅 알고리즘을 통해 경로를 선택해 주소를 정하고 경로에 따라 패킷을 전달한다. 주로 라우터를 사용하지만 최근에는 2계층의 장비 중 스위치에 라우팅 기능을 장착한 L3 스위치도 있다고 한다.

네트워크 계층은 여러개의 노드를 거칠때마다 경로를 찾아주는 역할을 한다. 다양한 길이의 데이터를 네트워크를 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다.

이 계층은 라우팅(경로 제어), 흐름 제어, 오류 제어, 세그멘테이션, 인터네트워킹 등을 수행한다. 논리적인 주소 IP, 즉 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며 계층적이다. 

장비 : 라우터, L3 스위치, IP 공유기 등

라우팅으로 최적의 경로를 선택해 패킷을 전송하고 IP 주소를 부여함

4. 전송 계층 (Transport Layer)

통신을 활성화하기 위한 계층이다. 그래서 가장 핵심적인 계층이며 복잡한 계층이다.

보통 TCP 프로토콜을 이용하며, 포트를 열어서 응용프로그램들이 전송을 할 수 있게 한다. 만약 아래 계층에서 데이터를 받았다면 이 계층에서 데이터를 하나로 합쳐서 상위 계층으로 전송한다.

네트워크가 아닌 호스트 내에 구동된 프로세스들 사이에 연결을 확립한다. 호스트의 End to End, 양 끝단의 응용 프로세스 상호간의 통신을 지원한다.

전송 계층은 양 끝단 사이에서 투명한 데이터를 주고 받도록 한다. 상위 또는 하위 계층에서 사용하는 제어 방법 및 그 내용에 관계없이 정보가 Session Layer - Transport Layer - Network Layer 간에 내용 바뀜 없이 투명하게 전송한다.

전송 계층은 시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 방식을 사용한다. 또한 특정 연결의 유효성을 제어한다. 일부 프로토콜은 상태가 있고(stateful), 연결 기반(Connection Oriented)이다. 이것은 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다는 뜻이다.

프로토콜 : TCP, UDP, SCTP 등

End to End 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단간 신뢰성있고 효율적인 데이터를 전송하며, 오류 검출 및 복구와 흐름 제어, 중복 검사 등을 수행한다.

5.  세션 계층 (Session Layer)

데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결을 말한다. 하지만, 바로 아래 계층인 전송 계층에서도 연결을 맺고 종료할 수 있기 때문에 정확하게 어느 계층에서 통신이 끊어졌는지 판단하는 것은 한계가 있다. 그래서 세션 계층은 전송 계층과 무관하게 응용 프로그램 관점으로 봐야 한다.

주 기능은 세션 설정, 유지, 종료, 전송 중단 시 복구 등이다.

세션 계층은 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공한다. 동시 송수신 방식 (duplex), 반이중 방식 (half-duplex), 전이중 방식 (Full Duplex) 등의 통신이 있으며 체크 포인팅과 유휴, 종료, 다시 시작 과정 등을 수행한다.

이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 가진다.

통신하는 사용자들을 동기화하고 오류 복구 명령들을 일괄적으로 다룬다. 통신을 하기 위한 세션을 확립/유지/중단 등을 수행한다.

6. 표현 계층 (Presentation Layer)

데이터 표현이 다른 응용 프로세스의 독립성을 제공하고, 암호화한다.

표현 계층은 코드 간의 번역을 담당해 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어 준다. MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다.

예시로, 문서 파일을 ASCII 인코딩으로 바꾸는 것, 해당 데이터가 TEXT인지 GIF인지 JPG 인지 구분하는 것 등의 기능을 수행합니다.

사용자의 명령어를 완성하고 결과를 표현한다. 포장/압축/암호화 기능 수행한다.

7. 응용 계층 (Application Layer)

최종 목적지는 HTTP, FTP, POP3 등의 프로토콜이다.

통신 패킷들은 위에 나열된 프로토콜에 의해 처리되며 브라우저나 메일은 프로토콜을 쉽게 사용하게 해주는 응용 프로그램이다. 즉, 모든 통신의 양 끝은 HTTP와 같은 프로토콜이다. (응용 프로그램이 아님)

응용 계층은 응용 프로세스와 직접 관계해 일반적인 응용 서비스를 수행한다. 일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다. 여러 하위 통신 프로토콜 개체에 대해 사용자 관점의 사용자 인터페이스를 제공한다.

보통 파일 전송, 메세지 교환 등의 기능을 수행한다.

프로토콜 : HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet 등

네트워크 소프트웨어의 UI 부분, 사용자의 입출력(I/O) 부분을 담당한다.