[Network] OSI 7계층

OSI 7계층이란?

OSI 7계층이란 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 의미한다.

 

7계층을 4개로 나누어서

1, 2계층: Network Interface

3계층: Internet 계층

4계층: Transport 계층

5, 6, 7계층: Application 계층

으로 구분하기도 한다.

 

송신할 때는 송신 측에서 7계층, 6계층, ... 윗 계층부터 하나씩 거치면서 데이터에 헤더를 하나씩 붙인다. (캡슐화)

그리고 수신 측에서는 1계층, 2계층, ... 아래 계층부터 거치면서 헤더를 하나씩 제거하는 형태이다. (역캡슐화)

7계층으로 나눈 이유는?

계층을 나눈 이유는 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있기 때문이다.

흐름을 파악하기가 쉽고, 7단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건드리지 않고도 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있다.

 

OSI 7계층 단계

1 계층: 물리 계층(Physical Layer)

이 계층에서는 주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해서 통신 케이블로 데이터를 전송하게 된다.

이 계층에서 사용되는 통신 단위는 비트이며, 이 비트는 0, 1 즉 전기적으로 ON, OFF 상태를 의미한다.

이 계층에서는 단지 데이터를 전송만 할 뿐, 보내려는(또는 받으려는) 데이터가 뭔지, 에러가 있는지 등은 전혀 신경쓰지 않는다.

단지 데이터를 전기적인 신호로 변환해서 주고 받는 기능만을 할 뿐이다.

이 계층에 속하는 대표적인 장비는 통신 케이블, 리피터, 허브 등이 있다.

 

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2계층: 데이터 링크 계층(DataLink Layer)

물리계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전한 정보 전달을 수행할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

즉, 통신에서의 오류도 찾아주고 재전송도 하는 기능을 가지고 있는 것이다.

이 계층에서는 MAC 주소라는 물리적인 주소를 가지고 통신하며, 네트워크 카드가 만들어질 때부터 맥 주소가 정해지게 된다.

2계층에서 전송되는 데이터 단위를 프레임(Frame)이라고 하며, 대표적인 장비로는 브리지, 스위치 등이 있다.

 

정리하자면,

데이터링크 계층은 브릿지나 스위치를 통해 맥주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달한다.

대표적인 예시: 이더넷

대표적인 프로토콜:

- HDLC, ADCCP와 같은 Point-to-Point 프로토콜

- 패킷 스위칭 네트워크, LLC, ALOHA 같은 근거리 네트워크용 프로토콜

대표적 장치: 브리지, 스위치

데이터 단위: 프레임(Frame)

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3계층: 네트워크 계층(Network Layer)

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

3계층에서 사용되는 프로토콜은 종류도 다양하고, 라우팅하는 기술도 다양하다.

 

3계층은 경로를 선택하고 주소를 정하고 경로에 따라 패킷을 전달해주는 역할을 한다.

3계층의 대표적인 장비는 라우터이며, 2계층의 장비인 스위치에 라우팅 기능을 장착한 Layer 3 스위치도 존재한다.

 

3계층인 네트워크 계층은 여러 개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층으로 다양한 길이의 데이터를 네트워크를 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)를 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다.

 

네트워크 계층은 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션, 오류제어, 인터네트워킹 등을 수행한다.

데이터를 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만드는 계층이다.

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

 

 

정리하자면,

네트워크 계층은 데이터를 다른 네트워크로 라우팅하여 전달하는 계층으로, 인터넷이 가능하게 만드는 계층이다.

 

대표적인 프로토콜:

- IP(Internet Protocol): TCP/IP 기반의 인터넷 망을 통해 데이터그램의 전달을 담당하는 프로토콜

- ICMP

- ARP

 

대표적 장치: 라우터, L3 스위치

 

기본 데이터 단위: 패킷(Packet)

 

 

+추가. 인터넷 프로토콜의 주요 특징

- 신뢰성(에러제어), 흐름제어 기능이 없다(Best-Effort Service). 신뢰성을 확보하려면 IP 계층 위의 TCP와 같은 상위 트랜스포트 계층에 의존해야한다.

- 비연결성 데이터그램 방식으로 전달되는 프로토콜이다. (Connectionless)

- 패킷의 완전한 전달(소실, 중복, 지연, 순서 바뀜 등)을 보장하지 않는다. (Unreliable)

- IP 패킷 헤더 내 수신 및 발신 주소를 포함 (IPv4 헤더, IPv6 헤더, IP 주소 등)

- TCP, UDP, ICMP, IGMP 등이 IP 데이터그램에 실려서 전송된다.

 

 

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4계층: 전송 계층(Transport Layer)

종단간 신뢰성 있는 연결을 담당하는 계층이다.

대표적으로 TCP, UDP 등의 프로토콜이 있으며, 포트를 열어서 응용프로그램들이 전송을 할 수 있도록 한다.

만약 데이터가 왔다면 4계층에서 데이터들을 하나로 합쳐서 상위 계층은 5계층에 던져준다.

이 계층까지는 물리적인 계층에 속한다.

 

전송 계층은 End to End의 사용자들이 신뢰성 있는 데이터를 주고 받을 수 있도록 해줘서 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해준다.

 

대표적 장치: 로드밸런서, 방화벽

대표적 프로토콜: TCP, UDP

데이터 단위: 세그먼트

 

4-1. TCP

- 신뢰성: 패킷 손실, 중복, 순서 바뀜 등이 없도록 보장

- 연결 지향적: 연결 관리를 위한 연결 설정 및 연결 해제가 필요하다. 

- TCP 하위 계층인 IP 계층에 신뢰성 없는 서비스에 대해 다방면으로 신뢰성 제공

 

4-2. UDP

- 신뢰성 X: 메시지가 제대로 도착했는지에 대한 확인 응답, 순서 제어, 흐름 제어, 오류 제어 등을 지원하지 않는다. 즉, UDP를 활용하는 애플리케이션에서 이러한 신뢰성 보장 로직을 갖춰야한다.

- 비연결성. 비연결접속상태 하에서 통신한다.

 

 

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5계층: 세션 계층(Session Layer)

데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결을 말한다.

하지만 4계층에서도 연결을 맺고 종료할 수 잇기 때문에 우리가 어느 계층에서 통신이 끊어졌나 판단하기에는 한계가 있다. 그러므로 세션 계층은 4계층과 무관하게 응용 프로그램 관점에서 봐야 한다.

세션 설정, 유지, 종료, 전송 중단 시 복구 등의 기능이 있다.

 

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 과정등을 수행한다.

이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 진다.

 

정리하자면 통신을 하기 위한 세션을 확립, 유지, 중단 해주는 계층이다.

 

예시: SSH, TLS

데이터 단위: 데이터

 

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6계층: 표현 계층(Presentation Layer)

데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고 암호화한다.

표현 계층(Presentation Layer)는 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어준다. MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다.

예를 들면, EBCDIC로 인코딩된 문서 파일을 ASCII로 인코딩된 파일로 바꿔주는 것,

해당 데이터가 TEXT인지, 그림인지, GIF인지, JPG인지 구분하는 것 등으 표현계층의 역할이다.

 

정리하자면 결과 표현, 포장/압축/암호화를 담당한다.

 

예시: ASCII, MPEG, JPEG

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7계층: 응용 계층(Application Layer)

최종 목적지로서 HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet 등의 프로토콜이 여기 속한다.

 

응용 계층은 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다.

일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다.

 

예시: HTTP, FTP, SMTP, Telnet 등

 

Reference

https://shlee0882.tistory.com/110

OSI 7 계층이란?, OSI 7 계층을 나눈 이유

 

https://github.com/da-in/tech-interview-study/blob/main/CS%20Deep%20Dive/Network/OSI%207%20%EA%B3%84%EC%B8%B5.md

tech-interview-study/CS Deep Dive/Network/OSI 7 계층.md at main · da-in/tech-interview-study