OSI 7 계층

 

7 계층으로 나눈 이유?

 

통신이 일어나는 과정을 단계별로 알 수 있으며, 특정한 곳에 이상이 생기면 해당 단계에서만 수정할 수 있기 때문에 7 계층으로 나눈 것이다.

 

① 물리(Physical) 계층

데이터를 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능을 진행하는 공간이다. (비트 0, 1 의 통신단위로 통신)

그리고 데이터의 종류나 오류를 제어하지 않는다.

즉, 데이터를 전송하는 역할만 진행하며 대표적인 리피터, 케이블, 허브 등이 있다.

 

② 데이터 링크(Data Link) 계층

물리 계층으로 송수신되는 정보를 관리하여 안전하게 전달되도록 도와주는 역할을 한다.

Point to Point 간의 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층이며 전송 데이터에 대한 CRC 오류제어가 필요하다. (point to point 란 컴퓨터와 단말기를 일대일 독립적으로 연결하여 언제든지 데이터 전송이 가능하게 하는 방식)

물리주소인 Mac 주소를 통해 통신하며, 프레임에 Mac 주소를 부여하고 에러검출, 재전송, 흐름제어를 진행한다.

전송 단위는 Frame 이며 대표적인 브릿지, 스위치 등이 있다.

 

③ 네트워크(Network) 계층

데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능을 담당한다.

라우터를 통해 이동할 경로를 선택하여 IP 주소를 지정하고, 해당 경로에 따라 패킷을 전달해준다.

라우팅, 흐름제어, 오류제어, 세그먼테이션 등을 수행하며 대표적으로 라우터, IP 가 있다.

전송 단위는 Packet 이다.

 

• packet switching : packet 단위로 쪼개서 전송한다. 
• circuit switching : 데이터가 호스트에서 목적지까지 가는 경로가 단 하나다. 즉, 유일한 경로를 통해 데이터를 전송하며 circuit 만 설정하면 데이터는 그저 보내기만 하면 된다. 

 

packet 은 간단하게 header, payload 로 나눌 수 있다.

header 부분은 목적지 end system의 IP 주소, 패킷 번호, 길이, 프로토콜 등의 식별 정보들이 담겨있다.

payload 부분에는 실제 전송하고자 하는 데이터가 담겨 있다.

이때 패킷이 방향을 잃지 않는 이유는 명확한 목적지 주소를 header 에서 가지고 있기 때문이다.

 

circuit switching 은 circuit 을 예약하는데 매우 복잡하여 시간이 오래걸리며, 네트워크가 많아질수록 circuit 을 점유하는 데 복잡도가 엄청나게 증가한다.

circuit switching 은 전화망에서 주로 사용된다.

 

④ 전송(Transport) 계층

양 끝단(End to End) 의 사용자들이 데이터를 주고 받을 수 있게 하는 계층이다.

대표적으로 TCP와 UDP 프로토콜을 통해 통신을 활성화한다.

포트를 열어두고, 프로그램들이 전송할 수 있도록 제공해준다.

전송 단위는 Segment 이다.

 

• TCP : 신뢰성, 연결지향적
• UDP : 비신뢰성, 비연결성, 실시간

 

⑤ 세션(Session) 계층

데이터를 만들어내는 계층으로 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공한다.

동시 송수신 방신(Simple-duplex), 반이중 방식(Half-duplex), 전이중 방식(Full-duplex)의 통신과 함께 체크 포인팅과 종료, 다시 시작 과정 등을 수행한다.

TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 지니고 있으며, API, Socket 이 대표적이다.

 

• Simplex-duplex : 데이터의 흐름이 한 방향으로만 한정되어 있는 통신 방식이다. 예를 들어 TV, Radio 가 있다.
• Half-duplex : 양쪽 방향으로 송수신 가능한 양방향 통신이지만, 한 번에 하나의 전송만 이뤄지도록 설정된다. 즉, 송신하고 있을 때 수신이, 수신하고 있을 때 송신이 되지 않는 전송방식이다. 예를 들어 무전기가 있다.
• Full-duplex :  데이터를 양방향으로 동시에 송수신 할 수 있는 방식이다. 예를 들어 전화기가 있다.

 

⑥ 표현(Presentation) 계층

데이터 표현에 대한 독립성을 제공하고 암호화하는 역할을 담당한다.

파일 인코딩, 명령어를 포장, 압축, 암호화하며 대표적으로 JPEG, MPEG 이 있다.

 

⑦ 응용(Application) 계층

최종 목적지로, 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다.

인터넷 프로토콜(IP) 컴퓨터 네트워크를 통하는 프로세스 간 통신 접속을 위해 설계되어 통신 프로토콜과 방식을 위해 보유된 계층이다.

응용 계층의 기반이 되는 전송 계층 프로토콜을 사용하며 호스트간 연결을 확립한다.

사용자 인터페이스, 전자우편, 데이터베이스 관리 등의 서비스를 제공하며 대표적으로 HTTP, FTP, DNS 등이 있다.

 

 

※ TCP, UDP의 비교

 

TCP : 대부분의 인터넷 응용 분야들은 신뢰성과 순차적인 전달을 필요로 한다.

UDP로는 이를 만족시킬 수 없으므로, 다른 프로토콜이 필요하여 탄생한 것이 TCP 이다.

TCP(Transmission Control Protocol, 전송제어 프로토콜)는 신뢰성이 없는 인터넷을 통해 종단간에 신뢰성 있는 바이트 스트림을 전송하도록 특별히 설계되었다.

 

바이트 스트림이란?

 

바이트 스트림은 특정 경로를 따라 데이터를 전송할 수 있는 컴퓨팅 기술을 나타내는 데 사용되는 용어이다.

여기서, 이진수 또는 비트로 알려진 개별 1, 0 대신에 바이트로 알려진 8 비트 크기의 단위가 경로를 따라 전송된다.

 

TCP 서비스는 송신자와 수신자 모두가 소켓이라고 부르는 종단점을 생성함으로써 이루어진다.

TCP 에서 연결 설정은 3-way handshake 를 통해 이루어진다.

 

모든 TCP 연결은 전이중(full-duplex), 점대점(point to point) 방식이다.

• full-duplex : 전송이 양방향으로 동시에 일어날 수 있음을 의미
• point to point : 각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있음을 의미 

TCP 는 멀티캐스팅, 브로드캐스팅을 지원하지 않는다.

 

UDP : User Data Protocol, 사용자 데이터그램 프로토콜로 비연결형 프로토콜이다.

IP 데이터그램을 캡슐화하여 보내는 방법과 연결 설정을 하지 않고 보내는 방법을 제공한다.

UDP는 흐름제어, 오류제어 또는 손상된 세그먼트의 수신에 대한 재전송을 하지 않는다.

UDP 가 행하는 것은 포트들을 사용하여 IP 프로토콜에 인터페이스를 제공하는 것이다.

 

UDP 를 사용한 것들에는 DNS 가 있다.

어떤 호스트 네임의 IP 주소를 찾을 필요가 있는 프로그램은, DNS 서버로 호스트 네임을 포함한 UDP 패킷을 보낸다.

이 서버는 호스트의 IP 주소를 포함한 UDP 패킷으로 응답한다.