[개념 콕] OSI 7계층

OSI 7계층 (OSI 7 Layers)

OSI 7계층이란?

1. 물리 계층 (Physical Layer)

• 데이터 표현 비트(0과 1) 형태로 표현하며, 이를 전기 신호, 광 신호, 무선 신호로 변환 후 전송합니다. 데이터를 전달만 할 뿐, 전송하는 데이터가 무엇인지에 대해서는 신경 쓰지 않습니다.

• 전송 매체 동축 케이블, 광섬유 등을 사용하여 전송합니다.

• 장비 리피터, 허브, 케이블 등이 해당합니다.

• 단순한 구조

• 전송 매체와 기술의 표준화

• 저렴한 비용

• 한정된 기능 데이터 오류 검출 등의 기능을 제공하지 않습니다.

• 전송 거리 제한 물리적인 매체에 따라 데이터 전송 거리에 제한이 있습니다.

• 신호 간섭 외부 간섭이나 다른 신호의 간섭에 민감합니다.

• 리피터 (증폭기) 거리가 늘어날수록 감쇠하는 디지털 신호의 장거리 전송을 위해 수신한 신호를 재생하거나, 출력 전압을 높여 전송하는 장치입니다. 전송 거리 연장 또는 배선의 자유도를 높이기 위해 사용합니다.

• 허브 가까운 거리의 컴퓨터들을 연결하는 장치로, 각각의 회선을 통합하여 관리합니다. 신호 증폭 기능을 하는 리피터의 역할을 포함합니다.

2. 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

• 프레임화 데이터를 프레임이라는 구조로 나누어 전송합니다. 각 프레임은 데이터와 제어 정보를 포함합니다. 프레임의 시작과 끝을 구분하기 위한 동기화 기능이 있습니다.

• MAC 주소 사용 네트워크 상의 장치 구분을 위해 MAC 주소를 사용합니다

• 오류 검출 및 수정 전송 중 발생할 수 있는 오류를 검출하고 수정합니다. CRC 같은 오류 검출 기법을 사용합니다.

• 흐름 제어 송수신 측 간의 데이터 전송 속도를 조절하여 데이터 손실을 방지합니다

• 링크 제어 네트워크 장치 간 데이터 링크 설정, 유지, 종료를 담당합니다.

• 신뢰성 오류 검출 및 수정 기능을 통해 데이터 전송의 신뢰성을 보장합니다.

• 효율성 프레임화와 흐름 제어를 통해 효율적인 데이터 전송이 가능하게 합니다.

• 물리 계층 보완 물리 계층의 오류를 보완하여 데이터 전송의 안정성을 높였습니다.

• 오버헤드(overhead)* 프레임 헤더와 오류 검출 코드가 추가되며 데이터 전송에 필요한 오버헤드가 증가합니다.

• 한정된 범위 동일 네트워크 내에서만 작동하기 때문에, 다른 네트워크와의 통신을 위해선 상위 계층이 필요합니다.

• 이더넷(Ethernet) 가장 널리 사용되는 LAN 기술이며, CSMA/CD 방식으로 네트워크 접근을 제어하는 장치입니다.

• PPP (Potin to Point Protocol) 주로 다이얼 업 접속에 사용됩니다.

• HDLC (High-Level Data Link Control) PPP와 반이중 연결을 위한 프로토콜로 사이트 간 연결에 주로 사용됩니다.

• 브리지 (Bridge) 두 LAN 세그먼트를 연결하고, 데이트 링크 계층에서 프레임을 필터링하여 네트워크 트래픽을 관리하는 장치입니다.

• 스위치 (Switch) 데이터 링크 계층 장비로, 네트워크 내의 여러 장치를 연결하고 MAC 주소 기반으로 프레임을 전달합니다.

3. 네트워크 계층 (Network Layer)

• 경로 설정 및 라우팅
패킷이 출발지에서 목적지까지 가장 효율적인 경로로 이동할 수 있도록 라우팅을 수행합니다.

• 논리적 주소 지정
• IP (Internet Protocol) 주소를 사용하여 네트워크 상의 각 장치를 논리적으로 식별합니다.
• 물리적 주소에 구애받지 않고 고유한 주소를 부여합니다.

• 포워딩 (forwarding)
각 네트워크 장치가 패킷을 수신하면 목적지 주소를 기반으로 다음 네트워크 장치로 패킷을 전달합니다.

• 인터네트워킹 (internetworking)
서로 다른 네트워크를 연결하고 상호 통신할 수 있게 합니다.

• 확장성
여러 네트워크를 연결하고 관리할 수 있습니다.

• 유연성
다양한 라우팅 프로토콜과 알고리즘을 적용하여 네트워크 환경에 맞춘 경로 최적화가 가능합니다.

• 복잡성
경로 설정과 라우팅 과정이 복잡합니다.

• 오버헤드
패킷 헤더에 라우팅 정보가 추가되므로 데이터 전송에서 오버헤드가 발생합니다.

• IP (Internet Protocol)
• 데이터 패킷을 목적지까지 전달하는 기본 프로토콜
• 종류: IPv4, IPv6

• 라우터 (router)
네트워크 계층에서 사용되는 장비로 다양한 네트워크를 연결하고 패킷을 올바른 경로로 전달

• ARP (Address Resolution Protocol)
IP주소를 물리적 MAC 주소로 변환하는 프로토콜

4. 전송 계층 (Transport Layer)

• 데이터 세그먼트화
상위 계층에서 받은 데이터를 적절한 크기의 세그먼트로 나누어 전송합니다. 각 세그먼트는 순서 정보와 오류 정보를 포함합니다.

• 연결 설정 및 해제
송수신자 간 통신 경로를 설정하고, 데이터 전송이 완료되면 연결을 해제합니다.

• 오류 검출 및 수정
데이터 전송 시 발생하는 오류를 검출하고 수정하여 데이터 전송의 신뢰성을 보장합니다.

• 흐름 제어
송수신측 간의 데이터 전송 속도를 조절하여 데이터 손실을 방지합니다.

• 혼잡 제어
네트워크 혼잡 상황을 감지하고 전송 속도를 조절하여 네트워크 효율성을 유지합니다.

• 포트 사용
데이트 전송을 위해 Port 번호가 사용됩니다.

• 신뢰성
오류 검출, 수정, 흐름 제어를 통해 데이터 전송의 신뢰성을 보장합니다.

• 유연성
연결 지향 서비스, 비연결 지향 서비스 모두 지원하여 다양한 요구사항을 충족합니다.

• 복잡성
다양한 기능을 수행하기 때문에 구현이 복잡하며, 리소스 소모가 많을 수 있습니다.

• 오버헤드
전송 계층에서 지원하는 다양한 기능으로 인해 데이터 전송에 필요한 오버헤드가 발생합니다.

• 성능 문제
TCP의 경우 연결 설정 및 해제, 흐름 제어, 오류 수정을 하며 추가적으로 지연이 발생할 수 있습니다.

• 비연결형 서비스의 한계
UDP는 신뢰성 없는 전송을 제공하기 때문에 데이터 손실이 발생할 수 있습니다.

• TCP (Transmission Control Protocol)
• 연결 지향 프로토콜으로 안전한 데이터 전송을 보장합니다.
• 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제의 3단계가 있습니다.
• 오류 검출 및 수정, 흐름 제어, 혼잡 제어 기능을 지원합니다.

• UDP (User Datagram Protocol)
• 비연결 지향 프로토콜로, 신뢰성보다는 빠른 데이터 전송을 중시합니다.
• 오류 검출 및 수정, 흐름 제어 기능을 지원하지 않기 때문에 오버헤드가 적습니다.

5. 세션* 계층 (Session Layer)

• 세션 설정 통신 시작을 위해 송수신자 간의 세션을 설정합니다. 세션 설정이 완료되면 두 시스템 간의 데이터 교환이 가능해집니다.

• 세션 유지 및 관리
통신 중에 세션을 유지하고 관리합니다. 이는 데이터가 순차적으로 전송될 수 있게 하며, 중복 및 누락을 방지합니다.

• 동기화
• 데이터 전송 중 체크포인트를 설정하여, 네트워크 오류나 연결 장애가 발생할 경우 데이터를 다시 전송합니다.
• 데이터 전송의 신뢰성을 높이는 기능입니다.
• 소동기점*과 대동기점**이 있습니다.
*소동기점: 에러 복구를 위한 중간 지점으로 에러 발생 시 가장 최근의 소동기점부터 재전송 가능합니다.
**대동기점: 대화의 시작과 끝을 구분하는 구분점입니다.

• 세션 종료
통신이 끝나면 세션을 정상적으로 종료하여, 시스템 자원을 해제하고 다음 통신 준비에 들어갑니다.

• 신뢰성
세션을 사용하여 데이터 전송의 순서와 완전성을 보장하며, 동기화를 사용하여 데이터 손실을 최소화합니다.

• 효율성
세션을 유지하여 지속적으로 통신이 가능하게 하며, 세션 종료 시 자원을 해제하여 효율적으로 자원을 관리합니다.

• 복구 기능
체크포인트를 활용하여 네트워크 오류 발생 시 데이터 전송을 복구할 수 있습니다.

• 복잡성
세션 설정, 유지, 종료 그리고 동기화 기능을 포함하기 때문에 구현이 다소 복잡합니다.

• 오버헤드
세션을 유지하고 동기화하는 과정에서 오버헤드가 추가적으로 발생할 수 있습니다.

• RPC (Remote Procedure Call) 세션 계층에서 가장 기본이 되는 기술이며, 네트워크 상에서 원격 프로시저를 호출하는 기술입니다. 클라이언트와 서버 간의 세션을 설정하여 원격 프로시저 호출을 관리합니다.

• SQL 세션 클라이언트와 데이터베이스 서버 간의 세션을 관리하여, 데이터베이스 쿼리와 트랜잭션을 처리합니다.

6. 표현 계층 (Presentation Layer)

• 데이터 변환 데이터의 인코딩과 디코딩을 담당합니다. 송신자 측에서는 데이터를 전송 가능한 형식으로 인코딩하고, 수신자 측에서는 다시 원래 형식으로 디코딩합니다.

• 데이터 압축 데이터를 압축하여 전송 효율성을 높입니다.

• 데이터 암호화 데이터의 기밀성을 보장하기 위해 송신자 측에서 암호화하고, 수신자 측에서 복호화하여 기존 데이터로 복원합니다.

• 데이터 형식 지정 데이터 형식과 구조 정의, 문자 인코딩, 이미지 포맷, 오디오 포맷 지정 등을 담당 합니다.

• 표준화 다양한 데이터 형식과 프로토콜을 표준화하여 호환성을 높일 수 있습니다.

• 보안 데이터 암호화를 통해 데이터의 기밀성과 무결성을 보장합니다.

• 효율성 데이터 압축을 통해 전송 효율성을 높입니다.

• 유연성 다양한 데이터 형식과 표현 방식을 지원하기 때문에 여러 어플리케이션의 다양한 요구사항을 충족할 수 있습니다.

• 복잡성 인코딩, 압축, 암호화 등의 기능이 추가되면서 구현이 복잡해졌습니다.

• 오버헤드 여러 기능을 적용하는 과정에서 추가적인 오버헤드가 발생할 수 있습니다.

• SSL/TLS (Security Sockets Layers / Transport Layer Security) 데이터 전송의 기밀성과 무결성을 보장하기 위해 사용되는 보안 프로토콜이며, 데이터 암호화와 인증 기능을 제공합니다.

• JPEG, PNG, GIF 이미지 데이터를 압축하고 표현하는 표준 형식입니다.

• Unicode 전 세계의 문자를 일관되게 표현하기 위한 문자 인코딩 표준입니다.

7. 응용 계층 (Application Layer)

• 사용자 인터페이스 사용자와 네트워크 간의 인터페이스를 제공하여, 사용자가 쉽게 이용할 수 있도록 합니다.

• 프로토콜 지원 다양한 어플리케이션 프로토콜을 지원합니다.

• 데이터 표현 데이터를 사용자가 이해할 수 있는 형태로 변환하여 표현합니다.

• 네트워크 서비스 제공 이메일, 파일 전송, 원격 로그인 등 다양한 네트워크 서비스를 제공합니다.

• 사용자 친화성 사용자와 직접 상호작용하므로, 사용자가 네트워크 서비스를 쉽게 사용할 수 있게 합니다.

• 다양한 서비스 다양한 어플리케이션 서비스를 제공하여, 네트워크 활용도를 높입니다.

• 확장성 새로운 어플리케이션 프로토콜과 서비스를 쉽게 추가할 수 있습니다.

• 보안 어플리케이션 계층에서 발생하는 보안 문제는 네트워크 전체에 영향을 미칠 수 있습니다.

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol) 웹 브라우징을 위한 프로토콜로, 웹 서버와 웹 브라우저 간의 통신을 담당합니다.

• FTP (File Transfer Protocol) 파일 전송을 위한 프로토콜로, 서버와 클라이언트 간의 파일 업로드 및 다운로드를 지원합니다.

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 이메일 전송을 위한 프로토콜로, 이메일 클라이언트와 이메일 서버 간의 통신을 담당합니다.

• DNS (Domain Name System) 도메인 이름을 IP 주소로 변환하는 서비스로, 인터넷에서 도메인 이름을 통해 리소스를 찾을 수 있게 합니다.

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