[네트워크] OSI 계층

jh Seo·2025년 5월 27일
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네트워크 공부

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OSI 7계층이란?


OSI 7계층이란 통신 프로토콜의 구조 중 하나이다.
그 중에서도 네트워크 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 말한다.

OSI 7계층을 나눔으로써 얻는 이점

  • 복잡한 시스템에 대한 이해 및 공유: 흐름을 이해하기 쉽다.
  • 더 빠른 연구 및 개발
    • 통신 과정 중 이상이 생길 경우, 문제를 분석하고 문제 원인을 분리하는 데에 도움이 될 수 있다.
    • 통신 과정 중 이상이 생길 경우, 7단계 중 어떤 단계에 문제가 생겼는지 파악해 조치 취할 수 있다.
      ex) 멀티 플레이 게임에서 연결이 끊겼다.
      -> 모든 pc에 문제 발생 : 라우터 문제(네트워크 계층) 혹은 인터넷 제공하는 회사의 회선 문제
      (물리 계층)
      -> 한 pc에 문제 발생 : 어플리케이션 계층 문제 가능성

OSI 7계층

1. 물리 계층(physical Layer)

  • 물리적인 하드웨어 전송 기술로 이뤄져 있다.
  • 전기적인, 기계적인 신호(디지털 신호)를 주고받는 역할을 하는 계층이다.
  • 데이터의 종류나 오류를 제어하지 않는다.
  • 통신 단위는 비트스트림 - 0과 1로 이루어져 있다.
  • 대표 장비 : 통신 케이블, 허브 ,리피터 등
  • 요약: 케이블, 허브, 리피터를 통해 데이터 송/수신한다.
  • 노드 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하기 위한 계층이다.
  • 동일한 네트워크에 있는 두 개의 장치간 데이터 전송을 용이하게 해준다.
  • 네트워크 계층에서 받은 패킷을 프레임이라는 더 작은 단위로 세분화한다.
  • 전송 데이터에 대한 CRC 오류/흐름 제어가 필요하다.
  • 물리 주소인 MAC주소가 이 계층에 해당한다.
    • 두 하위 계층인 매체 접근 제어(MAC) 계층논리 링크 제어(LLC) 계층으로 나뉜다.
    • MAC 주소는 네트워크 기기에 실제로 주어진 물리적 주소로, 변동되지 않는다.
  • 물리적인 연결이 이뤄지는 계층이며, 전송 단위는 Frame이다.
  • 대표적인 장비 : 스위치, 브리지
  • 대표적인 프로토콜 : 이더넷 (IEEE 802.3), wifi (IEEE 802.11)
  • 요약: 스위치, 브리지를 통해 MAC 주소를 가지고 물리 계층에서 받은 정보를 전달한다.

3. 네트워크 계층(Network Layer)

  • 네트워크 계층은 우리가 흔히 아는 IP주소를 제공하는 계층이다.
  • 네트워크 계층에서는 대표적으로 노드들을 거칠때 마다 라우팅을 해주는 역할을 담당한다.
  • 서로 다른 두 네트워크 간 데이터 전송을 용이하게 해준다.
    • 동일 네트워크 내에 통신에서는 필요하지 않음
  • 전송 계층의 세그먼트를 송신자의 장치에서 패킷이라고 하는 더 작은 단위로 세분화한다.
    • 수신시에는 패킷을 다시 조립한다.
  • 흐름 제어도 관리할 수 있다.
  • 전송 단위는 Packet이다.
  • 대표적인 장비 : 라우터, L3 스위치, IP공유기 등
  • 대표적인 프로토콜 : IPv4, IPv6
  • 요약 : IP주소를 부여하고, 경로를 설정(라우팅)한다.
  • IP 주소는 네트워크 회선에 대한 논리적 주소로, 인터넷 망에 접속할 때마다 변경된다.

IP주소, MAC주소가 각각 필요한 이유

  • IP주소(Internet Protocol 주소)

    • 네트워크 상에서 각 엔드포인트(컴퓨터, 서버, IoT 기기 등)에 부여되는 논리적 주소.

    • IP 주소를 기반으로 라우팅(최적 경로 설정)이 이루어지며, 데이터를 목적지까지 전달하기 위한 경로를 결정.

    • 패킷이 네트워크를 통해 이동할 때, 각 라우터는 IP 주소를 기준으로 다음 노드를 선택하여 최적의 경로를 찾아간다.

  • MAC주소(Media Accesss Control 주소)

    • 네트워크 카드(NIC)에 물리적으로 내장된 고유 식별 주소(하드웨어 주소).

    • IP 주소를 기반으로 목적지 네트워크에 도달한 후, 실제 데이터를 해당 장치로 전달하는 역할을 한다.

    • 네트워크 내에서 데이터가 전송될 때, MAC 주소로 변환하여 로컬 네트워크(이더넷, Wi-Fi 등)에서 정확한 장치로 전달된다.

  • 요약

    • IP 주소: 데이터를 목적지까지 전달하기 위한 논리적 주소, 최적 경로(라우팅)를 찾는 역할.

    • MAC 주소: 네트워크 내부에서 패킷을 최종적으로 특정 장치에 전송하기 위한 물리적 주소.

    • 즉, IP 주소는 라우팅을 담당하고, MAC 주소는 실제 패킷 전달을 담당하기 때문에 둘 다 필요하다.

전송 계층(Transport Layer)

  • 네트워크 종단 시스템(단말기) 간의 일관성 있고 투명한 데이터 전송이 제공될 수 있도록 지원하기 위한 계층.
    • 필요한 경우 네트워크 패킷을 복구한다.
      ->패킷의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다.
  • 포트를 열어 응용 프로그램들의 전송을 할 수 있게 한다.
  • 신뢰성 있고, 효율적인 데이터를 전송하기 위해 오류 검출과 복구, 흐름 제어(ex. 빠른 송신자가 느린 수신자를 압도하지 않도록 최적의 전송 속도를 결정)를 수행한다.
    • 네트워크 내에서 통신의 오류 검출, 흐름 제어는 데이터 링크 계층에서 담당한다.
  • 송신, 수신 프로세스 간을 연결하며 전송 단위는 segment이다.
  • 세션 계층에서 가져온 메시지를 네트워크 계층으로 보내기전에 Segment로 분할(segmentation)한다.
    • 네트워크 계층에서 전달 받은 segment를 세션 계층으로 보내기 전에 데이터로 재조립한다.
      (Reassembly)
  • 대표적인 프로토콜 : TCP , UDP
  • 요약: 패킷 생성 및 전송, 오류 검출, 복구, 흐름 제어 및 중복 검사

세션 계층 (Session Layer)

  • 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공하는 계층이다.
    • 데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결을 말한다.
  • 한 세션에서 서로 다른 두 애플리케이션 간의 네트워크 조정을 담당한다.
    • 세션 : 통신이 시작될 때부터 종료될 때까지 시간. 어플리케이션 연결 및 동기화 충돌의 시작과 끝을 담당한다.
  • 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류 복구 명령들을 일괄적으로 다룬다.
    • 예를 들어, 100MB의 파일이 전송되는 경우 세션 계층이 5MB마다 체크포인트를 설정할 수 있다.
      52MB가 전송된 후 연결이 끊어지거나 충돌이 발생하면 마지막 체크 포인트(50MB)에서 세션 재개가능하다.
  • 동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(full-duplex)의 통신과 함께, 체크포인팅과 유휴, 종료, 다시 시작 과정 등을 수행한다.
  • TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 진다.
  • 대표적 프로토콜 : 네트워크 파일 시스템(NFS), 서버 메시지 블록(SMB)
  • 요약 : 세션 설정, 유지, 전송 중단시 복구

표현/프레젠테이션 계층(Presentation Layer)

  • 애플리케이션 계층이 사용할 수 있도록 데이터를 표현(Presentation)한다.
  • 데이터 표현에 존재하는 차이점을 극복(번역)하여 데이터의 형식이 다를 때 처리하는 계층
  • 코드 문자 등을 번역하여 일관되게 전송하고 압축, 해제, 보안 기능도 담당한다.
  • 예를 들어, HTML,JSON,CSV등은 모두 프레젠테이션 계층의 데이터 구조를 설명하는 모델링 언어이다.
  • 요약: 사용자 명령어 완성, 결과 표현, 데이터 변환,암호화/복호화, 압축

응용/애플리케이션 계층(Application Layer)

  • 사용자가 OSI 환경에 접근할 수 있도록 한다.
  • 사용자와 네트워크 간의 응용 서비스를 연결한다.
    • 사용자의 요청을 네트워크가 실행하도록 하는 시작점.
  • 사용자 데이터를 생성한다.
  • 특정 유형의 애플리케이션 자체와 표준화된 통신 방법과 관련이 있다.
    • ex) 브라우저는 HTTPS, HTTP 및 이메일 클라이언트는 POP3(우체국 프로토콜 3) 및
      SMTP(간이 전자 우편 전송 프로토콜)을 사용하여 통신할 수 있다.
  • 대표적 프로토콜 : HTTP, FTP

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