OSI 7 Layers

OSI 7계층이란?

• Open System Interconnection의 약자
• 국제표준화기구(ISO)에서 개발한 모델로, 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 것.
• 각 계층은 하위 계층의 기능만을 이용하고, 상위 계층에게 기능을 제공.
• '프로토콜 스택' 혹은 '스택'은 이러한 계층들로 구성되는 프로토콜 시스템이 구현된 시스템을 가리키는데, 프로토콜 스택은 하드웨어나 소프트웨어 혹은 둘의 혼합으로 구현될 수 있다.

물리 (Physical) 계층

케이블, 리피터, 허브

• 전기적인 신호(데이터)로 변환해서 주고받음.
• 네트워크의 기본 하드웨어 전송 기술.
• 전송 단위는 Bit 이다.

데이터 링크 (DataLink) 계층

브릿지, 스위치, 이더넷

• 같은 네트워크에 있는 여러 대의 컴퓨터들이 데이터를 주고 받기 위해 필요한 모듈 (1홉 통신을 담당)
• P2P (Point to Point) 간 신뢰성있는 전송을 보장하기 위한 계층으로 CRC 기반의 흐름제어와 오류제어가 필요.
• 주소 값은 물리적으로 할당, 이는 네트워크 카드가 만들어질 때 부터 맥 주소(Mac address)가 정해져 있다는 뜻.
• 전송 단위는 Frame 이다.

네트워크 (Network) 계층

라우터, IP

• 여러 개의 노드를 거칠때 마다 경로를 찾아주는 역할 (2홉 이상의 통신-멀티 홉 통신을 담당)
• 다양한 길이의 데이터를 네트워크를 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단 제공.
• 흐름제어, 오류제어, 라우팅, 세그멘테이션, 인터네트워킹을 수행.
• 전송 단위는 Packet이다.

전송 (Transport) 계층

TCP, UDP
데이터를 받고자 하는 프로세스들은 포트 번호를 가져야한다.
포트 번호는 하나의 컴퓨터에서 동시에 실행되고 있는 프로세스들이 서로 겹치지 않게 가져야하는 정수 값.
송신자는 데이터를 보낼 때 데이터를 받을 수신자 컴퓨터에 있는 프로세스의 포트 번호를 붙여서 전송.

• 양 끝단(End to end)의 사용자들이 신뢰성있는 데이터를 주고 받는 역할.
• 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해줌.
• 시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 방식을 사용한다.
• 전송 계층은 특정 연결의 유효성을 제어하고, 일부 프로토콜은 상태 개념이 있고(stateful), 연결 기반(connection oriented)이다. (이는 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다는 것을 뜻한다.)
• TCP의 경우 혼잡 제어 제공
• 전송 단위는 TCP - Segment, UDP - Datagram이다.

세션 (Session) 계층

API, Socket

• 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 과정 등을 수행한다.

표현 (Presentation) 계층

JPEG, MPEG 등

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

응용 (Application) 계층

HTTP, FTP, DNS 등

• 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다.
• 일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다.

오류 제어, 흐름 제어, 혼잡 제어?

오류 제어 (Error Control)

• 호스트 간의 데티어 전송이 일어날 때 데이터의 오류에 관련된 제어 역할
• 오류 검출, 복구(재전송) 등의 기법

흐름 제어

• 송신부와 수신부의 데이터 처리 속도 차이를 해결하는 역할
• 송신부가 수신부 보다 속도가 빠르면 수신부의 데이터에 문제가 발생
• Stop and wait: 매번 전송한 패킷에 대해 확인응답을 받아야만 그 다음 패킷을 전송하는 방법
• Sliding window: 수신 측에서 설정한 윈도우 크기만큼 송신 측에서 확인 응답 없이 세그먼트를 전송할 수 있게 하여 데이터 흐름을 동적으로 조절하여 제어하는 방법

혼잡 제어

• 혼잡 제어는 송신측과 네트워크의 데이터처리 속도 차이를 해결하기 위한 기법
• 송신된 패킷이 네트워크 상의 라우터가 처리할 수 있는 양을 넘어서 혼잡하게 되면 데이터가 손실될 수 있기 때문에 송신측의 전송량을 제어
• 합 증가/곱 감소(AIMD), 슬로우 스타트(Slow Start)

OSI 7 Layers 장단점

장점

• 각 계층이 독립되어있기 때문에 다른 계층에 영향없이 수정 가능
• 인터페이스의 표준화
• 단순한 구조, 설계 용이

단점

• 7개의 계층을 거쳐야해서 지연 시간 발생
• 각 계층 마다 헤더 등의 정보를 추가하는 오버헤드 증가

Reference

• [10분 테코톡]히히의 OSI 7 Layer
• OSI 7 계층 - 해시넷