[Network] OSI(Open Systems Interconnection) 7계층 정리

1. 요약

개방형 시스템 상호 연결 모델의 표준이다.

실제 인터넷에서 사용되는 TCP/IP 는 OSI 참조 모델을 기반으로 상업적이고 실무적으로 이용될 수 있도록 단순화한 것이다.

2. 탄생 배경

초기 여러 정보 통신 업체 장비들은 자신의 업체 장비들끼리만 연결이 되어 호환성이 없었다.

모든 시스템들의 상호 연결에 있어 문제없도록 표준을 정한것이 OSI 7계층이다.

즉, 표준(호환성)과 학습도구로써 제작되었다.

3. 작동원리

OSI 7계층은 응용, 표현, 세션, 전송, 네트워크, 데이터링크, 물리계층으로 나뉜다.

전송 시 7계층에서 1계층으로 각각의 층마다 인식할 수 있어야 하는 헤더를 붙이고 (캡슐화)

수신 시 1계층에서 7계층으로 헤더를 떼어낸다. (디캡슐화)

출발지에서 데이터가 전송될 때 헤더가 추가되는데 2계층에서만 오류제어를 위해 꼬리부분에 추가된다. 

물리계층에서 1, 0 의 신호가 되어 전송매체 (동축케이블, 광섬유 등) 을 통해 전송된다.

4. 각각의 계층 기능 요약

PDU(Process Data Unit) 은 각 계층에서 전송되는 단위이다.

레벨	PDU	프로토콜	기능
7 (Application)	Data	HTTP, FTP, DNS, DHCP,  SMTP, NFS, RTSP	사용자가 네트워크에 접근할 수 있도록 해주는 계층이다.  사용자 인터페이스, 전자우편, 데이터베이스 관리 등 서비스를 제공한다.  Ex. 텔넷, HTTP, SSH, SMTP, FTP
6 (Presentation)	Data	JPEG, MPEG, SMB, AFP	데이터를 하나의 표현 형태로 변환한다.  필요한 번역을 수행하여 두 장치가 일과되게 전송 데이터를 이해할 수 있도록 한다.  Ex. 그래픽 등의 확장자 (jpg, gif, mpg)
5 (Session)	Data	SSH, TLS, ISO8327,  Apple talk, NetBIOS	통신 세션을 구성하는 계층으로 포트(port) 연결이라고도 할 수 있다.  통신 장치 간의 상호 작용을 설정하고 유지하며 동기화한다.  사용자 간의 포트 연결(세션) 이 유효한지 확인하고 설정한다.
4 (Transport)	Segments	TCP, UDP, ARP,  RTP, SCTP, SPX	전체메시지를 발신지 대 목적지 간 제어와 에러를 관리한다.  패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 실패한 패킷은 다시 보내는 등  신뢰성 있는 통신을 보장하며 머리 말에는 Segment 가 포함된다.  장비. 게이트웨이
3 (Network)	Packets	IP, ICMP, IGMP,  RIP, IPX, DDP	다중 네트워크 링크에서 패킷을 발신지로부터 목적지로 전달할 책임을 갖는다.  각 패킷이 시작지점에서 최종목적지까지 성공적으로 전달되도록한다.  Ex. IP  장비. 라우터
2 (Data Link)	Frames	MAC, PPP, 무선랜	오류없이 한 장치에서 다른 장치로 프레임(비트의 모음)을 전달하는 역할로  스위치 같은 장비의 경우 MAC 주소를 이용하여 정확한 장치로 정보를 전달한다.  장비. 브릿지, 스위치
1 (Physical)	Bits	Ethernet, RS-232C,   Modem	물리적 매체를 통해 비트 흐름을 전송하기 위해 요구되는 기능들을 조정한다.  케이블, 연결 장치 등과 같은 기본적인 물리적 연결기의 전기적 명세를 정하고  네트워크의 두 노드를 물리적으로 연결시켜준다.  장비. 허브, 리피터

5. 계층 기능

1) 물리 계층 (Physical Layer)

전기적, 기계적 특성을 이용하여 통신 케이블로 전기적 신호를 전송한다.

단지 데이터 전달의 역할을 할 뿐이라 알고리즘, 오류제어 기능이 없다.

네트워크 엔지니어는 감쇠 등의 열 손실과 IEEE 규격 등에 대해 알아야한다.

장비로는 케이블, 리피터, 허브가 있다.

2) 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

물리적인 연결을 통하여 인접한 두 장치 간의 신뢰성 있는 정보 전송을 담당한다.

전송단위는 Frame 이며 주소와 제어정보를 가지고 있다.

정보의 오류와 흐름을 관리하여 안정된 정보를 전달한다.

장비로는 브리지, 스위치가 있다.

3) 네트워크 계층 (Network Layer)

중계 노드를 통하여 전송하는 경우 어떻게 중계할 것인가를 규정한다.

전송단위는 패킷이며 목적지까지 경로 설정을 한다.

데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하도록 한다.

장비로는 라우터, L3 스위치가 있다.

4) 전송계층 (Transport Layer)

종단 간 신뢰성 있고 정확한 데이터 전송을 담당한다.

전송단위는 세그먼트이며 종단 간의 에러 복구와 흐름 제어를 담당한다.

장비로 L4 스위치를 두는 경우가 있는데, 3계층에서 온 트래픽을 분석하여 서비스 종류를 구분해준다.

5) 세션 계층 (Session Layer)

통신 장치 간 상호작용 및 동기화를 제공한다.

연결 세션에서 데이터 교환과 에러 발생 시의 복구를 관리한다.

6) 표현 계층 (Presentation Layer)

데이터 표현에 차이가 있는 응용처리에서의 제어 구조를 제공한다.

ASCII, JPEG, MPEG 등의 번역을 말한다.

전송하는 데이터의 인코딩, 디코딩, 암호화, 코드 변환 등을 수행한다.

7) 응용 계층 (Application Layer)

사용자와 가장 밀접한 계층으로 인터페이스 역할을 한다.

응용 프로세스 간의 정보 교환을 담당한다.

예로는 전자메일, 인터넷, 동영상 플레이어 등의 어플리케이션이 있다.

6. 네트워크 장비

1) 1계층 장비 

- 리피터 (중계기)

: 신호가 너무 약해지거나 잡음에 의해 훼손되기 전에 수신하여 신호를 증폭시키는 역할을 한다.

물리적인 길이를 확장시킬 수 있다.

변질된 신호도 증폭하기 떄문에 신호 변형 가능성이 크다.

- 허브

: 다중 포트 리피터의 역할을 한다.

2) 2계층 장비

- 브리지

: 수신한 신호를 재생성한다.

패킷에 포함된 물리주소(MAC address) 를 검사할 수 있고 전달될지 폐기될지 결정할 수 있다. (Filtering)

인터페이스 주소를 대입한 테이블을 가지고 있고 스위치도 MAC 주소 테이블을 가지고 있다.

- 스위치

: 사용목적은 허브와 유사하지만 향상된 네트워크 속도를 제공한다.

이는 허브처럼 다른 모든 컴퓨터에 전송되는 것이 아니라 필요한 컴퓨터에만 전송하기에 가능하다.

허브처럼 충돌현상 (충돌 도메인) 이 나타나지 않는다.

멀티포트 브리지 역할로 많은 포트수를 사용하기 위해서 사용된다.

3) 3계층 장비

- 라우터

: 패킷이 포함하고 있는 물리주소를 검사한다.

네트워크 계층 주소(IP 주소) 를 검사한다.

분리된 네트워크를 연결할 수 있다. (LAN-LAN, WAN-WAN, LAN-WAN)

분리된 네트워크 사이에서 패킷 전송을 하며 가능한 이유는 라우팅 테이블이 있기 때문이다.

4) 1, 2, 3계층 장비의 본질적 차이 

리피터는 신호를 연결되어 있는 모든 포트로 전파한다. 

그렇기 때문에 다른 단말이 신호를 보낼 시 충돌이 발생한다.

스위치는 이런 문제를 해결한 장비이다. 브리지 주소 테이블 또는 MAC 주소 테이블을 가지고 있다.

스위치는 보내야할 곳과 보내지 말아야할 곳을 구분하므로 충돌 도메인을 해결할 수 있다.

하지만 브로드캐스트 도메인을 해결하지 않았고 세그먼트 구분을 못하므로 네트워크를 나누지 못한다.

라우터는 스위치의 문제를 해결한다. 

출발지 주소와 도착지 주소를 설정하고 경로를 지정하여 다른 네트워크로의 전송이 가능해진다.

참조

http://beansberries.tistory.com/entry/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC-OSI-7-%EA%B3%84%EC%B8%B5

http://blog.naver.com/demonicws/40118145860