OSI 7 Layer

OSI 7계층(Open System Interconneciton 7 Layer)는 다른 시스템 간의 원활한 통신을 위해 ISO에서 제안한 통신 규약이다.

 

1계층 - 물리 계층(Physical Layer)

- 전송에 필요한 두 장치 간의 실제 접속과 절단 등 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 특성에 대한 규칙을 정의

- 인접한 두 장비 간에 통신 신호를 전송하는 역할

- 이를 위해 필요한 구성품들의 기계적, 기능적, 전기적 사양을 정의한다.

  [ LAN 케이블(UTP, … ), 커넥터(RJ45, … ) ]

- PC나 스위치를 RJ45 커넥터로 연결하려면 커넥터의 크기, 모양 등이 동일해야 하며, 이를 위해 RJ45 커넥터의 기계적

사양을 정의한 표준에는 커넥터의 크기, 각 핀의 너비, 길이 등이 정해져 있다.

- 케이블 배열에 대한 표준은 TIA/EIA-568에 정의되어 있다.

- 물리 계층의 표준을 이용하여 PC와 스위치를 연결하면 한쪽에서 전송하는 0 또는 1로 구성된 비트(bit)라는 단위의 신호를 상대방이 수신하고 구분할 수 있게 된다.

- 물리 계층의 역할은 직접 연결된 두 장비 간의 통신신호 송수신을 가능하게 하는 것이다.

- 물리 계층의 동작범위는 인접한 장비까지이다.

그림1. 물리계층 동작 구간

- 데이터 기본 단위(PDU: Protocol Data Unit)는 비트(Bit) 이다.

- 사용 장비

LAN 카드	- 노드와 노드 또는 노드와 네트워크를 연결하는 장치 - 정보가 케이블을 통해 전송될 수 있도록 정보 형태를 변경한다.
허브(Hub)	- mac인식 pc에서 허브로 전기적 신호 보냄 -> 허브가 전기 신호 수신 -> 수신한 신호를 해당하는 포트로 신호 송신
리피터(Repeater)	- 전송되는 신호가 원래의 형태와 달라지거나 약해질 경우 원래의 신호 형태로 재생하여 다시 전송 - UTP의 최대 거리 100m - 신호증폭기

 

> 전송에 필요한 두 장치 간의 실제 접속과 절단 등 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 특성에 대한 규칙을 정의

 

2계층 - 데이터 링크 계층(Data Link Layer)

 

- 데이터 링크 계층은 라우터라는 장비로 구분된 구간에서 프레임이라는 데이터의 묶음을 전달하는 역할을 담당한다.

- 데이터 링크 계층 프로토콜들은 용도에 따른 프레임의 종류를 정의하고, 프레임 내 각 필드(field)의 길이, 의미 등을 지정한다.

- 링크 계층에서 사용하는 주소를 정의하고, 에러 발생 확인 및 에러 복구 절차 등도 지정한다.

- 물리 계층을 통해 수신한 0과 1로 이루어진 신호를 조합하여 프레임 단위의 묶음으로 신호를 해석한다.

그림2.  링크 계층에서 사용하는 프레임의 포맷

- 상대 장비에게서 수신한 신호의 처음 6바이트(48비트)는 목적지 MAC 주소로 인식한다.

- 두 번째 6바이트는 출발지 MAC 주소로 인식한다.

- 이와 같은 방식으로 송신 또는 수신시 신호를 묶어서 해석하고 그에 따라 사전에 정의된 적절한 동작을 취한다.

- 링크 계층의 동작범위는 라우터에 의해 구분된다.

- 링크 계층 프로토콜

      PPP(LAN에서 사용되는 이더넷, WAN에서 사용), 프레임 릴레이, HDLC 등

그림3.  링크 계층 동작 구간

- 데이터 기본 단위(PDU: Protocol Data Unit)는 프레임(Frame) 이다.

- 사용 장비

브리지(Bridge)	- LAN과 LAN을 연결 혹은 LAN 안의 그룹을 연결
스위치(Switch)	- mac-table 가짐 -> 각 포트에 어떤 PC가 있는지 알고 있음 - mac주소 기반으로 프레임을 전송 - 동일 네트워크 간의 연결만 가능 - 포트마다 각기 다른 속도를 지원하도록 제어 가능, 많은 수의 포트 제공

 

> 두 개의 인접한 개방 시스템들 간에 신뢰성 있고 효율적인 정보 전송을 할 수 있도록 한다.
>  송 수신 측간의 속도 차이를 해결하기 위한 흐름 제어 기능을 한다.
>  프레임의 시작과 끝을 구분하기 위한 프레임 동기화 기능
> 오류 제어 기능

 

3계층 - 네트워크 계층(Network Layer)

 

- 네트워크 계층은 통신의 최종 당사자들인 종단장비(종단장, end system)간에 패킷(packet)이라는 데이터의 묶음을 전달하는 역할을 한다.

- 각 장비를 구분하기 위한 주소를 정의해서 사용한다.

- 이 주소들은 네트워크를 설정할 때 사용자가 정하므로 논리적인 주소라고도 한다.

- IP(Internet Protocol)라는 네트워크 계층 프로토콜이 사용하는 주소를 'IP주소'라고 하고, IPv6(IP version 6)라는 프로토콜에서 사용하는 주소를 'IPv6주소'라고 한다.

- 물리 계층은 인접 장비 간에 동작하고, 링크 계층은 라우터에 의해서 구분된 구간에서 동작하는 반면, 네트워크 계층은 스위치, 라우터 등을 지나 종단장비 간에 동작한다.

- 즉, 웹 서버에서 출발한 IP 패킷이 도중에 변경 없이 PC까지 도달한다.

그림4. 네트워크 계층 동작 구간

- 대표적인 네트워크 계층의 프로토콜로 IP, ICMP(Internet Control Message Protocol), IPv6, ICMPv6 등이 있다.

- 데이터 기본 단위(PDU: Protocol Data Unit)는 패킷(Packet) 이다.

- 사용 장비

라우터(Router)	- 길안내자  - PC -> Switch -> Router -> ISP  - 최상의 경로를 찾아 다른 망으로 패킷을 보내주는 역할
L3 스위치(Layer3 Switch)	- L2 스위치에 라우터 기능이 추가, IP 주소를 기반으로 패킷 전송 - 서로 다른 네트워크 간 연결 가능 - MAC, IP 둘 다 인식 가능 - 현재 많이 사용하고 있는 장비

 

> 개방 시스템들 간의 네트워크 연결을 관리하는 기능과 데이터의 교환 및 중계 기능을 한다.
> 네트워크 연결을 설정, 유지, 해제하는 기능을 함
> 경로 설정(Routing), 데이터 교환 및 중계, 트래픽 제어, 패킷 정보 전송 수행
> X.25, IP 등    

 

4계층 - 전송 계층(Transport Layer)

- 전송 계층은 종단장비에서 동작 중인 응용 계층 간에 세그먼트(segment)라는 데이터의 묶음을 전달하는 역할을 한다.

- PC에서 웹 서버를 접속할 때 HTTP(HyperText Transfer Protocol)라는 응용 계층프로토콜이 동작하는데 네트워크 계층 프로토콜인 IP가 PC에서 웹 서버까지 패킷을 전달하면, IP 패킷 내부에 있던 전송 계층 프로토콜인 TCP(Transmission Control Protocol)가 내부의 데이터를 HTTP라는 응용 계층 프로토콜에게 전달한다.

그림5. 전송 계층 동작 구간

- 대표적인 전송 계층의 프로토콜로 TCP와 UDP(User Datagram Protocol)가 있다.

- 데이터 기본 단위(PDU: Protocol Data Unit)는 세그먼트(Segment) 이다.

- 사용 장비

L4 스위치(Layer 4 Switch)	- 로드밸런서가 달린 L3 스위치 - 로드밸런싱 기능 제공 - 로드밸런싱 -> 특정 서버에만 부하가 발생하지 않게 트래픽을 분산시켜 줌
게이트웨이(Gateway)	- 한 네트워크(segment)에서 다른 네트워크로 이동하기 위하여 거쳐야 하는 지점 - 서로 다른 네트워크를 연결 - 데이터 형식 변환, 주소 변환, 프로토콜 변환 등을 수행

 

> 논리적 안정과 균일한 데이터 전송 서비스를 제공함으로써 종단 시스템 간에 투명한 데이터 전송을 가능하게 함
> 하위 3계층과 상위  3계층의 인터페이스를 담당
> 종단 시스템 간의 전송 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제 기능을 함
> 주소 설정, 다중화(분할 및 재조립), 오류 제어, 흐름 제어 수행

 

5계층 - 세션 계층(Session Layer)

- 세션 계층은 종단장비 간세션(통신)의 시작, 종료 및 관리 절차 등을 정의한다. 대표적인 세션 계층의 프로토콜로 NetBIOS, TCP 세션 관리절차 등이 있다.

- 세션 계층 이상에서 송수신하는 데이터의 단위를 메시지(message)라고 한다.

> 송 수신 측간의 관련성을 유지하고 대화 제어를 담당

 

6계층 - 표현 계층(Presentation Layer)

- 표현 계층은 상위 계층 프로토콜인 응용 계층에 대해 데이터 표현 방식의 변환, 암호화 등의 서비스를 제공한다.

- 대표적인 표현 계층의 서비스로 ASCII 형식의 데이터를 EBCDIC 형식으로 변환하는 것을 들 수 있다.

- ASCII와 EBCDIC은 모두 문자를 표현하는 방법이다.

> 응용 계층으로부터 받은 데이터를 세션 계층에 보내기 전에 통신에 적당한 형태로 변환하고,
> 세션 계층에서 받은 데이터는 응용 계층에 맞게 변환하는 기능을 한다.
> 서로 다른 데이터 표현 형태를 갖는 시스템 간의 상호 접속을 위해 필요한 계층
> 코드 변환, 데이터 암호화, 데이터 압축, 구문 검색, 정보 형식(포맷) 변환, 문맥 관리 등

 

7계층 - 응용 계층(Application Layer)

- 응용 계층은 응용 프로그램과 통신 프로그램 간의 인터페이스를 제공한다.

- 예를 들어, HTTP라는 응용 계층 프로토콜은 응용 프로그램인 웹 브라우저에게 필요한 데이터를 송수신할 때 사용한다.

- 대표적인 응용 계층 프로토콜로는 원격 접속을 위한 텔넷(telnet), 파일전송을 위한 FTP, 도메인 이름을 IP 주소로 변환

 시켜주는 DNS, 메일 전송을 위한 프로토콜인 SMTP 등이 있다.

- 사용 장비

L7 스위치(Layer 7 Switch)

- 2,3,4 스위치의 기능 가짐 - 방화벽, IDS(침입탐지), IPS(침입차단)등 기능 가짐 - IP 주소, TCP/UDP 포트 정보에 패킷 내용까지 참조하여 세밀하게 로드밸런싱을 함.

 

> 사용자(응용 프로그램)가 OSI 환경에 접근할 수 있도록 서비스를 제공한다.
> 응용 프로세스 간 정보 교환, 전자 사서함, 파일 전송, 가상 터미널 등의 서비스 제공