[데이터통신 & 네트워크] OSI 7계층: 물리, 데이터링크, 네트워크, 전송, 세션, 표현, 응용

 OSI 7계층은 국제표준화기구(ISO)에서 정의한 네트워크 표준 규격입니다. 전공자들은 한번쯤은 반드시 들어봤을 법한 상식이지만, 정작 자세히는 모르는 경우가 많습니다. 이 글을 통해 자세히 알아봅니다.

 

[ Contents ]

 

 

1. OSI 7계층 (Open System Interconnection 7 Layer)

 서로 다른 컴퓨터끼리 통신하기 위해서는 '통일된 네트워크 표준'이 필요합니다. OSI 7계층은 통신이 일어나는 과정을 7단계로 구분하여 단계별로 나타냈습니다.

 각 계층은 독립적인 모듈로 되어있지만, 상하 계급 구조를 갖고 있습니다. 상위 계층의 프로토콜이 제대로 작동하기 위해서는 반드시 하위 계층이 문제가 없어야 하죠. 물론 독립성은 보장하기 때문에 해당 계층에서의 문제는 해당 계층에서 해결할 수 있습니다.

 

 

1) 물리 계층 (Physical layer)

전기적인 신호로 변환해서 실제 데이터를 Bit단위로 전송하는 계층

 

 물리계층은 실제로 데이터가 이동하는 계층으로, 대표적으로 '통신 매체'가 있습니다. (동축케이블, 광섬유, 구리선 등) 

 그외 허브나 라우터, 리피터(Repeater)와 같은 하드웨어도 물리계층에 포함됩니다.

 

 

2) 데이터링크 계층 (Data Link layer)

데이터 전송 오류를 점검 및 처리 후 Frame단위로 전송하는 계층

 

 물리계층에서는 0101011... 과 같은 일련의 전기신호를 송수신합니다. 이를 데이터링크 계층에서 조합해서 Frame 단위의 데이터 유닛을 처리합니다.

 

흐름제어: 적정량의 데이터만 송수신하도록 제어
오류제어: 발생한 오류를 복원하거나 재전송
접근제어: 특정 장치로의 데이터 전송 여부 결정

 

 Point to Point 간 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층으로, 물리주소(Mac 주소)도 여기서 결정합니다.

 관련 중요 프로토콜이 Ethernet, MAC, LAN, Wifi 등으로 많은 편이며, 장비는 스위치와 브릿지가 있습니다.

 

 

3) 네트워크 계층 (Network layer)

출발지에서 목적지까지의 경로 탐색 후, 패킷 단위로 전송하는 계층

 

 데이터링크 계층에서 실제 컴퓨터의 물리주소(MAC)를 결정했다면, 네트워크 계층에서는 논리주소(IP)를 결정합니다.

 

192.168.0.1과 같은 IP주소로 출발지와 목적지를 설정하고, 해당 목적지까지의 경로를 탐색합니다. 이를 라우팅(Routing)이라고 합니다. 라우터들은 각 목적지에 대한 최적경로(거리)를 탐색한 라우팅 테이블을 관리하고 있으며, 이를 기반으로 경로를 탐색해줍니다.

 관련 프로토콜에는 IP, ARP, ICMP 등이 있으며, 장비는 라우터, 스위치[L3]가 있습니다.

 

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4) 전송 계층 (Transport layer)

출발지에서 목적지[End to End] 간 제어와 에러를 관리하며, 세그먼트 단위로 전송하는 계층

 

 네트워크 계층이 출발지에서 목적지까지의 '경로'를 결정했다면, 전송 계층은 목적지까지 제대로 도착했는지를 검증하는 계층입니다. 오류 검출 및 복구, 흐름 제어와 중복 검사 등을 수행하여 데이터 전송이 유효한지를 검증합니다.

 관련 프로토콜에는 TCP, UDP가 있으며, 장비는 게이트웨이와 스위치[L4]가 있습니다.

 

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[네트워크] TCP와 UDP의 필요성과 특징 (w. IP프로토콜의 한계)

 해당 계층에서는 TCP와 UDP 프로토콜의 차이를 아는 게 중요한데, 위 글을 참조하시기 바랍니다.

 

 

5) 세션 계층 (Session layer)

세션을 통해 응용프로그램 간 통신을 지원하며, 포트 번호 기반으로 연결하는 계층

 

 4계층에서 종단 간 연결[End to End]이 보장되었다면, 5계층에서는 '세션'을 통해 응용프로그램 간의 통신을 연결합니다. 여기서 세션이란 '클라이언트와 웹 서버 간 네트워크 연결이 지속되는 상태'를 말합니다. 일상에서도 로그인 세션이 끊어졌다는 문구를 간혹 보곤 하죠.

 운영체제(OS)를 통해 세션을 생성, 유지, 종료, 복구 기능을 수행합니다. 반이중, 전이중, 단방향, 병렬, 직렬, 동기, 비동기 등 다양한 전송모드를 설정할 수 있으며, 통신 장치 간의 상호작용을 설정하고 동기화하는 역할을 합니다.

 응용 프로그램별로 고유의 포트번호를 할당하며, 이를 기준으로 세션을 연결해서 서버와 데이터를 주고 받습니다. 하나의 PC에서도 다양한 응용프로그램이 서버와 통신하고 있기 때문에, 어느 응용프로그램에서 송수신하는 데이터인지를 구분하기 위해 포트 번호를 사용합니다.

 

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 관련 프로토콜에는 NetBIOS, SSH, TLS가 있습니다. 최근 SSL/TLS에 대한 중요성이 강조되고 있으므로, 위 내용도 알아두시면 좋을 듯합니다.

 

 

6) 표현 계층 (Presentation layer)

송수신 데이터의 암복호화, 인코딩/디코딩, 압축이 이루어지는 계층

 

 송수신 받은 데이터를 코드 변환, 구문 검색, 인코딩/디코딩, 암복호화, 압축 등의 과정을 통해 올바른 표준 형식으로 변환하는 계층입니다.

 관련 프로토콜에는 JPG, MPEG, ASCII 등이 있습니다.

 

 

7) 응용 계층 (Application layer)

사용자와 직접 접하는 계층으로, 여러 응용 서비스를 지원해주는 계층

 

 응용 계층 위는 '사용자'입니다. 사용자로부터 정보를 입력받거나, 수신한 데이터를 사용자에게 전달하는 계층입니다.

 일종의 UI나 I/O(입출력) 부분이라고 할 수 있으며, 대표적인 프로토콜은 HTTP, DNS, Telnet, FTP 등이 있습니다.

 

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2. 캡슐화와 디캡슐화

  1계층부터 7계층까지 살펴보았습니다. 각 계층별로 데이터 송신을 위해 필요한 정보를 헤더에 덧붙거나, 재조합하는 방식으로 캡슐화를 진행합니다. 그리고 수신측에서는 이를 하나씩 분해하며 데이터를 해석, 검증합니다.

 여기서 각 계층별로 전송하는 통신단위를 'PDU(Process Data Unit)'라고 부릅니다. 전송계층의 경우 TCP프로토콜이면 Segment, UDP프로토콜이면 Datagram으로 분류합니다.