OSI 모델 계층별 이해하기

OSI 모델 정의

OSI 모델(Open Systems Interconnection)은 복잡한 네트워크 통신 과정을 이해하기 쉽게 7개의 계층으로 분류한 국제 표준입니다. 1984년 국제표준화기구(ISO)에 의해 개발된 이 모델은 통신 프로세스의 각 단계에서 수행되어야 할 기능을 체계적으로 정의합니다. 이러한 계층적 접근 방식은 다양한 네트워크 기술과 프로토콜 간의 호환성을 보장하며, 이는 효율적인 데이터 교환과 통신 시스템의 안정성을 크게 향상했습니다. OSI 모델의 등장은 네트워킹 역사에서 중대한 전환점으로, 개별 네트워크 설계 및 구현 방식을 넘어서는, 광범위한 상호 운용성과 통신 표준의 통합을 가능하게 했습니다.

OSI 모델 계층별 기능

OSI 모델 계층별 기능은 네트워크 통신을 이해하기 위한 가장 기본적인 프레임워크를 제공합니다. 이 모델의 7개의 계층으로 구성 및 기능에 대하여 아래 내용에서 더 깊이 있게 탐구합니다.

 

1계층 물리 계층 (Physical Layer)
물리 계층은 네트워크 기반의 가장 근본적인 단계로, 데이터 전달의 물리적 및 전기적 요소를 처리합니다. 이 계층에는 케이블, RJ45 커넥터, 물리적 네트워크 구조(스타, 링, 메쉬 등), 전기적 신호 전달이 포함됩니다. 예로, Ethernet 케이블이나 광섬유 케이블이 이 계층에 속합니다.

2계층 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)
데이터 링크 계층은 네트워크 내 장치들 사이의 신뢰할 수 있는 데이터 전송을 가능하게 하는 프로토콜과 방법을 제공합니다. 이 계층은 MAC(Medium Access Control) 주소를 이용한 통신, 오류 발견 및 수정, 데이터 흐름 조절 기능을 포함합니다. Ethernet, PPP(Point-to-Point Protocol), 그리고 스위치 장비 등이 이 계층의 예로 들 수 있습니다.

3계층 네트워크 계층 (Network Layer)
네트워크 계층은 서로 다른 네트워크 시스템 간의 데이터 이동을 관리합니다. 이 계층은 데이터를 출발지에서 목적지까지 라우팅하는 역할을 수행하고, IP(Internet Protocol) 주소를 통해 장치들이 서로 통신할 수 있게 합니다. 라우터는 이 계층에 속하는 주요 장비로, IP, IPX, 그리고 ICMP(Internet Control Message Protocol)는 이 계층의 대표적인 예입니다.

 

4 계층 전송 계층 (Transport Layer)
전송 계층은 종단 간 데이터 전송의 신뢰성과 효율성을 보장합니다. 이 계층은 세그먼트나 데이터그램을 사용하여 데이터를 전송하며, TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)과 같은 프로토콜을 통해 오류 검출 및 수정, 흐름 제어, 그리고 혼잡 제어 기능을 수행합니다.

 

5계층 세션 계층 (Session Layer)
세션 계층은 네트워크상의 두 장치 간의 세션을 관리합니다. 이 계층은 데이터 교환의 시작과 종료를 담당하며, 대화 제어 및 동기화 기능을 제공합니다. 예를 들어, NFS(Network File System), NetBIOS 이름 서비스, 그리고 RPC(Remote Procedure Call) 프로토콜이 이 계층에 해당합니다.

6계층 표현 계층 (Presentation Layer)
표현 계층은 데이터의 형식과 표현을 관리합니다. 이 계층은 암호화, 압축, 데이터 변환 등을 담당하여 응용 프로그램이 이해할 수 있는 형태로 데이터를 변환합니다. 예시로는 JPEG, GIF 이미지 포맷 그리고 암호화 프로토콜이 있습니다. 표현 계층은 서로 다른 시스템 간의 데이터 교환에서 호환성을 보장하는 역할을 하며, 데이터 포맷 변환, 문자 인코딩, 데이터 압축 및 암호화 방법을 제공합니다.

 

7계층 응용 계층 (Application Layer)
응용 계층은 사용자와 가장 가까운 OSI 모델의 최상위 계층입니다. 이 계층은 네트워크 서비스를 사용자에게 직접 제공하며, 네트워크 소프트웨어 UI와 API를 관리합니다. 응용 계층은 이메일, 파일 전송, 웹 브라우징, 데이터베이스 관리 등의 서비스를 포함합니다. HTTP(HyperText Transfer Protocol), FTP(File Transfer Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) 그리고 DNS(Domain Name System)와 같은 프로토콜이 이 계층에 속합니다.

 

	OSI 모델 계층	기능
1	물리 계층 (Physical Layer)	하드웨어 및 전송 매체에 초점을 맞춘, 데이터 전송의 물리적인 측면 담
2	데이터 링크 계층 (Data Link Layer)	링크 상에서의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하며, MAC 주소를 이용한 통신 관리
3	네트워크 계층 (Network Layer)	다양한 네트워크 간의 데이터 전송 및 라우팅을 책임지며, IP 주소를 통한 통신 담당
4	전송 계층 (Transport Layer)	애플리케이션 간의 신뢰성 있는 데이터 전송 보장 및 세그먼트 통해 데이터 전송
5	세션 계층 (Session Layer)	통신 세션을 관리하며, 데이터 교환의 시작과 종료 담당
6	표현 계층 (Presentation Layer)	암호화, 압축 및 데이터의 표현을 관리
7	응용 계층 (Application Layer)	최종 사용자와 직접적으로 상호작용하는 서비스와 프로토콜 제공

OSI 모델 데이터 송수신

OSI 모델 데이터 송수신 과정은 매우 조직적이며, 각 단계에서 각 계층은 특정 역할을 담당하며 필요한 정보를 데이터에 추가해 나갑니다. 이하에서는 데이터가 사용자로부터 시작하여 최종 목적지까지 도달하는 과정에서 OSI 모델의 각 계층을 거치는 상세한 설명과 함께, 계층별 주요 특성 및 예시를 다룹니다.

 

7계층 응용 계층 (Application Layer)
특징: 사용자가 직접적으로 상호작용하는 애플리케이션으로 이메일 클라이언트, 웹 브라우저 등이 여기에 해당합니다.
예시: 사용자가 웹 브라우저를 통해 웹사이트에 접속하는 경우, HTTP 요청이 생성되고 이는 데이터의 출발점이 됩니다.

6계층 표현 계층 (Presentation Layer)
특징: 데이터 형식, 암호화 및 압축을 처리합니다. 송수신하는 데이터의 형식을 변환 또는 암호화하는 역할을 합니다.
예시: HTTP 요청이 암호화되어 HTTPS 요청으로 변환될 수 있습니다.

5계층 세션 계층 (Session Layer)
특징: 데이터 교환의 세션 관리를 담당합니다. 통신 세션을 설정, 유지, 종료하는 기능을 합니다.
예시: 웹 브라우징 중 사용자 인증을 위해 세션 쿠키가 생성되며, 이는 사용자 세션을 식별하는 데 사용됩니다.

4계층 전송 계층 (Transport Layer)
특징: 종단 간 데이터 전송 신뢰성을 담당하며 TCP/IP 모델에서 TCP 에러 검출, 흐름 제어, 혼잡 제어 기능을 제공합니다.
예시: HTTP 요청이 TCP 세그먼트로 캡슐화되며, 각 세그먼트는 목적지 포트 번호 정보를 포함합니다.

3계층 네트워크 계층 (Network Layer)
특징: 데이터 패킷을 소스에서 목적지까지 라우팅하고 IP 주소를 사용하여 최적의 경로를 결정합니다.
예시: TCP 세그먼트가 IP 패킷으로 캡슐화되고, 각 패킷에는 소스 및 목적지 IP 주소가 포함됩니다.

2계층 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)
특징: 네트워크 장치 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하며, MAC 주소를 사용하여 프레임에 주소 정보를 추가합니다.
예시: IP 패킷이 이더넷 프레임으로 캡슐화되며, 프레임에는 소스와 목적지의 MAC 주소가 포함됩니다.

1계층 물리 계층 (Physical Layer)
특징: 데이터를 전기 신호로 변환하여 전송 매체를 통해 실제로 전송하며, 케이블, 광섬유 등의 물리적 매체를 다룹니다.

예시: 이더넷 프레임이 네트워크 케이블을 통해 전기 신호로 변환되어 다른 장치로 전송됩니다.

데이터가 목적지에 도착하면, 위의 과정이 역순으로 진행됩니다. 이 과정을 통해 데이터는 물리 계층부터 시작하여 응용 계층까지 올라가며, 각 계층에서 필요한 처리를 거칩니다.

물리 계층에서 데이터 링크 계층으로
수신된 전기 신호는 다시 디지털 데이터로 변환되어 데이터 링크 계층으로 전달되며, MAC 주소를 기반으로 한 프레임의 정확성이 검증됩니다.

데이터 링크 계층에서 네트워크 계층으로
프레임에서 추출된 데이터 패킷은 IP 주소를 기반으로 해당 네트워크 계층으로 전달됩니다. 이계층에서는 패킷이 최종 목적지로 올바르게 라우팅 되었는지 확인합니다.

네트워크 계층에서 전송 계층으로
IP 패킷은 TCP 또는 UDP 세그먼트로 변환되어 전송 계층으로 이동합니다. 이계층에서는 세그먼트의 순서를 재조정하고, 필요한 경우 데이터의 재전송을 관리합니다.

전송 계층에서 세션 계층으로
데이터는 세션 계층으로 이동하여 응용 프로그램 간의 세션 관리를 위한 처리를 받습니다. 이는 데이터 교환의 시작과 종료를 관리하며, 필요한 경우 세션 복구를 담당합니다.

세션 계층에서 표현 계층으로
표현 계층에서는 데이터의 암호화 해제, 압축 해제 및 형식 변환과 같은 작업이 이루어집니다. 이를 통해 데이터가 응용 프로그램이 이해할 수 있는 형식으로 변환됩니다.

표현 계층에서 응용 계층으로
마지막으로, 데이터는 응용 계층으로 전달되어 사용자에게 최종적인 정보나 서비스의 형태로 제공됩니다. 예를 들어, 웹 브라우저는 HTTP 응답을 받아 사용자에게 웹 페이지를 표시합니다.

이렇게 OSI 모델의 계층을 통해 데이터가 송수신되는 과정은 데이터 통신의 복잡성을 관리하고, 네트워크상의 다양한 장치와 프로토콜 간의 상호운용성을 보장합니다. 각 계층이 특정 기능을 담당함으로써, 네트워크 설계와 문제 해결이 용이해지며, 네트워크의 효율성과 신뢰성이 크게 향상됩니다.

OSI 모델 계층별 이해를 통한 중요성

OSI 모델 계층별 이해를 통해 네트워크 동작방식과 데이터 송수신을 이해하고 관리하는데 중추적인 역할을 합니다. 이 모델은 네트워크 설계, 문제 해결, 기술 및 프로토콜 간의 호환성 보장에 필수적이며, 보안과 데이터 통신 프로토콜 개발에 있어 기본 틀을 제공합니다. OSI 모델의 계층적 접근은 전문가들이 효과적으로 네트워크 시스템을 설계하고 트러블슈팅하는 데 도움을 줍니다.

OSI 모델 계층별 이해하기