OSI 7계층

OSI 7계층이란?

OSI (Open Systems Interconnection) 모델은 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 위한 참조 모델입니다. 이 모델은 네트워크 통신을 일곱 개의 계층으로 나누어 설명합니다. 각 계층은 특정한 역할을 수행하며, 상위 계층은 하위 계층을 기반으로 작동합니다. OSI 모델의 일곱 개의 계층은 다음과 같습니다.

 

 

 

 

1. 물리 계층(Physical layer)

• 이 계층은 데이터를 전기 신호, 광 파장 또는 무선 신호 등과 같은 물리적인 형태로 전송하는 역할을 합니다.
• 네트워크 장치 간의 연결 방식, 전압 수준, 케이블 유형 등을 다루며, 예를 들어 이더넷, Wi-Fi, 광섬유 케이블 등이 여기에 해당합니다.
• 이 계층에서는 단지 데이터를 전달할 뿐, 전송하려는 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지는 신경쓰지 않습니다.
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• 예를 들어, 두 대의 컴퓨터가 이더넷 케이블을 사용하여 직접 연결되어 데이터를 주고받는 경우를 생각해보겠습니다. 이더넷 케이블은 물리 계층에서 사용되는 물리적 매체로서, 데이터를 전기 신호로 변환하여 전송합니다. 컴퓨터에서는 데이터가 전송되기 위해 물리적인 전기 신호로 변환되어 케이블을 통해 다른 컴퓨터로 전달됩니다. 따라서 물리 계층은 컴퓨터 사이의 실제 데이터 전송을 담당하며, 전기 신호의 전송 방식, 케이블의 종류 및 연결 방식 등을 다룹니다.

   

2. 데이터 링크 계층(Data link layer)

• 데이터 링크 계층은 물리적인 매체 상에서 데이터를 안전하게 전송하기 위해 오류 감지 및 수정, 흐름 제어, 동기화 등을 담당합니다.
• 프레임의 시작과 끝을 식별하여 데이터를 패킷 단위로 분할하거나 결합합니다. 이더넷, PPP(Point-to-Point Protocol) 등이 여기에 해당합니다.
• 이더넷은 데이터 링크 계층에서 동작하는 프로토콜로, 로컬 영역 네트워크(Local Area Network, LAN)에서 가장 널리 사용됩니다. 이더넷은 데이터를 프레임(Frame)이라고 불리는 작은 패킷 단위로 분할하여 전송하고, 프레임의 시작과 끝을 식별하여 전송됩니다. 데이터 링크 계층은 이더넷 프레임의 오류를 감지하고 필요한 경우 복구하는데 사용됩니다.
• 데이터 링크 계층은 또한 MAC(Media Access Control) 주소를 통해 네트워크 장치들을 고유하게 식별하고, 충돌을 방지하며 효율적으로 데이터 전송을 관리합니다. 데이터 링크 계층은 이더넷 스위치(Switch)와 같은 장치들이 작동하는 계층이기도 합니다. 따라서 이더넷 프로토콜은 데이터 링크 계층에서 주로 사용되는 프로토콜 중 하나입니다.

3. 네트워크 계층(Network layer)

• 네트워크 계층은 여러 경로를 통해 데이터를 전송하는 역할을 합니다. 이를 위해 라우팅, 패킷 전달, IP 주소 할당 등을 수행합니다.
• 라우터와 같은 장비가 이 계층에서 작동하며, IP(Internet Protocol)가 주로 사용됩니다.
• 즉, 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 데이터를 보내는 기능을 말합니다. 따라서 최적의 경로를 설정해야 합니다.
• 인터넷 프로토콜(IP)은 네트워크 계층에서 동작하는 주요 프로토콜 중 하나로, 패킷을 목적지까지 전달하는 역할을 합니다. IP는 데이터 그램(Datagram)이라고 불리는 패킷을 사용하여 정보를 전송합니다.또한, IP는 인터넷 상의 모든 장치들이 서로 통신할 수 있도록 가능하게 하는 중요한 역할을 합니다. 따라서 인터넷은 IP 프로토콜을 기반으로 한 네트워크입니다. 이러한 이유로 IP는 네트워크 계층에서 핵심적인 프로토콜 중 하나로 꼽힙니다.
• 예를 들어, 여러 개의 네트워크로 연결된 컴퓨터가 있다고 가정해보겠습니다. 이때 각 컴퓨터는 IP 주소를 가지고 있으며, 이 주소를 통해 특정 컴퓨터에게 데이터를 보낼 수 있습니다. 네트워크 계층은 이러한 IP 주소를 사용하여 데이터 패킷을 목적지까지 전달하고, 그 동안에는 경로 선택, 라우팅, 패킷 포워딩 등의 역할을 수행합니다.

4. 전송 계층(Transport layer)

• 전송 계층은 송신자와 수신자 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당합니다. 데이터를 분할하고 재조립하여 신뢰성 있는 전송을 보장하며, 흐름 제어와 오류 복구를 수행합니다.
• TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)가 주로 사용됩니다.
• 데이터 전송을 위해서 Port 번호가 사용이 됩니다.
• TCP는 전송 계층에서 동작하는 프로토콜로, 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하기 위해 설계되었습니다. TCP는 데이터를 전송하기 전에 연결을 설정하고, 데이터 전송 후에는 연결을 종료하는 등의 기능을 제공합니다. 데이터 전송 중 손실이나 오류가 발생했을 경우에도 재전송을 수행하여 신뢰성 있는 전송을 보장합니다. 또한, 흐름 제어와 혼잡 제어를 통해 네트워크의 부하를 관리하고 전송 속도를 조절합니다.
• 따라서 TCP는 전송 계층에서 가장 널리 사용되는 프로토콜 중 하나이며, 인터넷을 통한 데이터 통신의 핵심을 담당합니다.
• 예를 들어, 웹 브라우저를 통해 서버에 데이터를 요청할 때 TCP가 사용됩니다. 먼저, 클라이언트(웹 브라우저)는 서버와의 TCP 연결을 설정하고, 데이터를 요청합니다. 이후 서버는 요청된 데이터를 패킷으로 분할하여 클라이언트에게 전송하고, 클라이언트는 이러한 패킷을 수신하여 다시 조립하여 응답을 받습니다.

 

 

TCP/IP와 OSI 7계층의 차이점

 

OSI 7계층을 나눈 이유는?

 흐름을 한눈에 알아보기 쉽고 7단계 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건들이지 않고도 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있기 때문입니다. 

 

예를 들어, PC방에서 롤을 하고 있는데 연결이 끊겼습니다. 어디에 문제가 있는지 확인을 하기 위해서는

 

• 모든 PC에 문제가 있다면 라우터의 문제 (3계층 네트워크 계층) 이거나 광랜을 제공하는 회사의 회선 문제(1계층 물리계층) 일 것이다.
• 한 PC만 문제가 있고 롤 소프트웨어에 문제가 있다면 -> 7계층 어플리케이션 계층 문제
• 롤 소프트웨어에 문제가 없고 스위치에 문제가 있다면 -> 2계층 데이터링크 계층 문제 ​ 라고 판단해 다른 계층에 있는 장비나 소프트웨어를 건들이진 않을 것이다.

 이러한 계층적 구조는 네트워크 프로토콜 및 서비스를 설계, 구현 및 이해하는 데 있어서 표준화된 방법을 제공하여 효율적이고 안정적인 통신을 가능케 합니다.

 

예상질문

 

물리 계층 (1계층):

1. 물리 계층의 주요 목적은 무엇인가요?
   • 물리 계층은 데이터를 전기적, 광학적 또는 전파적인 신호로 변환하여 네트워크 매체를 통해 전송하는 역할을 합니다.
2. 물리 계층에서 사용되는 주요 장비나 장치에 대해 설명해주세요.
   • 허브, 리피터, 케이블, 모뎀 등이 물리 계층에서 사용되는 주요 장비나 장치입니다.
3. 물리 계층에서 데이터는 어떻게 전송되나요?
   • 데이터는 이진 신호 형태로 변환되어 전기적, 광학적 또는 전파적인 매체를 통해 전송됩니다.
4. 물리 계층에서 발생할 수 있는 주요 문제들은 무엇인가요?
   • 케이블 손상, 신호 감쇠, 노이즈, 전기적 간섭 등이 물리 계층에서 발생할 수 있는 주요 문제입니다.

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데이터 링크 계층 (2계층):

1. 데이터 링크 계층의 주요 역할은 무엇인가요?
   • 데이터 링크 계층은 오류 검출과 흐름 제어, MAC 주소 기반의 프레임 전송 등을 담당합니다.
2. MAC 주소는 무엇이며, 어떻게 작동하나요?
   • MAC 주소는 네트워크 장치를 식별하는 데 사용되며, 데이터 링크 계층에서 사용됩니다. 스위치를 통해 프레임이 전송될 때 MAC 주소를 참조하여 목적지를 결정합니다.
3. 데이터 링크 계층의 기능을 설명해주세요.
   • 오류 검출 및 수정, 흐름 제어, 접근 제어, 프레임 동기화 등의 기능을 수행합니다.
4. 오류 감지와 수정은 데이터 링크 계층에서 어떻게 이루어지나요?
   • CRC (Cyclic Redundancy Check)와 같은 기술을 사용하여 프레임의 오류를 감지하고, 필요한 경우 재전송을 요청하여 오류를 수정합니다.

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네트워크 계층 (3계층):

1. 네트워크 계층의 주요 목적은 무엇인가요?
   • 네트워크 계층은 패킷의 라우팅과 전송을 담당하여 여러 네트워크 간의 통신을 가능하게 합니다.
2. 라우터는 어떤 기능을 수행하나요?
   • 라우터는 네트워크 간의 패킷 전송을 관리하고 최적의 경로를 선택하여 패킷을 전달합니다.
3. IP 주소와 서브넷 마스크의 차이점은 무엇인가요?
   • IP 주소는 네트워크 상에서 장치를 식별하는 데 사용되는 주소이고, 서브넷 마스크는 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분하는 데 사용됩니다.
4. IP 패킷이 목적지까지 도달하는 과정을 설명해주세요.
   • 라우터를 통해 패킷이 여러 네트워크를 거쳐 목적지에 도달합니다. 라우터는 패킷의 목적지 IP 주소를 참조하여 최적의 경로를 결정합니다.

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전송 계층 (4계층):

1. 전송 계층의 주요 목적은 무엇인가요?
   • 전송 계층은 종단 간 통신을 관리하고 데이터의 신뢰성과 흐름 제어를 제공합니다.
2. TCP와 UDP의 차이점은 무엇인가요?
   • TCP는 연결 지향적이고 신뢰성 있는 전송을 제공하는 반면, UDP는 비연결 지향적이고 신뢰성이 낮은 전송을 제공합니다.
3. 연결 지향적인 통신과 비연결 지향적인 통신의 차이는 무엇인가요?
   • 연결 지향적인 통신은 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제와 같은 단계를 거치며 신뢰성이 높습니다. 반면에, 비연결 지향적인 통신은 각각의 패킷이 독립적으로 전송되며 신뢰성이 낮을 수 있습니다.
4. 전송 계층에서 발생할 수 있는 문제들은 어떤 것들이 있나요?
   • 데이터 손실, 패킷 순서 변경, 혼잡 제어 문제 등이 전송 계층에서 발생할 수 있는 주요 문제입니다.