[네트워크] OSI 7 Layer (OSI 7계층)

1     OSI 7 Layer

1.1    OSI 7 Layer 정의

-      컴퓨터 통신 구조의 모델과 앞으로 개발될 프로토콜의 표준적인 뼈대를 제공하기 위해서 개발된 참조 모델이다.

-      OSI(Open Systems Interconnection)는 통신에 관한 국제적인 표준기구인 International Organization for Standardization(ISO)에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나누었다.

-    7단계로 표준화된 계층들의 통신 기능은 일련의 계층 집단으로 분할되며, 각 계층은 다른 시스템과 통신하려는 데에 필요한 관련된 기능을 수행한다. 각 계층은 그 기능들의 세부 내용을 은폐하고 보다 원시적인 기능을 수행하기 위하여 바로 아래에 있는 계층에 의존한다.

OSI 7 Layer

 

1.2  1 계층:물리 계층)

Physical Layer

1.2.1     기능 및 역할

-      인접 장비 간 적용되는 물리적 프로토콜을 의미한다.

-      비트 스트림을 전송 매체를 통해서 전송하는 역할을 한다.

1.2.2     4가지 주요특성

-      기계적: 시스템과 주변장치 사이의 연결을 위한 사항이다.

-      전기적: 신호의 전위 규격과 전위 변화의 타이밍에 관한 사항과 데이터 전송 속도, 통신 거리를 결정한다.

-      기능적: 각 신호에 의미를 부여함으로써, 수행되는 기능을 정의하는 계층이다.

-      절차적: 기능적 특성에 의하여 데이터를 교환하기 위한 절차를 규정한다.

 

1.2.3     주요장비: 리피터, 허브

1.2.3.1      리피터

-      케이블 전송으로 약화된 신호를 초기화, 증폭, 재전송의 기능을 수행한다.

-      리피터와 허브는 상위 계층에서 사용하는MAC 주소나 IP주소를 이해하지 못하고 단지 전기 신호만을 증폭시키는 역할을 한다.

1.2.3.2      허브

-      리피터와 마찬가지로 전기적 신호를 증폭시킨다.

-      LAN 전송거리를 연장시키고 여러 대의 장비를 LAN에 접속할 수 있도록 한다. (멀티 포트 리피터)

-      허브를 사용하면 여러 대의 장비를 연결할 수 있다.

-      LAN에서 주로 사용되는 UTP cable은 최대 전송거리가 100m이다. 이 때, 허브나 리피터를 사용하면 전송거리가 연장된다.

-      허브의 종류에는 Intelligent 허브와 Dummy 허브가 있다.

-      Intelligent허브

       s   네트워크 관리시스템 상에서 모든 데이터를 분석할 수 있을 뿐 아니라 제어도 가능하다. 따라서 멀리 있는 허브의 동작을 감시하고 조정할 수 있다.

       s   허브에 연결된 한 PC에 문제가 발생한다면 문제의 PC가 연결된 포트를 찾아내어 자동으로 Isolation 시킨다.즉, 문제가 계속되는 포트는 방출시켜 버림으로써 나머지 PC는 정상적인 통신이 가능하게 된다.

-      허브는 한 장비에서 전송된 데이터 프레임을 허브에 연결된 모든 장비에 전송한다. (flooding)

-      충돌이 많이 발생하여 하나의 허브에 많은 장비를 연결할 수 없다.

-      허브에 연결된 장비들은 하나의 Collision domain 안에 있다.

1.2.3.3      허브에서의 통신 예시

1)     1번 PC가 데이터를 허브를 통해 전송하면, 허브는 데이터가 들어온 1번 포트를 제외하고 나머지 모든 포트로 그 데이터를 뿌려주게 된다. 따라서 2번부터 5번까지 모든 포트로 데이터가 뿌려지게 된다.

2)     나머지 PC들(3~5번)은 자신에게 온 데이터가 아니란 걸 눈치채고 데이터를 무시해버린다.

3)     2번 PC는 자신에게 온 데이터라는 것을 알기 때문에 이 데이터를 받아들이게 된다.

 

1.3  2 계층:데이터 링크 계층)

Data Link Layer

1.3.1     기능 및 역할

-      MAC Address를 사용하는 계층이다.

   s   Frame의 포맷, Ethernet 동작 방식, 충돌감지 및 재전송 방식 등을 정의한다.

-      물리적인 링크를 통하여 신뢰성 있는 정보를 전송하는 기능이 있다.

   s   Data Link의 부 계층 중 하나로 물리적 매체상에서 흐름 제어와 에러 제어 등의 트래픽 관리에 관여한다.

   s   두 장비 간에 Link를 설정하고 Frame을 송수신하는 방식과 상위 계층 protocol의 종류를 알리는 역할을 한다.

-      데이터 블록(Frame)을 전송한다.

-      동기화, 에러제어, 흐름 제어 기능을 담당한다.

-      인접한 두 시스템을 이어주는 전송 링크상에서 데이터 단위를 안전하게 전송한다.

1.3.2     주요 장비

-      스위치, 브리지

 

1.4    3계층3 계층: Network Layer (네트워크 계층)

1.4.1     기능 및 역할

-      IP주소를 사용하는 계층이다.

-      데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능이 있다.

-      논리적인 주소를 담당하며 경로 선택 및 주소를 정하여 경로에 따라 패킷을 전달해주는 역할을 한다.

-      송신측 노드로부터 여러 네트워크 경로를 거쳐 수신 측 노드까지 안전하게 전송하는 라우팅(Routing) 기능을 가진다.

-      라우팅, 흐름제어, 세그멘테이션, 오류 제어, 인터네트워킹 등을 수행한다.

1.4.2     주요장비: 라우터, L3 Switch

1.4.2.1      라우터

-      라우터는 특정 인터페이스를 통하여 수신한 패킷의 목적지 IP주소를 보고 목적지와 연결된 인터페이스를 통하여 전송할 것을 결정한다.

-      라우터는 경로 결정, 경로에 따른 패킷 전송, 네트워크 보안, QoS [1]등의 기능을 한다.

1.4.2.2      L3 Switch

-      스위치는 멀티캐스트, 브로드캐스트, 목적지를 모르는 유니캐스트를 수신할 경우 수신 포트를 제외한 모든 포트로 Flooding 하지만장비들은 이런 Frame을 모두 차단한다. 즉, 브로드캐스트 전송을 막는다.

-      L3 Switch는 전통적인 라우터 속도의 한계를 극복하고 VLAN 간 고속 라우팅을 위해 사용하는 경우가 많다.

-      동일한 VLAN 포트간에는 스위칭 기능을 제공하고, 서로 다른 VLAN 포트간에는 라우팅 기능을 제공한다.

-      라우터에 비하면 속도가 빠르지만, 장거리 통신망을 연결하는 포트가 없는 것이 많다.

1.4.2.3      라우터 vs L3 Switch

주요 특징	Classical Router	Layer 3 Switch
주요 수행 OSI Layer	Layer3	Layer3
라우팅 수행 방법	Software (CPU + Software)	Hardware (ASIC chip)
지원하는 Layer 2 MAC	Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM, WAN	Fast Ethernet Gigabit Ethernet
Forwarding Performance	Slow (CPU 성능과 가격에 따라 다름)	Fast (near wire speed)
Latency	약 200ms	< 10ms (100 Mbps)
관리 및 Program 가능성	매우 높음	적음
지원 Protocol	All	IP (일부 IPX)
Routing Protocol	All	RIP 1.2 OSPF (일부 DVMRP)
WAN 지원	지원함	지원하지 않음
비용	높음	낮음

 

1.5    4계층4 계층: Transport Layer (전송 계층)

1.5.1     기능 및 역할

-      종단 간 신뢰성 있는 통신 및 투명한 데이터 전송을 제공한다.

-      종단 간 에러 복구와 흐름 제어, 다중화 기능을 담당한다.

-      종단간 통신을 다루는 최하위 계층이다.

-      네트워크를 가로지르는 메시지 단위의 정보교환을 담당한다.

-      안전한 전송을 위하여 송신 측과 수신 측 사이에 논리적 통로를 만들 수 있고, 수신측에서 모든 패킷의 전송과 도착을 검사한다.

-      가장 널리 알려진 전송 계층의 예로 TCP/UDP가 있다.

 

1.6    5계층5 계층: Session layer (세션 계층)

1.6.1     기능 및 역할

-      응용 간의 통신에 대한 제어 구조를 제공한다.

-      응용들 사이의 연결을 확립, 유지, 단절기능 제공한다.

-      네트워크 상에서 통신을 할 경우 양쪽 호스트 간에 최초 연결이 되게 하고 통신 중 연결이 끊어지지 않도록 유지시켜주는 역할을 한다.

-      이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 없애는 역할을 한다.

-      통신하는 사용자들을 동기화하고 오류 복구 명령들을 일괄적으로 다룬다.

 

1.7    6계층6 계층: Presentation layer (표현 계층)

1.7.1     기능 및 역할

-      응용 계층으로부터 넘겨받은 데이터를 세션계층이 다룰 수 있는 형태로 부호화하고 반대로 세션 계층에서 넘겨 받은 데이터를 응용 계층이 이해할 수 있는 형태로 바꾸는 일을 담당한다.

-      데이터 표현(Syntax) 차이를 해결하기 위한 표현 형식의 변환을 한다.

-      암호화, 내용 압축, 형식 변환 등의 기능을 제공한다.

-      보안을 위해 데이터의 암호화와 해독을 수행하고 효율적인 전송을 위해 필요에 따라 압축과 전개를 수행한다.

-      이 계층의 헤드에는 전송되는 데이터의 타입과 매개 변수 및 전송 길이에 대한 정보를 포함한다.

1.8    7계층7 계층: Application layer (응용 계층)

1.8.1     기능 및 역할

-      사용자가 OSI 환경을 이용할 수 있는 서비스를 제공한다.

-      OSI 참조 모형에서 정의된 최상위 계층으로 사용자 네트워크에 접근할 수 있도록 해준다.

-      전자 우편, 원격 파일 접근과 전송, 공유 데이터 베이스 관리 및 여러 종류의 응용 프로그램 서비스를 제공한다.

-      최종 목적지로서 HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP, Telnet 등과 같은 프로토콜이 존재한다.

 

 

 

 

 

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[1] Quality of Service: 다른 응용 프로그램, 사용자, 데이터 흐름 등에 우선순위를 정하여, 데이터 전송에 특정 수준의 성능을 보장하기 위한 능력