1. OSI 7계층의 소개
OSI(Open Systems Interconnection) 7계층은 네트워크 통신에서의 프로토콜과 서비스를 분류하고 정의하는 국제 표준 모델이다. 이 모델은 네트워크 통신이 일어나는 과정을 7개의 계층으로 나누어 관리하고, 각 계층이 독립적으로 기능하도록 설계되었다.
각 계층은 서로에게 의존하면서 데이터를 전송하고 통신을 수행한다. 이러한 계층 구조를 통해 네트워크의 복잡성을 줄이고, 통신의 효율성과 안정성을 강화할 수 있다. 각 계층은 하위 계층에서 발생하는 기능과 프로토콜에 대한 추상화를 제공하며, 동시에 상위 계층에게는 응용 서비스를 제공받을 수 있는 인터페이스를 제공한다.
OSI 7계층의 구조는 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층으로 구성되어 있으며, 각 계층의 역할과 기능은 다양한 네트워크 통신 환경에서 일관성 있게 유지되고 있다. 개별 계층을 효율적으로 관리하고 적절하게 구성함으로써 다양한 네트워크 환경에서 신뢰성 높은 통신을 구축할 수 있다.
2. 물리 계층
물리 계층은 OSI 7계층에서 가장 하위에 위치한 계층으로, 네트워크의 전기적, 기계적, 기능적인 측면에서 실제 데이터 전송을 관리한다. 이 계층은 데이터 비트를 전송하기 위한 신호로 변환하고, 물리적 매체를 통해 전송하는 역할을 수행한다.
물리 계층은 주로 케이블, 허브, 중계기 등과 같은 하드웨어 장치와 통신한다. 이 계층에서 장치 간의 연결과 전송 방식, 전기 신호의 전송 속도 등의 물리적인 특성을 정의한다. 전기적인 신호를 전송하여 데이터의 전송을 실제로 이루어지게 하며, 데이터를 전송할 수 있는 물리 매체를 사용한다.
물리 계층에서는 데이터를 전송하기 위한 물리적인 특성을 정의하고, 비트를 전류나 전압과 같은 전기적인 신호로 변환한다. 또한, 신호의 전송 속도, 케이블의 종류, 연결 방식 등에 대한 표준을 정의한다. 이러한 물리 계층의 표준화는 서로 다른 물리 매체를 사용하는 네트워크 간의 상호 운용성을 보장하고, 데이터 전송의 신뢰성과 안정성을 확보하는 역할을 한다.
즉, 물리 계층은 데이터의 물리적인 전송을 담당하며, 이를 통해 상위 계층으로 데이터를 전송하는 기반을 제공한다. 이러한 물리 계층의 기능과 특성을 바탕으로 상위 계층인 데이터 링크 계층이 데이터의 전송을 관리하고, 네트워크의 효율적인 운영이 이루어진다.
3. 데이터 링크 계층
데이터 링크 계층은 OSI 7계층에서 두 번째에 위치한 계층으로, 물리 계층으로부터 전송된 데이터를 관리하고, 에러 감지와 수정을 수행하여 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다. 이 계층은 노드 간의 직접적인 통신을 제공하는 역할을 수행한다.
데이터 링크 계층은 프레임(Frame)이라는 단위로 데이터를 나누고, 각 프레임에 대한 에러 체크 및 흐름 제어를 수행한다. 또한, 물리 계층에서 전달된 비트들을 그룹화하여 데이터 링크 프레임을 형성하고, 목적지 주소와 오류 감지 코드 등의 제어 정보를 프레임 헤더에 포함시킨다.
데이터 링크 계층은 동일한 네트워크에 속한 노드 간의 직접적인 통신을 위해 MAC(Media Access Control) 주소를 사용하여 개별 노드를 식별한다. 이를 통해 데이터의 정확한 목적지를 판별하고, 충돌을 방지하기 위한 충돌 감지 기능도 제공한다.
데이터 링크 계층은 전송되는 프레임들에 대한 오류 체크를 수행하여 에러가 발생한 프레임은 재전송을 요청하거나 에러를 수정하여 상위 계층에 정확한 데이터를 전달한다. 또한, 흐름 제어와 오류 제어 기법을 통해 데이터의 손실이나 중복 전송을 방지하고, 네트워크의 효율성을 향상시킨다.
데이터 링크 계층은 네트워크의 하부 계층인 물리 계층과 상위 계층인 네트워크 계층 사이에서 데이터의 안정적인 전송을 담당한다. 이를 바탕으로 네트워크의 신뢰성과 효율성이 향상되며, 상위 계층인 네트워크 계층으로 데이터가 전송되어 다양한 네트워크 서비스가 제공된다.
4. 네트워크 계층
네트워크 계층은 OSI 7계층에서 세 번째에 위치한 계층으로, 패킷(Packet) 단위의 데이터를 송신자에서 수신자로 전달하는 역할을 수행한다. 이 계층은 다양한 네트워크들 사이에서 경로 선택 및 전송 제어를 담당하여 데이터의 원활한 전송을 보장한다.
네트워크 계층은 IP(Internet Protocol) 프로토콜을 기반으로 동작하며, IP 주소를 사용하여 각각의 노드를 식별한다. 또한, 패킷의 출발지와 목적지 주소를 인식하고, 패킷을 목적지로 전송하기 위한 최적의 경로를 선택한다.
네트워크 계층은 라우팅(Routing)을 담당하여 패킷의 경로를 결정하는 역할을 수행한다. 이를 위해 라우팅 테이블을 사용하여 목적지로 가는 가장 효율적인 경로를 찾아내고, 패킷을 해당 경로로 전송한다. 또한, 네트워크 계층은 패킷의 조각화(Fragmentation)와 재조립(Reassembly)을 수행하여 큰 크기의 데이터를 작은 단위의 패킷으로 분리할 수 있으며, 이를 다시 원래의 크기로 조립할 수 있다.
네트워크 계층은 데이터의 안정적이고 효율적인 전송을 위해 흐름 제어, 오류 제어, 혼잡 제어 등의 기능도 제공한다. 또한, 다양한 네트워크 간의 상호 연결성을 보장하기 위해 라우터(Router)와 같은 중계 장치를 사용하여 데이터의 전달을 중개한다.
네트워크 계층은 IP 기반의 네트워크에서 중요한 역할을 수행하며, 데이터의 안정적이고 효율적인 전송을 보장한다. 이를 통해 다양한 네트워크 간의 통신이 이루어지고, 전 세계적인 인터넷과 같은 대규모 네트워크가 구현된다.
5. 전송 계층
전송 계층은 OSI 7계층에서 네 번째에 위치한 계층으로, 송신자와 수신자 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당한다. 이 계층은 종단 간(End-to-End) 통신을 위한 연결 지향적인 서비스를 제공하며, 데이터의 분할 및 조립, 흐름 제어, 오류 제어 및 재전송을 수행한다.
전송 계층은 주로 TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol) 프로토콜을 사용하여 동작한다. TCP는 신뢰성 있는 연결 지향적인 전송을 제공하며, 데이터의 순서 보장 및 오류 복구 기능을 제공한다. UDP는 비연결 지향적인 전송을 제공하며, 데이터의 신속한 전송을 목표로 한다.
전송 계층은 데이터를 세그먼트(Segment) 또는 데이터그램(Datagram) 단위로 분할하여 목적지로 전송한다. 이 때, 각 세그먼트 또는 데이터그램에는 송신자와 수신자의 포트 번호가 포함되어 해당 프로세스를 식별한다. 또한, 전송 계층은 데이터의 순서를 보장하기 위해 순서 번호를 부여하고, 오류 감지 및 복구를 위한 확인응답(ACK) 메커니즘을 사용한다.
전송 계층은 흐름 제어와 혼잡 제어를 통해 데이터의 손실이나 네트워크 혼잡을 방지하고, 효율적인 전송을 위한 메커니즘을 제공한다. 흐름 제어는 데이터 송신의 속도를 조절하여 수신 측의 버퍼 오버플로우를 방지하고, 혼잡 제어는 네트워크의 혼잡 상태를 감지하고 적절한 대응을 수행하여 전송의 안정성을 확보한다.
전송 계층은 네트워크 계층으로부터 받은 데이터를 최종 목적지인 수신자의 프로세스에 전달하는 역할을 수행한다. 이를 통해 종단 간의 안정적인 데이터 통신이 이루어지며, 애플리케이션 및 사용자 간에 신뢰성 있는 데이터 전송이 이루어진다.
6. 세션 계층
세션 계층은 OSI 7계층에서 다섯 번째에 위치한 계층으로, 통신 장치 간의 세션(Session)을 설정 및 관리하는 역할을 담당한다. 이 계층은 송신자와 수신자 간의 대화를 관리하고, 세션의 설정, 유지 및 종료를 조정하여 데이터의 신뢰성과 효율성을 보장한다.
세션 계층은 프로세스 간의 대화를 기반으로하는 포트 간의 연결을 설정한다. 이 때, 세션 계층은 송신자와 수신자 간의 세션 식별자를 생성하여 세션을 구분하고, 세션을 생성하고 통신을 시작하는 쪽을 세션 초기화자(Initiator)로 지정한다. 또한, 세션 계층은 세션의 동기화와 데이터의 동기화를 담당하여 송신자와 수신자 간의 일관된 상태를 유지한다.
세션 계층은 세션의 설정, 유지 및 종료를 위해 다양한 프로토콜을 사용한다. 예를 들어, 세션 계층은 세션 초기화를 위해 초기화 프로토콜을 사용하고, 세션 종료를 위해 종료 프로토콜을 사용한다. 또한, 세션 계층은 세션 동기화를 위해 동기화 프로토콜을 사용하여 데이터의 일관성을 유지한다.
세션 계층은 데이터의 신뢰성과 보안을 보장하기 위해 암호화 및 복호화 기능을 제공한다. 이를 통해 데이터의 안전한 전송이 가능하며, 인증과 권한 부여와 같은 보안 기능도 제공된다. 또한, 세션 계층은 연결의 안정성을 유지하기 위해 오류 복구 및 재시도 메커니즘을 구현할 수 있다.
세션 계층은 응용 계층에서 요구하는 세션 서비스를 제공하여 데이터의 안정적이고 신뢰성 있는 전송을 보장한다. 이를 통해 사용자 및 애플리케이션 간의 원활한 대화를 지원하고, 효율적이고 안전한 데이터 통신을 가능하게 한다.
7. 표현 계층
표현 계층은 OSI 7계층에서 여섯 번째에 위치한 계층으로, 데이터의 형식을 변환하고 응용 계층에서 사용하기 적합한 형태로 데이터를 표현하는 역할을 담당한다. 이 계층은 데이터의 압축, 암호화, 인코딩 및 형식 변환과 같은 기능을 수행하여 데이터의 안전성과 호환성을 보장한다.
표현 계층은 응용 계층으로부터 전송된 데이터를 이해할 수 있도록 변환하는 역할을 수행한다. 이를 위해 표현 계층은 데이터의 구조와 형식을 정의하고, 데이터를 압축하여 전송 효율을 향상시키거나, 암호화하여 데이터의 안전성을 보장한다. 또한, 표현 계층은 서로 다른 시스템 간의 데이터 호환성을 위해 데이터의 인코딩과 디코딩을 수행한다.
표현 계층은 다양한 형식의 데이터를 처리할 수 있도록 여러 가지 프로토콜과 알고리즘을 제공한다. 예를 들어, 표현 계층은 이미지, 텍스트, 오디오 및 비디오와 같은 다양한 유형의 데이터를 처리할 수 있는 프로토콜과 압축 알고리즘을 제공한다. 또한, 표현 계층은 데이터의 형식 변환을 통해 다른 시스템 간의 상호 운용성을 제공한다.
표현 계층은 데이터의 암호화를 통해 보안을 강화한다. 이를 통해 데이터의 기밀성을 유지하고 불법적인 열람이나 변경을 방지한다. 표현 계층은 암호화 알고리즘을 사용하여 데이터를 암호화하고, 수신자 측에서는 복호화를 통해 원래의 데이터를 복원할 수 있다.
표현 계층은 응용 계층에 데이터를 제공하는 역할을 수행한다. 이를 통해 응용 프로그램은 표현 계층을 통해 수신한 데이터를 적절하게 처리하고 사용할 수 있다. 또한, 표현 계층은 세션 계층과 함께 작동하여 데이터의 안전한 전송과 호환성을 확보한다.
8. 응용 계층
응용 계층은 OSI 7계층에서 일곱 번째에 위치한 계층으로, 최종 사용자가 직접 상호작용하는 애플리케이션과 네트워크 간의 인터페이스 역할을 담당한다. 이 계층은 사용자에게 다양한 서비스를 제공하며, 네트워크 상에서 응용 프로그램들이 효율적으로 통신할 수 있도록 한다.
응용 계층은 최종 사용자의 요구에 맞게 다양한 응용 프로그램을 지원한다. 이를 통해 사용자는 이메일, 웹 브라우징, 파일 전송, 동영상 스트리밍 등과 같은 다양한 서비스를 이용할 수 있다. 응용 계층은 이러한 서비스를 제공하기 위해 여러 프로토콜과 애플리케이션을 지원한다.
응용 계층은 네트워크의 상위 계층인 표현, 세션 및 트랜스포트 계층과 상호작용하여 데이터의 전송 및 수신을 관리한다. 응용 계층은 데이터를 다른 계층으로 전달하고, 수신된 데이터를 애플리케이션에 제공하는 역할을 수행한다. 또한, 응용 계층은 데이터의 에러 체크 및 복구, 프로토콜 간의 인증 및 권한 부여 등과 같은 기능을 담당한다.
응용 계층은 사용자 인터페이스를 제공하고 데이터의 형식을 관리한다. 이를 통해 사용자는 네트워크 상에서 애플리케이션을 사용할 수 있으며, 데이터의 표시 방법이나 입력 방법을 설정할 수 있다. 응용 계층은 사용자와 애플리케이션 간의 상호작용을 원활하게 도와준다.
응용 계층은 네트워크 상에서의 응용 프로그램 간의 통신을 지원하기 위해 다양한 프로토콜을 사용한다. 예를 들어, HTTP(Hypertext Transfer Protocol), FTP(File Transfer Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), DNS(Domain Name System) 등과 같은 프로토콜이 응용 계층에서 사용된다. 이러한 프로토콜은 데이터의 전송 및 요청에 대한 규칙과 형식을 정의하여 응용 프로그램 간의 상호운용성을 제공한다.
응용 계층은 사용자에게 네트워크의 기능을 쉽게 이용할 수 있는 인터페이스를 제공한다. 이를 통해 사용자는 응용 프로그램을 통해 네트워크 서비스를 이용할 수 있으며, 네트워크의 기능을 쉽고 편리하게 활용할 수 있다. 응용 계층은 사용자 경험을 개선하기 위해 다양한 기능과 서비스를 제공한다.