OSI 7 Layer

▷ OSI 참조모델의 기본 개념

OSI는 Open Systems Interconnection의 약어로 개방형 시스템간 상호 접속이라는 뜻을 지닌다. 기본 네트웍으로 구성된 컴퓨터가 어떻게 데이터를 전송할 것인가에 대한 표준규약 또는 참조모델이다. 주된개념은 통신네트웍으로 구성된 두개의 종단이용자 간에 통신처리를 각 계층이 가지고 있는 특별한 기능을 가지고 계층별로 나눌 수 있도록 하는 것이다.

 

▷ OSI 참조모델 등장배경

OSI모델 이전에는 독자적인 컴퓨터 구조가 주류를 이루었다. 그때에는 컴퓨터 네트워크의 설치에 관심이 있는 조직이 IBM, DEC, HP, Honeywell, Sperry, Burroughs(현 Unisys) 와 같이 이미 나와 있는 것들을 검토하여 선택했다. 그러한 회사들은 각기 자체의 독자적 구조를 가지고 있었기 때문에 서로 다른 업체의 네트워크를 서로 연결하는 것은 거의 불가능했다. 특정업체의 장비를 사기로 결정하고 나면 조직은 사실상 그 업체에 고정되었다.

OSI 참조모델은 개방적 시스템의 개발 및 서로 다른 통신 시스템들을 비교하는 척도로 사용할 수 있는 표준을 지정하기 위해 1978년에 국제표준화기구(ISO) 가 개발했다. OSI체제와 사양에 따라 설계된 네트워크시스템들은 같은 언어를 사용한다 . 즉, 그것들은 비슷하거나 호환되는 통신방법을 사용한다. 이러한 형태의 네트워크 시스템은 서로 다른 업체의 시스템들이 상호 운용 할 수 있게 해준다.

 

▷ 네트워크계층화

각 계층은 잘 정의된 기능을 수행할 수 있도록 정의될 수 있다. 구현의 세부사항을 해당 계층에서 수행되는 기능과 독립적으로 취급할 수 있다는 것이다. 계층의 기능을 격리시키면, 다른 프로토콜 계층에 대한 영향을 최소화하면서 프토토콜 계층의 구현을 변경할 수 있다. 계층화를 사용하지 않을 경우, 네트워크 응용프로그램은 통신프로토콜과 네트워크하드웨어에 달려있다. 이들 구성요소, 즉 응용프로그램, 통신프로토콜,네트워크하드웨어 중 어느 하나를 변경했다면 다른 구성요소도 크게 변경해야 할 것이다. 일정한 형태의 계층을 사용하여 이러한 기능들을 격리시키지 않으면 구성요소들의 구현이 아주 복잡해 질 것이다. 어느 한 구성요소를 변경하면 다른 구성 요소들이 복잡하고 잘 드러나지 않게 변할 것이며 그에 대응하기 위해 다른 구성요소들을 변경해야 한다.

계층은 다섯가지 원리를 적용하여 정의했으며 다음과 같은 것을 포함한다

1. 계층은 서로 다른 추상 수준이 필요할 때에만 만들어져야 한다

2. 각 계층은 잘 정의된 기능을 제공해야 한다.

3. 각 계층의 기능은 국제적으로 표준화 된 프로토콜을 정의하도록 선택해야한다.

4. 계층의 경계는 계층 인터페이스 사이의 정보 흐름을 최소화하도록 선택해야 한다

5. 서로 다른 기능은 별도의 계층에 정의해야 하지만, 계층 수는 구조가 다루기 힘들게 되지 않을 정도로 적어야 한다.

이들 5가지 원리를 적용하여 각 계층이 주요 기능 중 하나만을 수행하고 바로 아래 계층의 서비스에 의존하는 이상적 모델을 만든다.

 

▷ OSI 각 계층의 역할

OSI 7계층은 하위계층과 상위계층으로 분류 할 수 있다. 3개의 하위계층은 서브넷(네트워크모델의 일부)을 구성하며 3개의 상위계층은 대개 노드의 네트워킹소프트웨어에서 구현된다. 또한 중간의 운반계층은 주로 노드에서 구현된다.

[Lower Layer] 내장되어있는 SW

§ 물리계층 (Physical Layer)

데이터 링크 계층과 전송 매체와의 인터페이스 부분으로, 데이터 링크 계층에서 데이터를 요구하면 전송 매체를 이용하여 데이터를 송수신하는 역할을 한다. 물리적 매체에서의 전기적, 기계적, 물리적인 조건을 관리하고 비트열의 전송을 담당한다. 이 계층은 전송하거나 받아야하는 데이터의 구조를 알 수 없다.

 

데이터 전송에 필요한 장치 간의 실제 연결(5V, 2.5V)

기계적, 전기적, 기능적 규칙을 정의

기계적 : 시스템과 주변장치 사이의 연결

전기적 : 신호의 전위 규격과 변화의 타이밍에 대해 데이터 전송속도와 통신거리 결정

기능적 : 각 신호에 의미를 부여하여 수행되는 기능을 정의

절차적 : 기능적 특성에 의해 데이터를 교환하기 위한 절차를 규정

전기신호, 전파의 전송

장치의 물리적 연결

 

- 전송 단위 : 비트

- 장비 : 케이블, 리피터, 허브

 

§ 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)  - NIC

물리 계층이 제공하는 비트열 전송 기능을 이용하여 데이터를 송수신하는 역할을 한다. 전송오류를 처리하는 최초의 계층으로, 상위 계층인 네트워크 계층에 오류 없는 데이터를 제공하며 데이터를 프레임으로 만들어서 전송한다.

 

흐름제어, 오류제어

장치간 논리적 연결

변환, MAC 경로 지정

프레임 동기화

 

- 장비 : 브리지, 스위치

( Bridge는 소프트웨어에 의존적, Switch는 하드웨어적으로 구현)

- 프로토콜 : Ethernet, token ring, HDLC, PPP, SLIP, ATM, Frame Relay, ...

- 주소 : MAC (Ethernet에서 사용하는 주소 체계)

- 전송 단위 : 프레임 ( LAN에서 보면 프레임은 토큰 링 또는 이더넷프레임, FDDI프레임 또는 또 다른 형태의 형태를 가질 수 있다. 또한 WAN링크에서보면 SLIP, PPP, X.25, ATM셀프레임이나 또 다른 WAN유형프레임이 해당 할 수 있다.)

 

시작 지시기

목적지 주소

출발지 주소

제어 정보

데이터

오류 제어

 

 § 네트워크 계층 (Network Layer)

데이터 링크 계층의 기능을 이용하여 컴퓨터와 터미널 등의 송신노드에서 수신노드로 투명한 데이터 전송을 위해 통신망사이의 경로를 선택하거나 중계하는 역할을 한다.

 

IP설정, DNS

시스템간의 연결과 경로 선택(Routing)

 

- 전송 단위 : Datagram / Packet

- 장비 : Router, L3 Switch

- 프로토콜 : IP, ICMP, ARP, RARP, ... GARP, InARP.. (Rounted Protocol)  
                  RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, ISIS, BGP (Routing Protocol)

 

§ 전송 계층 (Transport Layer)

통신에 적합한 데이터 통신망의 양단에서 시스템 간에 확실한 데이터 전송을 보장하는 역할을 한다. 하위계층에서 제공한 오류제어메커니즘을 바탕으로 신뢰할 수 있는 데이터 전달과 말단 장치간 데이터 무결성을 보장하도록 돕는다. 이 계층은 오류 복구의 마지막 기회이기도 하다. 운반계층은 같은 네트워크연결에 걸쳐 여러 논리적 연결을 반드는 책임을 질 수 있는데, 이 과정을 다중화(Multiplexing)라 한다. 연결 확립 지연, 처리량, 전달 지연, 우선 순위 등의 매개 변수를 이용해서 사용자가 요구하는 서비스의 기능을 향상시킨다.

 

Port 설정

하위계층의 데이터 신뢰성 제공

오류제어, 흐름제어

 

- 프로토콜 : TCP(Connection-oriented, Stateful), UDP(Connectionless, Stateless)
- 주소 : PORT

- 전송 단위 : 메시지 / Segment

 

 

[Upper Layer] 유저가 이용하는 SW, 네트워크를 제공하는 SW

§ 세션 계층(Session Layer)

세션 접속을 설정하고 데이터 제어를 실행하여 전송 제어 기능을 표현 계층으로 제공하는 역할을 한다. 전이중 전송을 기본으로 하며 상위 계층의 요구에 따라 반이중 접속 방식을 사용할 수 있도록 하는 회화(Dialogue) 기능이 있다.

 

두 시스템의 프로세스 간 논리적 연결 (가상 채널 연결)

세션 접속의 동기화, 확립 및 관리, 흐름제어

 

- 전송 단위 : 메시지

- 프로토콜 : NetBIOS (윈도우에서 제공하는 프로토콜, 공유폴더, 공유프린터)
    SSL(Secure Socket Layer) -(표준화)-> TLS(Transport Layer Security) - 암호화 통신을 위한 프로토콜 (SSL v3 == TLS) ...

§ 표현 계층 (Presentation Layer)

양쪽의 프로세스가 공통의 데이터 구조로 송수신하기 위해 데이터 구조를 관리하고 변화하는 역할을 한다. 다시말해, 데이터가 표시되는 방법을 관리하는 계층이다. 사용되는 모든 노드가 공통의 언어를 이해하면 데이터 표시에서의 오인을 없앨 수 있다.

정보의 안정성을 높이기 위해 암호화나 압축 등을 실행하며 구문(Syntax)에 대해서도 수정할 수 있다.

- 전송 단위 : 메시지

- 기능 : Encoding/Decoding 문자->코드->문자(Unicode), File Format, 압축, 암호화, ...

§ 응용 계층 (Application Layer)

응용 프로세스에게 직접 서비스를 제공하는 유일한 계층으로 사용자가 OSI 환경을 이용할 수있도록 지원하는 역할을 한다. 정보 처리를 실행하는 응용 프로그램의 인터페이스(API)와 통신을 실행하기 위해 기본적인 응용 기능을 제공한다.

통신 상대의 식별과 인정, 이용하는 자원의 적정량의 결정, 통신 승인, 서비스 품질의결정

- 전송 단위 : 메시지

- 프로토콜 : FTP, Telnet, SMTP, HTTP, NNTP, SNMP등.

UPPER	7 응용 계층    (Application Layer)	사용자의 OSI 환경 이용 지원  통신 상대의 식별과 인정 자원의 적절한 양 결정	Message		Telnet, SMTP,  HTTP, NNTP,  SNMP
	6 표현 계층   (Presentation Layer)	인코딩 / 디코딩 파일포맷, 압축, 암호화	Message
	5 세션 계층   (Session Layer)	프로세스 간 논리적 연결 가상 채널 연결 세션접속 동기화, 흐름제어	Message		NetBIOS,  SSL, TLS
LOWER	4 전송 계층   (Transport Layer)	Port 설정 데이터 신뢰성 제공 오류제어, 흐름제어	Message  Segment	Port	TCP, UDP
	3 네트워크 계층   (Network Layer)	IP 설정, DNS 시스템 간 연결과 경로선택	Datagram  Packet	IP	IP, ICMP, ARP, RARP, ... GARP, InARP.. (Rounted Protocol)   RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, ISIS, BGP (Routing Protocol)	Router,  L3 Switch
	2 데이터 링크 계층   (Data Link Layer)	전송오류 처리, 오류제어 장치의 논리적 연결 MAC 경로 지정 프레임 동기화	Frame	MAC	Ethernet,  Token Ring,  HDLC, PPP,  SLIP, ATM,  Frame Relay,	Bridge(SW 의존적) Switch(HW 의존적)
	1 물리계층 (Physical Layer)	전송 매체와의 인터페이스 전기신호, 전파의 전송 장치의 물리적 연결	Bit			Cable,  Repeater, Hub