OSI 7계층

OSI 7계층이란?

ISO (국제표준화기구)에서 네트워크 통신 과정을 7단계로 정의한 국제통신표준규약

 

OSI 7계층 존재 이유?

여러 계층으로 분할한 이유는 통신이 일어나는 과정에서 단계별로 알 수 있고 문제 발생 시 해당 단계만 수정하면 되기 때문

 

1계층 (Physical - 물리)

• 데이터를 전기 신호로 바꿔주는 계층
• 데이터 송수신 역할을 담당
• 단위 : bit
• 장비 : 케이블, 허브, 리피터 

2계층 (DataLink - 데이터 링크)

• 신뢰성 있는 전송을 위해 에러 검출, 흐름 제어를 담당 / 데이터의 물리적인 전송
• 송/수신을 확인, MAC Address로 통신(브릿지, 스위치)
• 단위 : frame
• ex) 이더넷
• 프로토콜 : MAC, LAN 등

3계층 (Network - 네트워크)

• IP 기반으로 데이터(패킷) 전송 경로 설정(라우팅)
• IP를 지정하고 라우터로 경로를 선택해 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 계층
• 단위 : packet
• ex) router
• 프로토콜 : IP, ICMP 

4계층 (Transport - 전송)

• 종단 간 사용자들에게 신뢰성 있는 데이터를 전달하는 계층
• 패킷 재전송, 에러 복구, 흐름 제어 등
• 단위 : segment
• 프로토콜 : TCP / UDP

5계층 (Session - 세션)

• 통신 시스템 사용자 간의 연결을 유지 및 설정
• 데이터가 통신하기 위한 논리적 연결을 담당 / 세션을 생성해 통신
• 포트번호를 기반으로 통신 세션을 구성, 동기화 제공, 데이터 교환, 에러 복구 
• 전송 계층과 표현 계층 사이에서 데이터를 주고받음
• ex) API, Socket
• 프로토콜 : SSH, TLS

6계층 (Presentation - 표현)

• 데이터 형식(Format)을 정의하는 계층 (코드 간의 번역을 담당)
• 데이터의 압축 or 변환이 이뤄지는 계층
• 프로토콜 : JPEG, MPEG

7계층 (Application - 응용)

• 사용자에게 통신을 위한 서비스 제공, 인터페이스 역할
• 응용 프로그램과 연관해 서비스를 수행하는 계층
• 프로토콜 : HTTP, FTP, DNS 

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OSI 7계층 vs TCP/IP 4계층

OSI 7계층과 TCP/IP 4계층

 

TCP/IP 계층

TCP/IP 계층은 실제 인터넷에서 사용되는 통신 프로토콜의 집합 

 

링크 계층

• 물리적인 계층, 실질적으로 데이터를 전달하고 장치 간 신호를 주고받는 규칙이 정해진 계층 
• LAN, WAN, MAN과 같은 네트워크 표준과 관련된 프로토콜을 정의하는 영역

인터넷 계층

• 데이터 경로 설정
• 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하기 위한 계층

전송 계층

• 데이터의 실제 송수신

애플리케이션 계층

• 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층
• 서비스를 실질적으로 사용자에게 제공 

 

 

OSI 7계층은 네트워크 통신 시 발생 문제 해결을 위한 ISO 표준 네트워크 계층 모델

TCP/IP 계층은 상호 연결된 네트워크를 통해 정보를 전송하는 프로토콜의 집합으로 De facto 표준 모델

 

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Q1. 전송 계층과 데이터 링크 계층 모두 신뢰성 관련 기능을 제공하는데 어떤 차이가 있는가?

전송 계층은 논리적으로 연결된 종단간(end-to-end)의 호스트에 신뢰성 관련 기능(흐름 제어, 혼잡 제어, 오류 제어)를 제공

데이터 링크 계층은 물리적으로 연결된 호스트 사이의 전송으로 호스트-노드 or 노드-노드 간의 신뢰성 관련 기능(오류 제어, 흐름 제어, 회선 제어)를 제공

 

즉, 전송 계층은 논리적인 오류에 대해 처리하고 데이터 링크 계층은 물리적인 오류에 대한 처리를 담당

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Q2. 전송 계층에서 데이터 분실 확인 방법

전송 계층에서는 데이터를 패킷 단위로 쪼개어 같은 목적지로 전송 

패킷에 각각 번호를 부여해 목적지에서 패킷을 재조립하여 패킷의 분실 여부를 확인

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Q3. 전송 계층이 제공하는 신뢰성 관련 기능 중 , 흐름 제어 

송신측과 수신측의 데이터 처리 속도를 조절하여 수신측의 버퍼 오버플로우를 방지하고 안정적인 데이터 전송

흐름 제어 기법으로는 슬라이딩 윈도우 사용

 

흐름 제어 기법 - 윈도우 슬라이딩

1. 송신측은 윈도우 크기만큼 패킷을 전송
2. 수신측은 받은 패킷에 대한 ACK 신호를 송신측에 보냄
3. 송신측은 ACK 신호 받으면 윈도우를 오른쪽으로 슬라이딩하여 다음 패킷들을 전송
4. 만약 수신측이 특정 패킷 못받았거나 처리 못할 경우, ACK 신호를 보내지 않거나 윈도우 크기를 줄여 송신측의 전송 속도를 조절 

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Q4. 전송 계층이 제공하는 신뢰성 관련 기능 중, 오류 제어 (재전송 프로토콜)

오류 제어 : 패킷이 손상되거나 손실된 경우, 재전송을 통해 오류를 복구할 수 있는 방법으로 재전송 프로토콜이라고도 부름

 

주요 재전송 프로토콜

 

1. Stop and Wait

• ACK 신호를 받을 때까지 기다리다가 신호를 받으면 다음 데이터를 전송하는 방법
• 간단하지만 전송 효율이 낮음

Stop and Wait

 

2. Go-Back-N

• 연속적으로 데이터를 보내다가 오류가 발생한 지점부터 재전송하는 프로토콜
• 성공적으로 전송된 데이터까지 재전송하기 때문에 조금 비효율적인 측면 존재

Go-Back-N

 

3. Selective Repeat(SR)

• 연속적으로 데이터를 보내다가 오류 발생 시 오류가 발생한 데이터만 재전송
• Go-Back-N에 비해 효율적 but 수신측에서 별도의 버퍼를 사용하여 데이터 관리