[CS Network] OSI 모델

 

안녕하세요 펭귄교수입니다.

저번 시간에 이어 컴퓨터 네트워크 주제에 대해서 이야기해보고자 합니다.

 

컴퓨터 네트워크에서 데이터를 주고받는 과정은 복잡한 절차로 이루어져 있습니다.

이를 이해하기 쉽게 설명하기 위해 OSI 모델이라는 계층 구조가 도입되었습니다. OSI 모델은 데이터를 송수신하는 과정에서 각기 다른 계층이 어떻게 상호작용하는지를 설명해주며, 네트워크 통신의 기본 개념을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

이번 글에서는 OSI 모델의 각 계층과 그 역할에 대해 자세히 알아보겠습니다.

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1. OSI 모델이란?

OSI 모델(Open Systems Interconnection Model)은 국제 표준화 기구(ISO)에서 제정한 네트워크 통신을 위한 7계층 구조의 모델입니다. OSI 모델은 네트워크 통신을 계층별로 나누어 설명하며, 각 계층은 특정 기능을 담당하고 있습니다. 이 모델은 네트워크 기술 간의 상호 운용성을 높이기 위한 목적으로 만들어졌습니다.

 

OSI의 7계층 구조

 

OSI 모델의 가장 큰 장점은 복잡한 네트워크 통신을 7단계로 나누어, 이해하기 쉽게 구조화했다는 점입니다. 각 계층이 특정한 역할을 담당하고, 상하위 계층 간 상호작용을 통해 데이터를 전달합니다.

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2. OSI 7계층 구조

OSI 모델은 7개의 계층으로 구성되어 있으며, 각각의 계층은 특정한 기능을 담당하고 있습니다. 아래에서 각 계층의 역할과 기능을 설명하겠습니다.

2-1. 1계층: 물리 계층 (Physical Layer)

물리 계층은 네트워크 장치 간에 물리적으로 데이터를 전송하는 기능을 담당합니다. 이 계층은 비트(bit) 단위의 데이터를 전송하며, 전송 매체(케이블, 광섬유, 무선 등)를 통해 신호를 주고받습니다.

• 기능: 전기 신호나 빛을 통해 데이터를 물리적으로 전달.
• 장치: 허브, 리피터, 네트워크 케이블, 무선 신호.
• 프로토콜: 이더넷(Physical), Wi-Fi(802.11).

2-2. 2계층: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

데이터 링크 계층은 물리 계층에서 전달된 데이터를 프레임(Frame) 단위로 관리하며, 에러 검출 및 수정을 담당합니다. 이 계층에서는 물리적인 네트워크 연결을 통해 안정적으로 데이터를 전달하는 역할을 합니다.

• 기능: 데이터 프레임화, 에러 검출 및 수정.
• 장치: 스위치, 브리지.
• 프로토콜: 이더넷(Data Link), PPP(Point-to-Point Protocol).

2-3. 3계층: 네트워크 계층 (Network Layer)

네트워크 계층은 데이터를 목적지까지 전달하는 경로를 설정하고, 데이터가 여러 네트워크를 거쳐 목적지에 도착할 수 있도록 라우팅(Routing)을 담당합니다. 또한 이 계층에서는 IP 주소를 사용하여 송신자와 수신자를 식별합니다.

• 기능: 라우팅, 논리적 주소(IP) 할당.
• 장치: 라우터.
• 프로토콜: IP(Internet Protocol), ICMP(Internet Control Message Protocol).

2-4. 4계층: 전송 계층 (Transport Layer)

전송 계층은 데이터를 송신자에서 수신자까지 신뢰성 있게 전달하는 역할을 합니다. 데이터의 전송이 완료되었는지 확인하고, 데이터의 손실이 발생하면 재전송을 요청하는 기능을 담당합니다. 전송 계층에서는 TCP와 UDP 프로토콜을 주로 사용합니다.

• 기능: 신뢰성 있는 데이터 전송(TCP), 데이터 흐름 제어, 에러 검출.
• 장치: 방화벽.
• 프로토콜: TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Datagram Protocol).

2-5. 5계층: 세션 계층 (Session Layer)

세션 계층은 통신하는 두 장치 간의 세션(Session)을 설정, 유지, 종료하는 역할을 합니다. 세션 계층은 네트워크 상에서 발생하는 여러 연결을 효율적으로 관리하며, 데이터 교환이 이루어지는 동안 세션을 유지합니다.

• 기능: 세션 관리, 데이터 교환 제어.
• 프로토콜: NetBIOS, PPTP(Point-to-Point Tunneling Protocol).

2-6. 6계층: 표현 계층 (Presentation Layer)

표현 계층은 데이터의 형식을 변환하고 암호화하는 역할을 합니다. 수신된 데이터를 응용 계층에서 이해할 수 있는 형태로 변환하거나, 송신 데이터를 전송하기에 적합한 형태로 인코딩합니다. 암호화와 복호화도 이 계층에서 이루어집니다.

• 기능: 데이터 인코딩/디코딩, 암호화/복호화.
• 프로토콜: SSL(Secure Socket Layer), TLS(Transport Layer Security).

2-7. 7계층: 응용 계층 (Application Layer)

응용 계층은 네트워크 서비스와 최종 사용자 간의 인터페이스를 제공하는 계층입니다. 이 계층에서는 사용자가 직접적으로 상호작용하는 소프트웨어가 동작하며, 웹 브라우저, 이메일 클라이언트, 파일 전송 애플리케이션 등이 이 계층에 속합니다.

• 기능: 사용자 인터페이스 제공, 네트워크 애플리케이션 제공.
• 프로토콜: HTTP, FTP, SMTP, DNS.

 

만약 정보처리기사 등을 위해 암기가 필요하다면 다음과 같이 암기를 해보세요.

1계층부터 7계층까지,

 

물데네전세표응

물리적 데이터 네트워크 전송 세션 표현 응용,

 

물리(전압 등)적인 걸 데이터(01001...)화를 하고,

이를 네트워크 시스템을 통해 전송하는데 세션으로 표현하면 응용할 수 있다.

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3. OSI 모델의 중요성

OSI 모델은 네트워크 통신을 이해하는 데 중요한 틀을 제공합니다. 각 계층이 고유한 역할을 맡아 서로 독립적으로 작동함으로써 네트워크의 복잡성을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 특정 계층에서 문제가 발생하면 해당 계층만을 집중적으로 디버깅하면 됩니다.

OSI 모델의 주요 이점

• 표준화: OSI 모델은 네트워크 기술을 표준화하여 다양한 장비와 기술이 호환될 수 있도록 돕습니다.
• 문제 해결: 네트워크 문제 발생 시, 어느 계층에서 문제가 있는지 쉽게 파악할 수 있습니다.
• 기술 발전: 각 계층이 독립적이기 때문에, 새로운 기술이 도입되더라도 다른 계층에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다.

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4. OSI 모델과 TCP/IP 모델 비교

많은 사람들이 TCP/IP 모델을 OSI 모델과 혼동하는 경우가 있습니다. TCP/IP 모델은 인터넷의 기반이 되는 네트워크 모델로, OSI 모델과는 다소 차이가 있습니다.

주요 차이점

• 계층 수: OSI 모델은 7계층으로 구성되어 있지만, TCP/IP 모델은 4계층으로 구성됩니다.
• 용도: OSI 모델은 이론적 모델이며, TCP/IP 모델은 실제로 네트워크 통신에서 사용되는 프로토콜 스택입니다.
• 응용: OSI 모델은 네트워크 프로토콜을 표준화하기 위한 틀을 제공하지만, TCP/IP 모델은 실제 네트워크 통신에서 사용되는 프로토콜 기반의 모델입니다.

TCP/IP 계층 구조

1. 네트워크 인터페이스 계층
2. 인터넷 계층
3. 전송 계층
4. 응용 계층

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마무리

이번 글에서는 OSI 모델의 7계층 구조와 각 계층의 역할에 대해 알아보았습니다.

OSI 모델은 네트워크 통신을 이해하고 관리하는 데 중요한 틀을 제공하며, 네트워크 엔지니어와 개발자들이 네트워크 문제를 해결하는 데 매우 유용한 개념입니다. 네트워크의 복잡한 동작을 보다 쉽게 이해할 수 있는 OSI 모델은 컴퓨터 네트워크의 기초를 확실히 다지는 데 큰 도움을 줍니다.

 

다음 글에서는 TCP/IP 모델에 대해 자세히 살펴보겠습니다.