OSI 모형
1. 개요
OSI 모형(Open Systems Interconnection Reference Model)은 국제표준화기구(ISO)에서 개발한 모델로, 컴퓨터 네트워크 프로토콜 디자인과 통신을 계층으로 나누어 설명한 것이다. 일반적으로 OSI 7 계층이라 불리기도 한다.
흔히들 각 계층을 L(ayer)로 줄여서 간편하게 부른다. 예를 들어 1계층인 물리 계층(Physical layer)의 경우 L1, 5계층인 세션 계층(Session layer)의 경우 L5로 부른다.
추가로, 컴퓨터는 OSI 7개의 계층 모두를 포함한다.
2. 각 계층별 설명
2.1. 계층 1: 물리 계층(Physical layer)
물리 계층은 실제 장치들을 연결하기 위해 필요한 전기적, 물리적 세부 사항들을 정의한다. 예를 들어, 핀들의 배치나 전압, 전선의 명세 등이 이 계층에 포함된다. 허브(리피터)가 물리 계층의 장치이다. 물리 계층에서 수행되는 중요한 일들은 다음과 같다.
- 물리적인 정보 전달 매개체에 대한 연결의 성립 및 종료.
- 여러 사용자들 간의 통신 자원을 효율적으로 분배하는 데 관여. (예를 들어 경쟁 상태의 해소나 흐름 제어(congestion control) 등.)
- 통신 채널을 통해 전송되는 사용자 장치의 디지털 데이터를 이에 상응하는 신호들로 변환, 변조. 이 신호들은 구리선이나 광섬유 선을 통해 전달 되는 신호들이다. 예를 들어 SCSI가 여기에 속한다.
- 물리계층은 네트워크상에서 데이터 비트를 전송하는 계층이다. 데이터 링크 개체 간의 비트 전송을 위한 물리적 연결을 설정, 유지, 해제하기 위한 수단을 제공한다. 전송 매체는 신호 보내는 방법을 정의한다.
단위 - bit
대표 장치 - Hub
2.2. 계층 2: 데이터 링크 계층(Data link layer)
데이터 링크 계층은 포인트 투 포인트(Point to Point) 간 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층으로 순환 중복 검사(CRC) 기반의 오류 제어와 흐름 제어가 필요하다. 네트워크 위의 개체들 간 데이터를 전달하고, 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 찾아 내고, 수정하는 데 필요한 기능적, 절차적 수단을 제공한다. 주소 값은 물리적으로 할당 받는데, 이는 네트워크 카드가 만들어질 때부터 맥 주소(MAC address)가 정해져 있다는 뜻이다. 주소 체계는 계층이 없는 단일 구조이다. 데이터 링크 계층의 가장 잘 알려진 예는 이더넷이다. 이 외에도 HDLC나 ADCCP 같은 포인트 투 포인트(point-to-point) 프로토콜이나 패킷 스위칭 네트워크나 LLC, ALOHA 같은 근거리 네트워크용 프로토콜이 있다. 네트워크 브릿지나 스위치 등이 이 계층에서 동작하며, 직접 이어진 곳에만 연결할 수 있다.
단위 - frame[1]
대표 장치 - L2 Switch[2]
2.3. 계층 3: 네트워크 계층(Network layer)
네트워크 계층은 여러 개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층으로 다양한 길이의 데이터를 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다. 네트워크 계층은 라우팅, 패킷 포워딩, 세그멘테이션(segmentation/desegmentation), 인터네트워킹(Internetworking) 등을 수행한다. 라우터가 이 계층에서 동작하고 이 계층에서 동작하는 스위치도 있다. 데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만드는 계층이다. 논리적인 주소 구조(IP), 곧 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적(hierarchical)이다.
서브네트의 최상위 계층으로 경로를 설정하고, 청구 정보를 관리한다. 개방 시스템들의 사이에서 네트워크 연결을 설정, 유지, 해제하는 기능을 부여하고, 트랜스포트 계층 사이에 네트워크 서비스 데이터 유닛(NSDU: Network Service Data Unit)을 교환하는 기능을 제공한다.
단위 - Packet(패킷)
대표 장치 - Router(라우터), L3 Switch
프로토콜 - IP, ARP(Address resolution protocol)[3]/NDP(Neighbor Discovery Protocol)[4], RIP, RIP v2, OSPF, IGRP, EIGRP[5], BGP 등등의 Routing Protocol
* Routing Protocol에서 EIGRP 란 시스코에서 개발한 라우팅 프로토콜이며, 유사한 기능을 하는것은 OSPF 라우팅 프로토콜이다. OSPF 가 각각 장비 벤더가 호환이 되는 국제 표준인것에 비해서 EIGRP는 시스코 장비에서만 가능한 프로토콜이다.
2.4. 계층 4: 전송 계층(Transport layer)
전송 계층은 양 끝단(End to end)의 사용자들이 신뢰성있는 데이터를 주고 받을 수 있도록 해 주어, 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해준다. 시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 방식을 사용한다. 전송 계층은 특정 연결의 유효성을 제어하고, 일부 프로토콜은 상태 개념이 있고(stateful), 연결 기반(connection oriented)이다. 이는 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다는 것을 뜻한다. 가장 잘 알려진 전송 계층의 예는 TCP이다.
종단간(end-to-end) 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단간 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하며, 기능은 오류검출 및 복구와 흐름제어, 중복검사 등을 수행한다.
단위 - Segment(세그먼트)
대표 장치 - L4 Switch
프로토콜 - TCP, UDP
2.5. 계층 5: 세션 계층(Session layer)
세션 계층은 양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법을 제공한다. 동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(Full Duplex)의 통신과 함께, 체크 포인팅과 유휴, 종료, 다시 시작 과정 등을 수행한다. 이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 진다. 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류복구 명령들을 일괄적으로 다룬다.
대표 장치 - L5 Switch
2.6. 계층 6: 표현 계층(Presentation layer)
표현 계층은 코드간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어 준다.
표현 계층은 세 가지 주요한 기능을 가지고 있는데,
- 수신자 장치에서 적합한 애플리케이션을 사용하여 송신자 장치로부터온 데이터를 해석하기 위한 응용계층 데이터 부호화,변환
- 수신자에서 압축을 풀수있는 방식으로 된 데이터 압축
- 전송을 위한 암호화와 복호화
2.7. 계층 7: 응용 계층(Application layer)
응용 계층은 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다. 일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다. 응용 서비스의 예로, 가상 터미널(예를 들어, 텔넷), "Job transfer and Manipulation protocol" (JTM, 표준 ISO/IEC 8832) 등이 있다.
WWW를 위한 HTTP 는 L7 에서 동작하는 프로토콜이다.
단위 - Message 또는 Data[6]
대표 장치 - L7 Switch
[1] priemble+DA+SA+DATA+fcs+....[2] 우리가 흔히 가정에서 쓰는 스위치 허브가 대표적이나, 그런 장비를 L2 스위치라고 보기에는 무리가 있고, 적어도 전용회선을 개통했을 때 들여오는 필수장비가 진짜 L2 스위치가 되시겠다. 만에하나, 여기서 말하는 진짜 L2 스위치를 들이게 된다면 연결 가능한 랜 포트수를 아무리 줄여도 최소한 10만 단위의 비용이 깨질 각오를 해야한다.[3] ARP를 흔히들 L2로 착각하게 되는 경우가 많으나 IP와 MAC address를 매칭시켜 ARP Cache에 저장하는 방식이므로 L3가 된다.[4] IPv6 에서도 동일하게 MAC 주소로 부터 IP 주소를 얻어 오는 기능이 필요하다. 다만, 이것은 ARP 라고 부르지 않는다. 개념상으로 ARP 와 같은 동작을 하고 실제로도 유사하게 동작하지만, IPv6 구조에 따라 다르게 동작하는 부분도 많이 있다. NDP 는 ICMPv6 를 이용해서 동작한다.[5] IGRP EIGRP는 Cisco 전용[6] 5계층 이후로는 다 Message 또는 Data라고 한다.