네트워크 1 - 2 OSI 7계층

용어체크

1. 국제표준화기구 : ISO(International Standardization Organization)는 1947년에 출범하여 여러 나라의 종 통신 장비의 국제적 교류를 용이하게 하고 상호 협력을 증진시키는 것을 목적으로 하는 국제적인 표준화기구이다. 이 기구에서는 표준화와 관련된 활동 및 국제 표준을 개발하며, 개발된 규격들이 세계적으로 사용될 수 있도록 정보의 교환을 주선한다. 우리나라에서는 기술표준원이 정회원으로 참여하고 있다.

2. OSI 7계층 : 국제표준화기구에서 제안한 개방형 시스템의 상호 연결을 위한 각 계층의 역할을 규정한 것이다.

3. 네트워크 장비 : 라우터는 IP주소를 기반으로 패킷을 전달하는 장치이며, 라우팅 프로토콜을 기반으로 가장 좋은 경로를 선택하여 패킷을 목적으로 전달하는 네트워크 장비이다. 스위치는 MAC주소를 기반으로 프레임을 전달하는 장치이며, MAC테이블을 기반으로 프레임을 전달하는 네트워크 장비이다.

학습내용 OSI 7계층이 사용되는 네트워크의 정의 OSI 7계층 OSI 7계층 캡슐화 학습목표 OSI 7계층이 네트워크에서 어떻게 사용되는지 설명할 수 있다. OSI 7계층 구성에 대해서 설명할 수 있다. OSI 7계층 간의 Encapsulation 및 Decapsulation에 대하여 설명할 수 있다.

 

1. OSI 7계층이 사용되는 네트워크의 정의

 

2) OSI Model이란?

  *OSI(Open Systems Interconnection) 참조 모델

 

 

 

 

 

2. OSI 7계층

 

 

1) 물리 계층==========================

  * 사용자 데이터를 물리 매체 상에서 소통이 가능한 통신 신호로 변환하여 전송하는 계층으로, 신호 전송을 위한 4가지 특성 - 전기적, 기능적, 절차적, 물리적 - 을 포함한다. 

 

① 전기적 특성 : 전압 레벨과 전압이 변하는 시점

② 기능적 특성 : 케이블의 기능적 특성을 정의

③ 절차적 특성 : 데이터 전송의 절차 규정

④ 물리적 특성 : 표준 케이블 간의 물리적 연결 정의

 

     물리 계층에서는 데이터 송수신에 오류가 발생하더라도 복구하지 않는다. 구리선은 전도율이 우수하고 부식에 대한 특성이 좋으며 유연성이 뛰어나고 강성이 좋다. 대표적으로 UTP케이블이 있다. UTP케이블은 서로 다른 계층의 장치를 연결할 때 사용하는 다이렉트 케이블과, 서로 동일한 계층의 장치를 연결할 때 사용하는 크로스 케이블이 있다. UTP 케이블은 제작 및 설치가 쉬우나 잡음이나 간섭에 약하다. 따라서 네트워크 구성 시에 UTP케이블의 최대 전송길이 및 설치환경에 유의할 필요가 있다.

 

     허브, 리피터, NIC(Network Interface Card, 네트워크 카드)가 1계층 장비에 속한다.

 

     물리 계층에서 전송되는 데이터는 비트(bit)라고 한다.

 

 

 

2) 데이터링크 계층=======================

  * 데이터링크 계층에서는 서로 다른 네트워크 장치 간의 데이터 전송을 담당한다. 데이터링크 계층에는 프레이밍, 흐름 제어, 오류 제어, 접근 제어, 동기화의 5가지 주요 기능이 있다.

 

① 프레이밍 : 물리계층에서 수신한 신호를 조합하여 프레임 단위의 정해진 크기의 데이터로 만든다.

② 흐름 제어 : 송신 측과 수신 측 간에 데이터의 흐름을 제어한다.

③ 오류 제어 : 프레임 전송 시 발생한 오류를 복원하거나 재전송한다.

④ 접근 제어 : 매체 상의 장치가 여럿 존재할 때, 통신 장치의 활동 상황을 고려하여 데이터 전송 가능여부를 결정한다.

⑤ 동기화 : 프레임 헤더에 전송된 프레임의 타이밍 정보를 맞추기 위한 특별한 비트 패턴을 제공한다.

 

     MAC이란 Media Access Control의 약자로, 데이터링크 계층에서는 MAC매체 접근 제어 및 48bit의 16진수 주소를 사용한다. MAC 주소는 물리 주소 또는 하드웨어 주소, 구워진 주소라고도 한다. NIC(네트워크카드)회사에서 ROM에 영구적으로 기입되어 나온다. 따라서 MAC주소는 하드웨어적으로는 변경이 불가능하다. 그러나 소프트웨어적으로 변경이 가능하다. MAC주소는 2계층의 보안과 프레임 컨트롤을 위해서 사용된다.

 

     스위치, 브리지가 2계층 장비에 속한다. 현재는 브리지의 기능이 스위치에 포함되었다. 스위치는 프레임전송을 위해 MAC 테이블을 사용한다.

 

     데이터링크 계층에서 전송되는 데이터를 프레임(Frame)이라고 한다. 프레임 헤더에는 송신 및 수신 장치의 주소가 포함되어있으며, 트레일러에는 오류검출코드가 포함되어있다. 

 

 

 

3) 네트워크 계층========================

  * 네트워크 계층에서는 IP주소를 기반으로 패킷을 전달한다. 네트워크 계층은 LAN구간과 WAN구간을 연결시켜주는 역할을 담당하고 있다. 네트워크 계층에서는 패킷 전달, 라우팅, 논리적 주소 사용이라는 3가지의 주요 기능이 있다.

 

① 패킷 전달 : 종단 간(End-to-End)의 패킷 전달 수행

② 라우팅 : 라우팅 프로토콜을 기반으로 효율적인 경로 선택

③ 논리적인 주소 사용 : IP 프로토콜 헤더를 붙여 데이터를 캡슐화하고, IP 주소를 사용하여 사용자 데이터를 목적지로 전달해준다.

 

     네트워크 계층에서는 논리적 링크와 물리적 링크를 함께 사용하여 패킷을 전달한다. 네트워크 계층의 프로토콜로 IP, ARP, RARP가 있다.

 

① IP : Internet Protocol. v4, v6가 있다.

② ARP : Address Resolution Protocol, IP주소를 기반으로 MAC주소를 찾을 때 사용

③ RARP : Reverse ARP로, ARP와 반대로 MAC주소를 기반으로 IP주소를 찾을 때 사용된다.

 

    라우터가 3계층 장비에 속한다. 라우터는 패킷을 수신하면 어떤 경로로 패킷을 전송할 것인지 라우팅 프로토콜에 따라 판단한다. 라우터는 LAN구간의 통신을 위해 MAC주소를 보유하게 된다.

 

     네트워크 계층의 데이터를 패킷(Packet)이라고 한다.

 

 

 

 

4) 전송 계층=================================

  * 전송 계층은 상위 3개 계층과 하위 3개 계층의 중간에 위치한다. 전송 계층에서는 흐름 제어와 오류 제어 등을 통해 End-to-End 데이터 통신을 보장한다. 딜레이에 따른 왜곡이나 대역폭 부족 문제를 해결하며 동시에 여러 개의 논리적 연결을 지원한다. 사용자의 데이터를 분할하고 재조립하는 계층이기도 하다. 

 

     전송 계층의 데이터는 세그먼트(Segment)라고 한다. 세그먼트 헤더에는 포트 주소 또는 소켓 주소가 포함된다.

 

 

 

 

5) 세션 계층==================================

   * 세션 계층에서는 통신의 시작과 종료를 정의한다. 세션 계층에서는 6계층인 표현 계층의 데이터에 동기화와 세션 정보를 더해 4계층인 전송 계층으로 내려보낸다. 

 

     세션 계층의 데이터를 메시지(Message)라고 한다. 

 

 

 

 

6) 표현 계층==================================

   * 표현 계층에서는 데이터를 어떻게 표현하는지를 정의한다. 7계층인 응용 계층에서 생성된 데이터는 컴퓨터에서 만들어진 데이터로, 표현 계층에서는 이것을 다른 컴퓨터가 이해할 수 있는 형태로 변환하게 된다. (예_ ASCII, Binary, ASN.1) 표현 계층에서는 암호화를 통해 데이터의 보안을 높이고, 데이터 압축 기능을 지원한다.

 

 

 

 

7) 응용 계층 =================================

   * 응용 계층은 컴퓨터의 응용프로그램과 통신프로그램 사이를 연결한다. OSI의 최상위 계층으로 사용자와 가장 가까운 계층이다. 

 

     응용 계층에서는 여러가지 프로토콜을 사용한다. FTP, SMTP, SNMP, Telnet, SSH, http, https 등이 응용 계층의 프로토콜에 속한다. 

 

 

 

 

 

 

3. OSI 7계층 캡슐화

 

1) 계층별 캡슐화

 

캡슐화 : 헤더나 트레일러 추가 VS 역캡슐화 : 헤더나 트레일러 제거

 

OSI 참조 모델에서는 계층별로 고유한 기능과 역할이 존재하고, 각 계층들은 각자 고유의 기능만을 수행하며 계층간에 독립성이 유지된다. 헤더란 데이터 유닛의 맨 앞에 붙어서 각 계층별 프로토콜의 동작에 필요한 요소들이 기록되는 부분을 말한다. 데이터를 하위 계층으로 내려보낼 경우 헤더가 하나씩 추가되고, 반대로 상위 계층으로 올려보낼 때에는 헤더가 하나씩 제거된다.

 

 

 

 

 

학습정리 1. OSI 7계층이 사용되는 네트워크의 정의 통신 매체의 링크를 통해 연결된 Node들의 집합이다. 네트워크의 구성요소는 다음과 같다. Server : Data 또는 Resource를 제공하는 시스템이다. Client : Data 또는 Resource를 제공받는 시스템이다. 매체 : Cable, 전파를 말한다. Message : 보내고 받는 모든 Data이다. Protocol : 통신 규약이다. 2. OSI 7계층 물리 계층(Physical Layer)은 신호로 변환하여 전송하는 계층이다. 데이터링크 계층(Datalink Layer)은 서로 다른 네트워크 장치 간의 데이터 전송을 담당한다. 네트워크 계층(Network Layer)은 IP주소를 기반으로 패킷을 전달하는 계층이다. 전송 계층(Transport Layer)은 종단 간(End-to-End) 데이터 통신을 보장한다. 세션 계층(Session Layer)은 통신의 시작과 종료를 정의한다. 표현 계층(Presentation Layer)은 데이터를 어떻게 표현하는지를 정의하는 계층이다. 응용 계층(Application Layer)은 응용 프로그램과 통신 프로그램 사이를 연결하는 역할을 한다. 3. OSI 7계층 캡슐화 OSI 참조 모델은 각 계층별로 고유 기능과 역할 존재한다. 각 계층의 고유 기능만을 수행, 계층간 독립성 유지한다. 계층별 헤더는 각 프로토콜의 동작에 필요한 요소 기록한다. 헤더는 데이터 유닛의 맨 앞에 붙는다.

 

 

 

 

 

 

 

 

연습문제

 

Quiz 01OSI 7계층은 국제표준화기구에서 개발한 통신 규약이다.

• 1 O
• 2 X

정답 :1

해설 :OSI 7계층은 개방형 시스템의 데이터 통신을 위해 국제표준화기구에서 개발한 국제표준입니다.

 

Quiz 02OSI 7계층의 3계층 기능이 아닌 것은?

• 1 라우팅
• 2 패킷 전달
• 3 논리적 주소 사용
• 4 동기화

정답 :4

해설 :동기화는 데이터링크 계층의 기능이다.

 

Quiz 03OSI 7계층에서 2계층의 데이터를 무엇이라 부르는가?

• 1 비트
• 2 프레임
• 3 패킷
• 4 세그먼트

정답 :2

해설 :OSI 7계층에서 2계층의 데이터를 프레임(Frame)이라고 부른다.