[Backend 개발자 면접 준비] OSI 7 계층이란?

OSI 7 계층이란?

OSI 7 계층은 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 말하며, 국제표준화기구(ISO, International Organization for Standardization)에서 네트워크 간의 호환을 위해 OSI 7 계층이라는 표준 네트워크 모델을 만들었다.

 

OSI 7단계로 정의한 이유는 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악하기 위함과 통신 과정 중에 특정한 곳에 이상이 생길 경우에 다른 단계의 장비 및 소프트웨어 등을 건드리지 않고 통신 장애를 일으킨 단계에서 해결할 수 있기 때문이다.

 

OSI 7 계층 구조

 

1️⃣ 1계층 - 물리계층(Physical Layer)

실제 장치를 연결하기 위한 전기적 및 물리적 세부 사항을 정의한 계층이다.

 

인터넷 케이블, 라우터 스위치 등의 전기적 신호가 물리적인 장치에 의해 왔다 갔다(통신) 하는 계층이다.

이 계층에서 사용되는 통신 단위는 비트이며 이것은 1과 0으로 나타내어지는, 즉 전기적으로 On, Off 상태라고 생각하면 된다.

 

이 계층에서는 단지 데이터를 전달만 할뿐 전송하려는(또는 받으려는)데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경 쓰지 않는다. 

단지 데이터 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능만 할 뿐이다. 이 계층에 속하는 대표적인 장비는 통신 케이블, 리피터, 허브등이 있다.

 

 

2️⃣ 2계층 -  데이터  링크  계층(Data link Layer)

해당 계층은 장치 간 신호를 전달하는 물리계층을 이용하여 네트워크 상의 주변 장치들 간의 데이터를 전송하는 역할을 한다. 

쉽게 말해 물리계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전한 정보의 전달을 수행할 수 있도록 도와주는 역할을 하는 것이다.

따라서 통신에서의 오류도 찾아주고 재전송도 하는 기능을 가지고 있고 이 계층에서는 맥 주소(Mac Address)를 가지고 통신하게 된다. 

두 지점(장치) 간의 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위한 계층이다.

데이터 링크 계층에서 전송되는 단위를 프레임이라고 하고, 대표적인 장비로는 브리지, 스위치 등이 있다.

 

즉, 브리지나 스위치를 통해 맥주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달한다.

 

3️⃣ 3계층 -  네트워크 계층(Network Layer)

네트워크 계층(Network layer)은 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. 

경로를 선택하고 주소를 정하고 경로에 따라 패킷을 전달해주는 것이 이 계층의 주 역할이다. 

 

대표적으로  라우터가 있으며, 2 계층의 장비 중 스위치라는 장비에 라우팅 기능을 장착한 Layer 3 스위치도 존재한다.

네트워크 계층은 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션(segmentation/desegmentation), 오류 제어, 인터네트워킹(Internetworking) 등을 수행한다. 

 

라우터라는 장비가 이 계층에서 동작하고 해당 계층에서 동작하는 스위치도 있다. 

 

데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만드는 계층이다. 가장 중요한 기능은 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능(라우팅)이다. 여기에 사용되는 프로토콜의 종류도 다양하고, 라우팅 하는 기술도 다양하다.

 

논리적인 주소 구조(IP), 곧 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적(hierarchical)이다.

 

4️⃣ 4계층 -  전송  계층(Transport Layer)

통신을 활성화하기 위한 계층이다. 보통 TCP프로토콜을 이용하며, 포트를 열어서 응용프로그램들이 전송을 할 수 있게 한다.

만약 데이터가 왔다면 4계층에서 해당 데이터를 하나로 합쳐서 5계층에 던져 준다. 

단대단 오류제어 및 흐름제어 이 계층 까지는 물리적인 계층에 속한다.(TCP/UDP프로토콜을 사용한다.)

 

전송 계층(Transport layer)은 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.

 

→ TCP 연결 과정 (3 way handshake)

 

5️⃣ 5계층 -  세션  계층(Session Layer)

양 끝단의 응용 프로세스가 통신을 관리하는 방법을 제공하는 계층이다.

이 계층의 프로토콜은 통신 연결이 손실되는 경우 연결 복구 시도가 가능하며 연결 시도중 장시간 연결이 되지 않았다면 세션 계층의 프로토콜이 연결을 닫고 다시 연결을 시도한다. 또한 동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(Full Duplex) 명령 중 하나를 제공하여 교환 메시지 스트림(stream) 내에서 동기화 지점을 제동 한다.

 

6️⃣ 6 계층 - 표현  계층(Presentation Layer) 

데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고, 암호화 한다.

 

표현 계층(Presentation layer)은 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터의 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어 준다. MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다. 

예를 들면, EBCDIC로 인코딩된 문서 파일을 ASCII로 인코딩된 파일로 바꿔 주는 것,  해당 데이터가 TEXT인지, 그림인지, GIF인지 JPG인지의 구분 등이 표현 계층의 몫이다.

 

7️⃣ 7 계층 - 응용  프로그램  계층(Application Layer) 

응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행하는 계층이다.

응용 계층은 최상위 계층으로 사용자에게 직접적으로 보이는 부분이며, OSI 모형에서는 “최종 사용자에게 가장 가까운” 계층이다.

웹 상에서 웹 서버 및 웹브라우저 상호 간의 데이터 전송을 위한 응용계층 프로토콜 처음에는, WWW 상의 하이퍼텍스트 형태의 문서를 전달하는데 주로 이용하였고 현재에는, 이미지, 비디오, 음성 등 대부분의 모든 형식의 데이터를 전송할 수 있다.

7층에서 작동하는 응용프로그램은 사용자와 직접적으로 상호작용한다.

 

ex) 웹 브라우저 : Chrome, Firefox 등 / 응용 프로그램 : Skype, Outlook, Office 등 → 네트워크 소프트웨어 UI 부분 / 사용자의 입출력(I/O)부분

 

 

 

Reference Link

https://onecoin-life.com/19

https://shlee0882.tistory.com/110