OSI 7 Layer

OSI란

Open System Interconnection의 약자로서 개방형 시스템이 협력할 수 있도록 표준을 정의한 것을 의미합니다.

말이 조금 어렵죠?

풀어 말하면 독립적인 시스템이 서로 일관된 규칙을 가지고 데이터를 상호 운용할 수 있도록 표준을 정의한 것을 의미합니다.

왜 생기게 되었나요?

OSI 모델은 국제 표준화 기구 ISO (International Organization for Standardization)와 국제 전기 통신 연합 ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)가 함께 개발했고, ISO에 의해 1984년 공식적으로 채택되었습니다.

3차 산업혁명의 초반인 1970년대에는 각 기업과 기관이 독자적인 네트워크 기술로써 통신했기 때문에 서로 다른 시스템 간의 통신이 어려웠습니다.

따라서 서로 다른 시스템에서도 통신할 수 있도록 표준화된 네트워크 모델이 필요해졌고,

독립적인 시스템이 서로 통신할 수 있도록 시스템 상호 연결을 목적으로 한 OSI 모델이 개발되게 됩니다.

OSI 모델의 구조

OSI 모델은 총 7개의 계층 (Layer)으로 나뉘어집니다.

6.1.2 The Reference Model contains seven layers:
a) the Application Layer (layer 7)
b) the Presentation Layer (layer 6)
c) the Session Layer (layer 5)
d) the Transport Layer (layer 4)
e) the Network Layer (layer 3)
f) the Data Link Layer (layer 2)
g) the Physical Layer (layer 1)

서로 다른 시스템이라고 하더라도, 동일한 계층에선 동일한 프로토콜을 이용해야 통신할 수 있는 것을 알 수 있습니다.

다만 모든 시스템이 7계층은 아닌데,

개방형 시스템이 데이터의 출발지 또는 최종 목적지가 아닌 경우

단순히 데이터를 다른 시스템으로 전달하는 “릴레이 시스템”의 역할을 수행합니다.

그럼 각 계층이 무엇을 의미하는지, 어떤 것이 포함되는지를 한 번 살펴 보도록 하겠습니다.

Application Layer (Layer 7)

OSI 모델의 최상위 계층인 응용 계층 (Application Layer)은 사용자가 직접 상호작용 하는 계층을 의미합니다.

예를 들어 웹 브라우저, 메신저 등.. 응용 계층에 포함되는 프로토콜을 이용하는 경우가 이에 해당되며,

애플리케이션이 네트워크를 통해 데이터를 전달하고자 한다면 사용자는 반드시 응용 계층을 통해 데이터를 전달해야 합니다.

프로토콜로는 HTTP, Websocket, Telnet, FTP, SMTP 등이 있습니다.

Presentation Layer (layer 6)

표현 계층 (Presentation Layer)은 응용 계층의 Application-Entity, 즉 응용 계층에서 OSI 모델에 맞게 통신을 수행하는 요소가 통신하는 정보의 표현을 제공하는 계층입니다.

표현 계층의 목적은

애플리케이션 엔티티 간 공통 표현을 제공하여, 애플리케이션 엔티티가 전송되는 데이터의 공통 표현 문제를 신경 쓰지 않도록 하고,

애플리케이션 계층 데이터의 정보 내용이 전송 중 손실되지 않도록 보장하는 것입니다.

표현 계층에서는 아래의 기능을 구현해야 하는데,

• a) 전송 구문의 협상 및 재협상
• b) 애플리케이션 엔티티가 선택한 추상 구문을 협상된 전송 구문으로 표현(형식 및 특수 변환 포함, 예: 데이터 압축)
• c) 특정 이벤트 발생 시 이전에 협상된 구문의 복원
• d) 세션 서비스 활용

이렇게만 보면 정확히 어떤 식으로 활용되는지 헷갈리게 느껴지는 것 같습니다.

표현 계층은 일반적으로 운영체제 또는 애플리케이션 수준에서 구현되며, 예시를 들어 보자면

• 데이터 직렬화 및 역직렬화 (JSON <-> XML 변환, Protobuf 등..)
• 데이터 압축 (Gzip 등..)
• 암호화 및 복호화 (TLS, SSL 등..)
• 데이터 인코딩 및 디코딩 (Base64 등..)

같은 기능이 표현 계층에 포함되고, ASCII 또는 UNICODE 같은 표준이 포함다고 할 수 있겠습니다.

Session Layer (layer 5)

세션 계층 (Session Layer)은 프레젠테이션 엔티티 간의 데이터 교환을 조직화하고, 동기화하는 계층입니다.

세션 연결은 프레젠테이션 엔티티가 세션 서비스 접근 지점(Session Service Access Point, SSAP)에서 요청하면 생성되며, 어느 한쪽이 해제할 때까지 존재해야 합니다.

연결형 모드에서 제공되는 서비스

• a) 세션 연결 설정
• b) 세션 연결 해제
• c) 정상 데이터 전송
• d) 신속 데이터 전송 (Expedited Data Transfer)
• e) 토큰 관리
• f) 세션 연결 동기화
• g) 예외 보고
• h) 작업(Activity) 관리
• j) 유형 데이터 전송 (Typed Data Transfer)
• k) 재동기화 (Resynchronization)

비연결형 모드에서 제공되는 서비스

• a) 전송 계층의 비연결형 서비스(Transport Connectionless Mode Service)를 사용한 전송
• b) 예외 보고

예시로 TCP의 연결 설정 (connect) 및 종료 (close) 같은 연결 및 해제 기능의 인터페이스로 포함되며 Transport Layer와 Presentation Layer 사이에서 토큰 등으로 연결을 논리적으로 식별하는 형태로도 구현됩니다.

Transport Layer (layer 4)

전송 계층 (Transport Layer)은 데이터를 네트워크로 전달할 때 데이터 종단 지점(end)이 되며,

각 세션 엔티티를 전송 주소로 고유하게 식별하고, 데이터를 전달하는 서비스에서 연결을 유지하고 해제하는 수단을 제공하는 계층입니다.

비연결 지향 프로토콜에서는 전송되는 데이터를 매핑하는 역할을 수행합니다.

프로토콜로는 TCP, UDP 등.. 이 있습니다.

[embed]TCP/UDP TCP/UDPmedium.com

Network Layer (layer 3)

네트워크 계층 (Network Layer)은 연결형 또는 비연결형 데이터 전송을 위한 기능과 절차를 제공하는 계층입니다.

전송 계층에 데이터 링크 연결 및 하위 리소스 사용을 가리고, 네트워크의 연결을 설정하고 유지 및 종료하는 실질적인 역할을 수행합니다.

연결형 네트워크 서비스에서 제공되는 기능

• 네트워크 주소
• 네트워크 연결
• 네트워크 연결 종단점 식별자
• 네트워크 서비스 데이터 단위 전송
• QoS 파라미터
• 오류 알림
• 신속 데이터 전송(expedited NSDU transfer)
• 리셋
• 연결 해제(release)
• 확인 응답(receipt confirmation)

비연결형 네트워크 서비스에서 제공되는 기능

• 일정 크기 이하의 네트워크 서비스 데이터 단위 전송
• QoS 파라미터
• 지역적 오류 알림

프로토콜로는 IP 등.. 이 포함되며, 장비로는 라우터가 네트워크 계층에 포함됩니다.

Data Link Layer (layer 2)

데이터 링크 계층 (Data Link Layer)은 하나 이상의 물리적 연결에 기반하여 네트워크 엔티티 간의 데이터 링크 연결을 설정 및 유지, 해제하는 계층입니다.

물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 탐지하고, 네트워크 계층이 물리 계층의 상호 연결을 제어할 수 있도록 만들며,

아래의 기능을 포함합니다.

• a) 데이터 링크 서비스 데이터 단위 매핑
• b) 식별 및 매개변수 교환
• c) 데이터 회로 상호 연결 제어
• d) 오류 탐지
• e) 라우팅 및 중계
• f) 데이터 링크 계층 관리

연결 모드에서는 데이터 링크 계층이 다음과 같은 추가 기능도 수행합니다

• a) 데이터 링크 연결 설정 및 해제
• b) 연결 모드 데이터 링크 데이터 전송
• c) 데이터 링크 연결 분할
• d) 순서 제어
• e) 구분 및 동기화
• f) 흐름 제어
• g) 오류 복구
• h) 리셋

프로토콜로는 Ethernet, IEEE 802.11(Wi-FI), Bluetooth 등..이 포함되며, 장비로는 스위치, 브릿지 등.. 이 데이터 링크 계층에 포함됩니다.

Physical Layer (layer 1)

물리 계층 (Physical Layer)은 데이터 링크 엔티티 간 비트 전송을 위해 물리적 연결을 활성화, 유지 및 비활성화하기 위해 기계적, 전기적 기능을 제공하는 계층입니다.

물리 계층에선 데이터를 비트 또는 비트의 문자열로 단위로 구성하며, 아래 기능을 제공합니다.

• a) 물리적 연결
• b) 물리적 서비스 데이터 단위
• c) 물리적 연결 끝점
• d) 데이터 회로 식별
• e) 순서 지정
• f) 고장 상태 알림
• g) 서비스 품질 파라미터

또한 데이터의 다중화를 제공하기도 하며, 프로토콜로는 RS-232같은 직렬 통신 표준과 USB (Universal Serial Bus) 등.. 이 포함되며

물리 장비로는 NIC, 허브, 모뎀, 케이블 등이 포함됩니다.

학습에 참고한 자료

ISO/IEC 7498–1:1994

• 4.Introduce to Open Systems Interconnection
• 5.Concepts of a layerd architecture
• 6.Introduction to the specific OSI layers
• 7.Detailed description of the resulting OSI architecture