OSI 7 Layer [네트워크]

이번 네트워크 편에서는 통신 기술이 갖는 '7계층 구조'에 대해 알아볼 것이다. 우리가 아는 대다수의 통신 시퀀스는 OSI 7 계층의 각 단계별 구조화를 거쳐서 작동한다. 그리고 각 계층별 맡고 있는 역할은 굉장히 상이한데, 이번 편에서는 OSI 7 계층 가운데 1~4계층까지에 대해 다뤄보려 한다.

 

https://www.youtube.com/watch?v=_bsW7dZMofw&t=1s. 예술하는 개발자 youtube 참고.

 

 앞서 [통신 프로토콜과 네트워크]에서 LAN, MAN, WAN 에 대해 간단하게 언급했다. 규모로 구분지었던 이 통신 네트워크들은 7가지의 층으로 구분되어 층마다 상이한 'Action'을 발생시킨다. 여기서 중요한 건 층마다의 액션은 존재하지만, '각 계층들 간의 상관관계는 존재하지 않고', 대신 해야 할 일에 '선후관계가 존재한다'는 점이다. 

 이는 역할에 따른 동작을 할 때 서로 상호작용을 하지 않는다는 의미로, 그저 본인이 입력받은 정보들을 역할에 맞게 적절하게 동작한 뒤 전달하는 정도에서 그친다. 

 계층에 대한 간단한 예시로 먼저 설명해보면, 일례로 1계층의 Physical Layer의 경우, 말 그대로 물리적인 형태를 가진다. 컴퓨터의 0과 1의 신호를 보내는 유형의 매체로, 우리가 흔히 아는 '광케이블'과 같은 녀석이다. 반면 3계층의 Network Layer는 보내는 사람(sender)과 받는 사람(receiver) 간의 정보를 주고 받을 수 있게 '중간 연결자 역할(ex. router)'을 맡고 있다.

 

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그러면 본격적으로 이 'OSI 7 Layer'의 1, 2, 3, 4계층이 도대체 어떻게 구성되어 있는지 한 번 살펴보자. 

1. Physical Layer (물리적 계층)

0과 1의 신호를 보내는데 사용되는 유형의 매체 or 미디어

• 갑자기 비가 오거나, 무선랜 사이에 사람이 지나가면???
• 인터넷이 느려지거나 간헐적으로 끊어지는 경우가 생김. 0과 1을 정확하게 제때 잘 보내기만 하는 것이 아님… 결국 에러가 발생할 수 있기 때문에 필요한 작업이 있음.

1계층에서는 주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해서 통신 케이블로 데이터를 전송한다. 사용되는 통신 단위는 비트이며 이것은 1과 0으로 나타내어지는, 전기적으로 On, Off 상태라고 생각하면 쉽다. 이 계층에서는 단지 데이터를 전달만 할뿐 전송하려는(또는 받으려는) 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 신경 쓰지 않는다. 

 

 

2. Data Link Layer (데이터 링크 계층)

물리적 신호를 주고 받은 뒤 행하는 소프트웨어적 작업을 위한 추가 계층

• 물리적 계층 위에 소프트웨어를 얹는 작업.
   →  Physical layer/Data Link Layer 두 계층 항상 페어로 묶여서 설명됨. ieee 802.11도 피지컬 레이어와 데이터링크 레이어의 표준임!!!
• 0과 1을 주고받는 행위 : 커뮤니케이션 (1대 1 관계) -> 에러가 나는 경우, 속도 조절이 필요한 경우에 작업할 수 있는 소프트웨어 작업이 추가됨.

 데이터 링크 계층(Data link layer)은 포인트 투 포인트(Point to Point) 간 신뢰성있는 전송을 보장하기 위한 계층으로 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. 네트워크 브릿지나 스위치 등이 이 계층에서 동작하며, 직접 이어진 곳에만 연결할 수 있다.

 

 

3. Network Layer (네트워크 계층)

네트워크 송수신자의 중간 연결자. Routing, 스위칭을 담당하는 계층

 

Ex) '나-상대방 통화를 위한 네트워크 구성'

Router 예시. 학교(나) <-> 집(엄마)

 

1계층, 2계층을 거쳐 3계층(network layer)에 있는 것이 바로 router다. 마치 과거 19세기 말 전화 연결자의 역할과도 같은 역할을 3계층에서 도맡아서 하는 것!!

 근데 이 통신을 하는 과정에서 Network 계층은 버퍼와 큐를 통상 8개, 16개, 32개 정도밖에 쌓지 않는다. 따라서 네트워크 계층에서 *에러 검출 및 복구를 해줄 수 있는 역할이 요구된다. 이게 바로 그 유명한 'TCP / IP'다.

 

 네트워크 계층(Network layer)은 여러개의 노드를 거칠때마다 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. 

 

 여기서는 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션(segmentation/desegmentation), 오류 제어, 인터-네트워킹(Internetworking) 등을 수행한다. 통상 라우터가 이 계층에서 동작하고 '스위치'도 있다. 데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷이 가능하게 만드는 계층이다.

 

* 에러 검출 및 복구?? 

• 이게 무슨 말이냐 → 결국 네트워크는 트래픽이 버려질 수 있다!!!
• Router들은 줄을 몇 개까지 갖고 있을까? 통상 집에 있는 유무선 공유기의 경우 5개 정도. 그 중 4개는 집 안으로 들어오고, 1개는 집 밖으로 나감. 가끔 트래픽이 모이면 기술적으로 한꺼번에 나가지 못하니, 이를 위해서 '버퍼'와 '큐'를 쌓음.
• IP (internet philosophy protocal): 네트워크와 네트워크를 연결하는 작업을 할 때 어딘가(네트워크 address)로 보내는 정보가 필요하다. 이게 바로 IP 주소.

 

4. Transport Layer (전송 계층)

TCP / IP 가 소속된 레이어. 네트워크 계층에서 발생한 에러와 재전송 문제를 검출하고, 조정하는 역할

• 과거에는??? 멀리 떨어져 있는 인터넷을 위해서 설계되었음.
  → TCP 는 survivality를 위한 것. QUIC 은 미디어를 하이 퍼포먼스로 보내기 위한 용도…
• 현재는??? 보내야 하는 트래픽이 유튜브, 구글 워크스페이스와 같은 새로운 요소. 

 4계층은 통신을 활성화하기 위한 계층이다. 보통 TCP프로토콜을 이용하며, 포트를 열어서 응용 프로그램들이 전송할 수 있게 한다. 만약 데이터가 왔다면 4계층에서 해당 데이터를 하나로 합쳐서 5계층에 던져 준다. (통상 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. 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 TCP다. 

 

 종단간(end-to-end) 통신을 다루는 최하위 계층으로 종단간 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하며, 기능은 오류검출 및 복구와 흐름제어, 중복검사 등을 수행한다.

 

다음에 계속...!!

 

 

Reference

https://www.cloudflare.com/ko-kr/learning/ddos/glossary/open-systems-interconnection-model-osi/

 

https://shlee0882.tistory.com/110

OSI 7 계층이란?, OSI 7 계층을 나눈 이유

 

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