OSI 참조 모델, OSI 7계층

 OSI(Open Systems Interconnection) 7계층은 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 말합니다. 이 계층 모델은 네트워크 프로토콜 디자인과 통신 과정을 이해하고 설명하는데 사용됩니다. 각 계층은 서로 협력하여 데이터를 네트워크를 통해 전송합니다.

 

초기의 네트워크

 

 LAN, MAN, WAN의 초기 개발 환경은 여러 가지 면에서 혼란스러웠습니다. 1980년대 초, 네트워크의 크기와 사용자 수가 폭발적으로 증가하였습니다. 기업이 네트워크 사용에 의한 비용 절감과 생산성 향상 효과를 알게 되면서 네트워크 수는 급속히 증가하였고, 새로운 네트워크 기술과 제품이 도입되는 동시에 기존 네트워크가 확장되었습니다.

 

 1980년대 중반, 기업들은 기존에 구현된 네트워크를 사용함에 있어 어려움을 겪기 시작하였습니다. 서로 다른 명세서를 기준으로 구현된 네트워크 간의 통신이 더더욱 어려워진 것이죠. 기업들은 독자적인 네트워크 시스템을 더 이상 사용해서는 안 된다는 것을 깨닫게 됩니다. 독자적인 시스템은 특정 회사에 의해 개발되어 소유권이 존재하고 개발사의 제어를 받는 시스템입니다. 즉 소수의 업체에 종속되는 결과를 가져옵니다. 반면 개방형 시스템은 어떠한 사용자라도 해당 기술을 특정 사용료 없이 사용할 수 있음을 의미합니다.

 

OSI 7계층 개념

 

등장 배경

 

 국제표준화기구 ISO(International Organization for Standardization)는 네트워크 간 비호환성 및 통신 불능 문제를 해결하기 위하여 DECnet. SNA(Systems Network Architecture), TCP/IP 등의 서로 다른 네트워크 기술들을 연구하였습니다. 이러한 연구의 결과로서 ISO는 네트워크 업체들이 이종의 네트워크 간에 호환성 있고, 상호운용 가능한 네트워크를 생산할 수 있도록 도와주는 네트워크 모델을 개발하였습니다.

 

 1984년에 배포된 OSI 참조 모델(OSI reference model)은 ISO에 의해 만들어진 기술적인 기법이었습니다. 이 참조 모델은 네트워크 장비 업체들에 일련의 표준을 제공함으로써 세계 각국의 여러 업체가 개발한 다양한 형태의 네트워크 기술간 호환성과 상호운용성이 보장되었습니다.

 

 

 

OSI 참조모델 특징

 

 OSI 참조 모델은 네트워크 통신을 위한 지침서로 사용되는 기초 모델이라 할 수 있습니다. OSI 모델 이외에 다른 모델들도 있으나, 오늘날 거의 대부분의 네트워크 장비 업체는 장비 개발 시 OSI 참조 모델을 기초로 하고 있으며, 특히 장비 사용에 대한 사용자 교육에 있어서는 더욱 그렇습니다. OSI 참조 모델은 네트워크 내에서의 데이터 송수신 방법을 교육하기 위한 최상의 도구로 인정받고 있습니다.

 

 OSI 참조 모델은 각 계층이 수행해야 할 네트워크 기능을 정의합니다. OSI 참조 모델은 7개의 계층으로 구성되어 있으며, 각 계층은 각각의 네트워크 기능을 정의합니다. 네트워크의 기능을 이와 같이 분리하는 것을 계층화(layering)라고 합니다. 네트워크를 7개 계층으로 나누면 다음과 같은 이점이 있습니다.

 

1. 네트워크 통신이 훨씬 단순해짐

2. 네트워크 구성 요소를 표준화함으로써 여러 타업체의 장비 개발과 지원 가능

3. 서로 다른 유형의 네트워크 하드웨어나 소프트웨어 간의 통신이 가능

4. 한 계층을 변경해도 다른 계층에 영향을 미치지 않기 때문에 계층 기능의 개발 속도가 빠름

5. 네트워크 통신을 여러 작은 요소로 분리함으로써 통신 과정을 쉽게 학습 가능

 

OSI 7계층 모델

 

OSI 7계층

 

 OSI 참조 모델은 7계층으로 나뉘어져 있는데, 각각의 OSI 계층은 네트워크 내에서 데이터 패킷을 송신지(source)에서 수신지(destination)까지 전달하기 위하여 수행해야 할 일련의 기능들로 이루어져 있습니다. 1-4계층은 하위계층으로 데이터 전송을 담당하며 5-7계층은 상위 계층으로 정보 전송과 처리 기능 등을 담당합니다.

 

제1계층: 물리 계층(physical layer)

 

 물리 계층(physical layer)은 종단 시스템 간을 연결하는 물리 링크의 활성화/비활성화 및 링크 상태 유지를 위하여 물리 링크에 대한 전기적·기계적 절차적·기능적 명세를 정의합니다. 구체적인 물리 계층 명세로는 전압 수준, 전압 변화에 대한 타이밍, 물리적인 데이터 전송률, 최대 전송 거리, 물리 매체 연결기 등에 대한 정의가 있습니다.

 

제2계층: 데이터링크 계층(data link layer)

 

 데이터링크 계층(data link layer)은 물리 링크를 통한 신뢰성 있는 데이터 전송 기능을 제공합니다. 이 기능을 수행함에 있어 데이터링크 계층은 물리적 주소 체계(physical addressing), 네트워크 토폴로지, 네트워크 접속, 오류 통지, 프레임의 순차적 전달, 흐름 제어 등에 관여합니다.

 

 

 

제3계층: 네트워크 계층(network layer)

 

 네트워크 계층(network layer)은 지리적으로 서로 떨어져 있는 네트워크 내에 있는 두 호스트 시스템 사이에 연결성을 제공하고 경로 선택 기능을 지원하는 복잡한 계층입니다. 네트워크 계층은 논리적 주소 체계(logical addressing)와 관련이 있습니다. 제3계층 프로토콜에는 IP(Internet Protocol), IPX(Internetwork Packet Exchange), 애플토크(AppleTalk) 등이 있습니다.

 

제4계층: 전송 계층(transport layer)

 

 전송 계층(transport layer)은 송신 측 호스트 시스템으로부터 발생되는 데이터를 분할하고 수신 측 호스트 시스템에서는 분할된 데이터를 다시 조립하여 원래의 데이터 스트림으로 만듭니다. 전송 계층과 세션 계층 간의 경계는 애플리케이션 프로토콜과 데이터흐름(data-flow) 프로토콜 간의 경계로 생각할 수 있습니다. 응용/표현/세션 계층이 애플리케이션과 관련된 문제를 다룬다면, 하위 4개 계층은 데이터 전송과 관련된 문제를 다룹니다.

 

 전송 계층에서 데이터 전송 서비스를 제공함으로써 세션/표현/응용 계층에서는 전송 기능의 구현에 대한 세부 명세를 알 필요가 없습니다. 특히 두 호스트 간 신뢰성 있는 데이터 전송과 같은 문제는 전송 계층에서 다루는 문제입니다. 통신 서비스를 제공함에 있어서, 전송 계층은 가상 회선(virtual circuits)을 설정하고, 유지하고, 올바르게 종료합니다. 전송 오류 검출 및 회복과 정보에 대한 흐름 제어 기술을 이용하여 신뢰성 있는 서비스를 제공합니다. 제4계층 프로토콜의 예로는 TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Datagram Protocol), SPX(Sequenced Packet Exchange) 등이 있습니다.

 

OSI 참조 모델

 

제5계층: 세션 계층(session layer)

 

 세션 계층(session layer)은 그 이름에서 알 수 있듯이 통신을 하고자 하는 두 호스트 간의 연결을 설정, 관리합니다. 세션 계층은 표현 계층에 서비스를 제공하는데, 두 호스트의 표현 계층 간의 통신 동기화와 데이터 교환에 대한 관리를 수행합니다. 연결에 관한 제어 이외에도 세션 계층에서는 효율적인 데이터 전송을 위한 처리, 서비스 종류에 대한 설정, 상위 계층(세션, 표현, 응용 계층)에서 발생하는 문제에 대한 예외 보고 기능을 수행합니다. 예로는 NFS(Network File System), X 윈도우 시스템, ASP(AppleTalk Session Protocol)가 있습니다.

 

제6계층: 표현 계층(presentation layer)

 

 표현 계층(presentation layer)은 한 시스템의 응용 계층에서 넘겨 받은 정보를 다른 시스템의 응용 계층이 읽을 수 있도록 해줍니다. 표현 계층은 필요시 다른 형식의 데이터로 변환하기도 합니다. 이 계층의 중요한 임무 중 하나는 암호화(encryption)와 암호해독(decryption)입니다. 일반적인 제6계층 그래픽 표준으로는 PICT, TIFF, JPEG 등이 있습니다. 음성과 영상 정보 표현을 위해 제6계층에서 사용하는 표준의 예는 MIDI와 MPEG입니다.

 

제7계층: 응용 계층(application layer)

 

 응용 계층(application layer)은 사용자에 가장 가까운 OSI 계층으로서, 사용자 애플리케이 션에 네트워크 서비스를 제공합니다. 응용 계층이 다른 계층들과 구분되는 점은 OSI 모델의 다른 계층에 서비스를 제공하는 것이 아니라 OSI 모델 범위 밖의 응용 프로그램에 서비스를 제공한다는 것입니다. 이러한 애플리케이션의 예로는 스프레드시트 프로그램이나 워드 프로세싱 프로그램 등을 들 수 있습니다. 응용 계층은 상대와의 통신 가능성을 확인하고, 오류 회복 절차와 데이터 무결성(integrity) 제어에 대한 동기화 및 설정을 수행한다. 응용 계층에는 텔넷(telnet)과 HTTP 등이 있습니다.