OSI 7 계층

OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 네트워크 통신을 7개의 계층으로 나누어 설명하는 모델입니다. 각 계층은 특정한 네트워크 기능을 담당하며, 서로 다른 네트워크 장비와 소프트웨어가 상호 작용할 수 있도록 합니다.

출처 : https://www.bmc.com/blogs/osi-model-7-layers/

OSI 7 계층에는 물리계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 트랜트포트 계층, 세션 계층, 프리젠테이션 계층, 어플리케이션 계층이 있는데, 각 계층별로 어떤 역할을 하는지 살펴보겠습니다.

물리 계층 (Physical Layer)

전기적 신호, 광 신호, 무선 신호 등을 통해 물리적인 연결을 제공합니다.

• 케이블, 리피터, 허브, 모뎀, 네트워크 어댑터, 전송 매체, 광섬유, 동축 케이블, UTP 케이블 등이 이 계층에 속합니다.

데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

물리 계층을 통해 전송된 데이터를 프레임 단위로 나누어 전송하며, 오류 검출 및 수정 기능을 제공합니다. 또한 이 계층에서는 출발지와 목적지를 확정하고 데이터를 읽습니다. 데이터 링크 계층에서 쓰이는 장비와 정보는 다음과 같습니다.

• 스위치(Switch) : 네트워크 장비로, 데이터 프레임을 목적지 MAC 주소를 기반으로 전송합니다. 여러 장치 간의 통신을 효율적으로 관리하고 충돌을 줄이는 역할을 합니다.
• 브릿지(Bridge) : 두 개 이상의 네트워크 세그먼트를 연결하여 하나의 네트워크처럼 동작하게 합니다. 데이터 프레임을 필터링하고, 네트워크 세그먼트 간의 트래픽을 관리합니다.
• MAC 주소 : 네트워크 인터페이스 카드 (NIC) 마다 고유하게 부여된 하드웨어 주소입니다. 데이터 링크 계층에서 장치 식별을 위해 사용됩니다.
• ARP(Address Resolution Protocol) : IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 프로토콜입니다. 네트워크 통신 시 IP 주소를 기반으로 MAC 주소를 찾아 데이터 링크 계층에서 데이터를 전달합니다.

[ NOTE ]
네트워크 인터페이스 카드(NIC: Network Interface Card) 는 LAN 카드, NIC, 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 카드, 네트워크 인테페이스 컨트롤러 등 다양하게 불리기도 합니다.

네트워크 계층 (Network Layer)

네트워크 계층에서는 주로 라우터를 통해서 수행되는데, 라우터는 데이터 패킷을 출발지에서 목적지로 전달하기 위해 경로를 선택하고 데이터를 전송하는 기능을 담당합니다. 라우터의 주요 수행 사항은 다음과 같습니다

1. 경로 선택 (Routing):
   • 라우터는 다양한 경로 선택 알고리즘을 사용하여 데이터 패킷의 최적 경로를 결정합니다. 이를 통해 데이터가 효율적이고 빠르게 목적지에 도달할 수 있습니다.
   • 클래스 A,B,C 에서 익스트라 알고리즘과 벨만-포드 알고리즘은 라우터에서 흔히 사용되는 경로 선택 알고리즘입니다.
2. 패킷 전달 (Packet Forwarding):
   • 라우터는 수신한 데이터 패킷을 분석하고, 목적지 IP 주소를 기반으로 다음 홉(next hop)으로 패킷을 전달합니다.
   • 이를 위해 라우팅 테이블을 사용하며, 라우팅 테이블에는 목적지 네트워크와 해당 네트워크로 가는 경로 정보가 포함되어 있습니다.
   • 예를 들어, 라우팅 테이블은 다음과 같은 형태로 구성될 수 있습니다

    목적지 네트워크: 패킷이 도달해야 하는 네트워크 주소입니다.
    서브넷 마스크: 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분하는 데 사용됩니다.
    게이트웨이: 패킷을 다음 홉으로 전달하는데 사용되는 라우터의 주소입니다.
    인터페이스: 패킷을 전송하는 데 사용되는 네트워크 인터페이스입니다.
    메트릭: 경로의 우선순위를 나타내며, 값이 낮을수록 우선순위가 높습니다.

1. 논리적 주소 지정 (Logical Addressing):
   • 라우터는 IP 주소를 사용하여 네트워크 상의 장치들을 식별합니다. 이는 데이터 패킷이 올바른 장치로 전달되도록 합니다.
   • IPv4와 IPv6 주소 체계를 모두 지원하며, IP 주소를 기반으로 경로를 결정합니다.
2. 서브넷 마스킹 (Subnet Masking):
   • 라우터는 서브넷 마스크를 사용하여 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분합니다. 이를 통해 네트워크를 서브넷으로 나누고, 효율적인 IP 주소 관리를 가능하게 합니다.
3. 프로토콜 지원 (Protocol Support):
   • 라우팅 프로토콜은 네트워크 내에서 데이터 패킷의 최적 경로를 결정하기 위해 사용하는 규칙과 알고리즘의 집합입니다. 주요 라우팅 프로토콜에는 다음과 같은 것들이 있습니다:
   1. OSPF (Open Shortest Path First):
      • 링크 상태 라우팅 프로토콜입니다.
      • 다익스트라 알고리즘을 사용하여 최단 경로를 계산합니다.
      • 대규모 네트워크에서 효율적입니다.
   2. RIP (Routing Information Protocol):
      • 거리 벡터 라우팅 프로토콜입니다.
      • 각 라우터가 인접 라우터와 거리 정보를 주고받아 경로를 설정합니다.
      • 작은 네트워크에서 주로 사용됩니다.
   3. EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol):
      • 혼합형 라우팅 프로토콜로, 거리 벡터와 링크 상태의 장점을 결합합니다.
      • 빠른 경로 재설정과 효율적인 네트워크 자원 사용을 제공합니다.
   4. BGP (Border Gateway Protocol):
      • 경로 벡터 라우팅 프로토콜입니다.
      • 자율 시스템 간의 경로 정보를 교환하며, 인터넷의 주 라우팅 프로토콜로 사용됩니다.
4. 네트워크 세그먼트 연결 (Interconnecting Network Segments):
   • 라우터는 서로 다른 네트워크 세그먼트를 연결하여, 데이터가 여러 네트워크를 통해 전달될 수 있도록 합니다. 이는 LAN, WAN 등 다양한 네트워크 환경에서 중요한 역할을 합니다.
   • LAN (Local Area Network) : LAN은 제한된 지리적 영역 내에서 컴퓨터와 장치들을 연결하는 네트워크입니다. 주로 가정, 사무실, 학교 등의 소규모 네트워크 환경에서 사용됩니다. LAN은 높은 데이터 전송 속도와 낮은 지연 시간을 제공하며, 이더넷이나 Wi-Fi 기술을 사용하여 연결됩니다.
   • WAN (Wide Area Network) : WAN은 광범위한 지리적 영역을 커버하는 네트워크로, 여러 도시나 국가를 연결할 수 있습니다. 주로 인터넷 서비스 제공자(ISP)나 대기업에서 사용되며, 여러 LAN을 연결하여 더 큰 네트워크를 형성합니다. WAN은 데이터 전송 속도가 비교적 낮고 지연 시간이 길 수 있지만, 전 세계의 장치들을 연결할 수 있는 장점을 가지고 있습니다.
5. 네트워크 트래픽 관리 (Traffic Management):
   • 라우터는 네트워크 트래픽을 관리하고, 부하를 분산시켜 네트워크 성능을 최적화합니다. 이를 위해 QoS(Quality of Service) 설정을 통해 특정 트래픽을 우선 처리할 수 있습니다.

• 네트워크 계층은 데이터 패킷의 경로를 결정하고 전송하는 역할을 하기 위해서, 클래스 별로 네트워크 계층에서 수행하는 주요 알고리즘의 있습니다.
  • 클래스 A, B, C
    1. 경로 선택 알고리즘 (Routing Algorithm): 네트워크 내에서 최적의 경로를 선택하기 위해 다양한 알고리즘을 사용합니다.
    • 다익스트라 알고리즘 (Dijkstra’s Algorithm): 최소 비용 경로를 찾기 위해 사용되는 알고리즘입니다. 모든 노드를 탐색하여 출발지에서 목적지까지의 최단 경로를 계산합니다.
    • 벨만-포드 알고리즘 (Bellman-Ford Algorithm): 경로의 가중치를 음수로도 허용하는 알고리즘으로, 다익스트라 알고리즘에 비해 계산 시간이 더 걸리지만, 다양한 네트워크 환경에서 사용될 수 있습니다.
    • 링크 상태 알고리즘 (Link State Algorithm): 네트워크의 모든 노드가 전체 네트워크의 상태를 알고 있는 상태에서 최적의 경로를 찾습니다. OSPF(Open Shortest Path First)가 대표적인 예입니다.
    • 거리 벡터 알고리즘 (Distance Vector Algorithm): 각 라우터가 인접 라우터와 거리 정보를 주고받으며 경로를 설정합니다. RIP(Routing Information Protocol)가 대표적인 예입니다. 2. 서브넷 마스킹 (Subnet Masking): 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분하여 IP 주소를 관리합니다. 서브넷 마스크를 사용해 네트워크의 크기를 조절하고, 네트워크를 여러 서브넷으로 나눌 수 있습니다.
    • 예시: 클래스 C 네트워크에서 서브넷 마스크 255.255.255.0은 256개의 호스트를 지원합니다.
  • 클래스 D
    1. 멀티캐스트 라우팅 알고리즘 (Multicast Routing Algorithm): 멀티캐스트 그룹에 속한 여러 수신자에게 데이터를 효율적으로 전송하기 위한 알고리즘입니다.
    • PIM (Protocol Independent Multicast): 멀티캐스트 라우팅을 위해 사용되는 프로토콜로, Dense Mode와 Sparse Mode가 있습니다.
    • DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol): 거리 벡터 알고리즘을 기반으로 멀티캐스트 패킷을 전송합니다.
    • MOSPF (Multicast Extensions to OSPF): OSPF 프로토콜에 멀티캐스트 기능을 추가한 것입니다.

[ NOTE ]
하지만 요즘에는 클래스리스의 IP 주소를 많이 사용합니다. 예전에는 이랬구나, 정도로만 알고 넘어가면 좋겠습니다.

전송 계층 (Transport Layer)

데이터 전송의 신뢰성과 흐름 제어를 담당하며, 양 끝단 간의 데이터 전송을 관리합니다.

• TCP, UDP 프로토콜이 이 계층에 속합니다.

세션 계층 (Session Layer)

통신 세션을 설정, 관리, 종료하는 기능을 제공합니다.

• NetBIOS, RTP 등이 이 계층에 속합니다.

프레젠테이션 계층 (Presentation Layer)

데이터의 표현 형식을 변환하고, 암호화 및 압축 기능을 제공합니다.

• SSL/TLS, JPEG, MPEG 등이 이 계층에 속합니다.

응용 계층 (Application Layer)

사용자와 네트워크 간의 상호작용을 담당하며, 다양한 네트워크 서비스를 제공합니다.

• HTTP, FTP, SMTP 등이 이 계층에 속합니다.