정보통신기사, 정보통신학과, 통신직 등 정보통신일반 요점 정리 36. OSI 참조모델 2

36. OSI 참조모델 2

 

1. OSI 7 계층의 동작 원리
OSI 참조 모델은 각각의 송수신 시스템을 동등한 관계로 구성하고 송신 시스템에
서 데이터를 전송하기 위해서 OSI 모델의 응용계층(계층 7)에 통신을 요구한다. 응용
계층은 자신의 프로토콜을 사용하여 수신 시스템의 응용계층과 동등한(peer-to-peer)
관계를 가지며, 다시 계층 6은 자신의 계층 프로토콜을 사용하여 상대편 시스템의 계
층 6과 상호 기능을 수행한다. 이러한 관계가 물리계층(계층 1)까지 이어지며 계층 간
의 관계를 유지한다. 이때 계층 1을 제외하고 동등 계층 간 실제 통신은 수행하지 않
는다. 즉, 각 계층의 프로토콜은 데이터를 하위 계층으로 보내 중계기 또는 교환기를
거쳐 수신측으로 전달할 수 있도록 한다.

송신측에서 수신측으로 전송할 데이터가 존재할 때, 이를 응용계층의 개체에게 전달한다. 이때, 응용계층은 자신과 수신측 응용계층에서 인식할 수 있는 프로
토콜 실행을 위해서 전달받은 데이터에 자신의 헤더정보(AH, Application Header)를
부착하여 하위계층인 표현 계층에게 전달하고, 계층 6에서는 자신의 프로토콜을 위
한 헤더정보(PH, Presentation Header)를 다시 부과한다. 즉, 한 단계 낮은 계층에서
는 한 단계 높은 계층에서 전달받은 헤더정보가 포함된 데이터를 하나의 데이터로 취
급하고 앞에 새로운 헤더를 추가해(PH+AH+데이터) 한 단계 낮은 계층으로 전달한
다. 이러한 방식으로 각 계층의 헤더정보를 추가하여 계층 1(물리 계층)에 도달하도
록 한다. 송신 시스템의 계층 1 데이터는 원래 데이터에 헤더를 여러 개 추가한 형태
인데, 이 과정을 캡슐화(Encapsulation)라고 한다. 물리 계층에서는 비트 스트림 형태
를 전기 신호로 변환한 후 전송매체를 이용하여 중계기(또는 교환기)를 거쳐 수신 시
스템의 계층 1(물리 계층)로 전송한다. 수신 시스템의 계층 1에 있는 비트 스트림은
상위 계층으로 전달하면서 데이터의 헤더정보를 각 계층마다 역순으로 제거한다. 이
과정을 캡슐해제(Decapsulation)라고 한다. 각 계층에서 제거된 헤더정보는 해당 계
층과 상대 계층의 상호 약속된 프로토콜에 따라 해석되고 실행된다. 캡슐화와 캡슐해
제 과정을 거쳐 송신 시스템에서 보낸 원래의 데이터(헤더가 없는 데이터)를 수신 시
스템으로 정확하게 전달한다.

2. OSI 7 계층의 계층 별 역할

가. 물리 계층(Physical Layer)
물리 계층은 실제 장치들을 연결하기 위해 필요한 전기적, 물리적 세부 사항들을
정의한다. 예를 들어, 핀들의 배치나 전압, 전선의 명세 등이 여기에 포함된다. 허브
나 리피터가 물리 계층의 장치이며, 기계적 구조와 전기적 특성을 규정한다. 물리 계
층에서 수행되는 중요한 기능은 다음과 같다.
• 물리적인 전송매체에 대한 연결의 성립 및 종료
• 단말기기와 전송매체 사이의 인터페이스 정의
• 계층 2로의 데이터 전송을 위한 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 수단 제공
• 여러 사용자들 간의 통신 자원을 효율적으로 분배
• 경쟁 상태의 해소나 흐름 제어
• 통신 채널을 통해 전송되는 단말장치의 디지털 데이터 변조

물리 계층의 역할

나. 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
데이터링크 계층은 상위의 네트워크 계층과의 데이터 링크의 설정, 유지, 해제, 데
이터의 전송 등을 제어한다. 즉, 데이터 링크 프로토콜은 접속된 기기 사이의 통신을
관리하고, 신뢰도가 낮은 전송로를 신뢰도가 높은 전송로로 전환시키는데 사용된다.
데이터 링크 계층은 네트워크상의 개체들 간 데이터를 전달하고, 물리 계층에서 발생
할 수 있는 오류를 찾아 수정하는 데 필요한 기능적, 절차적 수단을 제공한다. 특히,
전송할 데이터 앞에는 헤더(Header), 뒤에는 트레일러(Trailer)를 추가하여 물리 계층
으로 전달한다. 헤더와 트레일러에는 발신지 주소와 목적지 주소 등이 포함되어 있
다. 수신측의 데이터 링크 계층에서는 송신측에서 추가한 헤더와 트레일러를 삭제한
후 상위 계층인 네트워크 계층으로 전달한다.
대표적인 프로토콜은 MAC(Media Access Control)과 HDLC(High-level Data Link
Control)이며, MAC 주소는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)가 만들어질 때부터 정
해져 있는 물리적 주소를 말한다. 데이터 링크 계층의 대표적인 예는 이더넷이며,
HDLC나 ADCCP(Advanced Data Communication Control Protocol) 프로토콜이나 패
킷 스위칭 네트워크, IEEE 802.2(LLC, Logic Link Control), IEEE 802.3(CSMA/CD,
Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect), IEEE 802.5(Token Ring) 등과 같은 근
거리 네트워크용 프로토콜이 있다. 브리지나 스위치 장비가 데이터 링크 계층에서 동
작한다. [표 3-3]은 데이터 링크 계층에서 담당하는 대표적인 기능을 요약한 것이다.

HDLC(High-level Data Link Control) : OSI 7 계층의 데이터 링크 계층에서 사용되는 전송 프로토콜 로서, X.25 패킷 스위칭 네트워크에서 사용된다. HDLC에서 데이터는 프레임(Frame) 단위로 이루어지 며. 프레임은 네트워크를 통해 송신되고 도착지에서는 성공적으로 도착하였는지를 검증한다. HDLC 는 X.25 통신 프로토콜을 사용하는 근거리 통신망(LAN), 광역통신망(WAN)에 사용되는 프로토콜인 프레임 릴레이(Frame Relay)를 위해 사용된다.

 

<데이터링크 계층의 기능>

기능	내용
프레임 및 동기화	정보 전송 시 일정한 길이의 블록(또는 프레임) 단위로 전송하고, 각 프레 임의 시작과 끝을 명확하게 구분할 수 있는 기능
프레임 순서 제어	순차적 전송을 위해 프레임에 대한 번호를 부여하는 기능
전송확인 및 흐름제어	프레임 전송 시, 정확한 수신이 되었는가를 확인하는 전송확인 및 흐름제 어 기능
오류 검출 및 정정	전송시스템에 의해서 유발되는 오류를 검출하고 정정해 주는 기능
데이터 링크 관리	회선의 감시와 통계

다. 네트워크 계층(Network Layer)
네트워크 계층은 데이터링크 계층 서비스를 이용하여 컴퓨터 및 단말장치 등이 패
킷 교환망이나 회선 교환망을 이용하여 데이터를 전송할 수 있도록 라우팅 기능과
중계기능을 제공한다. 즉, 서로 다른 통신망 간의 기술적 차이 때문에 발생하는 문
제들을 흡수하여 상위계층은 어떠한 통신망을 통하여 정보가 전송되는지를 의식하
지 않고 원하는 데이터의 전송을 가능하게 한다. 또한 이 계층에서는 통신망에 연결
된 시스템간의 통신이 가능하도록 호의 설정 및 해제, 데이터 전송 절차를 구현하
고, 네트워크에 접속하는데 필요한 순서제어, 흐름제어 등의 기능을 수행한다. 네트
워크 계층은 다양한 길이의 데이터를 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전
송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 만족하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제
공한다. 라우터 및 스위치 장비가 네트워크 계층에서 동작하며, 대표적인 프로토콜
은 IP(Internet Protocol), ICMP(Internet Control Message Protocol), IGMP(Internet Group Management Protocol), X.25 등이다. 아래는 네트워크 계층의 기능을 요약한 것이다.
네트워크 계층의 기능

기능	내용
경로 배정과 중계 (Routing & Relaying)	통신망 내부에서 경로를 배정하고 중계하는 기능
상호 통신망 연결 (Internetworking)	다양한 통신망이 상호 연결되도록 하는 기능
통신망 접속	통신망 연결을 설정하고 종료하는 기능
흐름 제어	네트워크 트래픽을 제어하는 기능
순서 제어 (Sequence Control)	송신측에서 보낸 데이터를 수신측에서 순서대로 받지 못했을 때, 순서를 제어하는 기능

(1) 네트워크 서비스의 종류
네트워크 서비스는 크게 접속형(Connection-oriented) 네트워크 서비스와 비 접속
형 네트워크 서비스로 구분된다. 접속형 네트워크 서비스는 통신에 앞서 네트워크 연
결을 설정한 후, 데이터를 전송하고 전송이 끝나면 연결을 해제하는 서비스로 대표적
인 서비스 및 프로토콜은 ITU-T X.25이다. 반면, 비 접속형 네트워크 서비스는 통신
이전에 상대방 간에 논리적인 전송로를 확립하지 않고 프로토콜 데이터 단위(PDU,
Protocol Data Unit)를 바로 전송하는 방식의 네트워크 서비스를 말하며, 접속형보다
네트워크 기능을 간단히 실행할 수 있다는 장점을 가진다.

(2) X.25 프로토콜
X.25는 ITU-T에서 제정한 네트워크 프로토콜로써, 네트워크 계층에서의 네트워크
서비스, 네트워크 프로토콜 데이터 단위(PDU) 형식 및 코딩 규칙, 그리고 동작과 기
능 등에 대한 규정이다. 하위의 데이터링크 계층에서 제공하는 서비스의 제어방식에
따라 적용되는 네트워크 계층의 기능을 분리하여 표준화 하였다.

 

X.25 프로토콜의 역할

라. 전송 계층(Transport Layer)
전송 계층은 OSI 참조모델의 네 번째 계층으로 하위계층들의 각종 통신망 서비스의
차이 또는 속성에 관계없이 균일하고 신뢰성 있는 데이터 전송 서비스를 바로 위의 세
션 계층에 제공한다. [그림 3-6]처럼 송신측에서 전달하려는 데이터를 알맞은 크기의
패킷으로 분할하면, 수신측에서는 이를 다시 취합하여 순서대로 재조립한다. 즉, 프
로세스 간에 데이터를 전송하기 위해 상위 계층(세션 계층)에서 받은 데이터를 패킷
단위로 분할하여 하위 계층(네트워크 계층)으로 전달한다. OSI 7 계층에서 1~3계층
은 시스템과 시스템 간의 통신이고 4~7계층은 프로세스 간 통신을 의미한다.

전송 계층의 역할

전송 서비스는 데이터를 신뢰할 수 있게 전송하기 위해서 이용자가 요구한 서비스
품질과 네트워크 계층이 제공한 서비스 품질을 보완해 주는 역할을 한다. 여기서 서
비스품질(QoS : Quality of Service)은 효율성(throughput), 전송지연, 오류비율, 호
(Call) 설정 지연 비용, 보안성, 우선순위 등으로 측정되며, 이는 이용자의 요구 파라
미터들로 전달된다. 전송 프로토콜은 신뢰성이 높은 통신을 제공하기 위해서 논리적
인 통신로를 설정하고 다중화/역다중화, 오류검출 및 회복, 데이터 분석 등의 기능
을 수행하며, 사용하고 있는 통신망의 서비스 조건과 어떤 프로토콜을 사용할 것인
가에 따라 [표 3-5]와 같이 5가지 등급으로 분류된다. [표 3-6]은 각각의 등급에 대
한 비교를 의미한다.

 

전송 프로토콜의 등급

등급	기 능
등급 0	최소한의 기능만 있는 간단한 프로토콜
등급 1	장애 발생 시, 기본 오류 회복 가능
등급 2	다중화 가능
등급 3	기본 오류를 회복할 수 있고 다중화 가능
등급 4	오류, 장애 등에서 오류를 검출하여 회복하고 다중화 가능

전송 프로토콜의 등급에 따른 기능 비교

등급	오류 회복 기능	오류 검출 기능	다중화/역다중화 기능
0	×	×	×
1	○	×	×
2	×	×	○
3	○	×	○
4	○	○	○

전송 계층의 대표 기능은 목적지의 주소 지정, 메시지 우선순위 부여, 다중화, 보
안, 계정, 오류 발생 시 링크 회복, 흐름 제어, 송수신할 때 무결성 보장 등이다. 게
이트웨이는 전송 계층에서 동작하는 대표 장비이며, 간혹 L4 스위치를 두는 경우가
있는데, 이는 네트워크 계층에서 전달된 트래픽을 분석하여 서비스 종류를 구분해주
는 역할을 한다. 대표 프로토콜에는 TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User
Datagram Protocol) 등이 있다.

 

마. 세션 계층(Session Layer)
세션 계층은 토큰(Token)을 사용하여 송수신 프로세스를 연결하거나 유지하고 해제
하는 역할을 한다. 또한 프로세스 간에 데이터를 전송하는 방식 중 하나인 전이중(Full
Duplex)과 반이중(Half Duplex) 방식을 결정하고 동기화 관리, 그리고 TCP/IP 세션을
생성하고 해제하는 책임을 진다. 세션 계층은 세션 프로토콜과 서비스로 구성된다.
세션 프로토콜은 양단의 세션 개체 간의 통신을 위해서 지켜야할 통신규칙을 규정하
고 있다. 이때 사용되는 데이터를 SPDU(Session Protocol Data Unit)라고 한다. 세션
서비스는 세션 계층이 상위의 표현 계층에 제공하는 서비스로 표현 개체와 세션 개체
간의 데이터 단위(SSDU : Session Service Data Unit)를 제공하며, 상위의 응용 프로
세스는 이러한 세션 서비스를 이용하여 신뢰할 수 있는 통신을 수행한다. 세션 서비
스의 자세한 기능은 [표 3-7]과 같다.

 

세션 서비스의 기능

기능	내용
토큰(Token) 관리	사용자의 세션 접속 설정과 해제 또는 데이터 제어(송신 및 해제 제어 또는 동 기 제어 등)를 위하여 상위 계층에 토큰을 제공한다.
액티비티(Activity) 관리	데이터 송수신을 위해 응용 프로세스 간의 의미 있는 데이터를 관리한다.
전송(Transmission) 관리	반이중 및 전이중 통신 전송 모드를 설정하고 우선순위의 데이터는 보통 순위 의 데이터와는 다르게 우선적으로 전송된다.
동기(Synchronous) 관리	파일 전송과 같이 대량 데이터 전송의 경우, 전송 중에 오류가 발생하는 것에 대비하여 데이터의 중간에 동기(synchronous) 포인트를 삽입하여 오류 발 생 시, 쌍방의 합의에 의해 동기 포인트부터 다시 전송하도록 한다.

세션 계층의 대표 프로토콜에는 ISO 8327, ITU-T X.225, NetBIOS(Network Basic
Input/Output System), AppleTalk 등이 있다.

바. 표현 계층(Presentation Layer)
표현계층은 OSI 참조모델의 여섯 번째 계층으로, [그림 3-8]과 같이 송신측과 수신측
사이에서 서로 다른 부호 체계의 변화와 표준화된 데이터 형식을 규정한다. 표현 계층
은 데이터 형식, 명령 해석, 코드 변환, 암호화(Encryption), 데이터 압축(Compression)
등의 기능을 수행한다. 표현 계층의 대표적인 프로토콜은 ASN.1(Abstract Syntax
Notation One)이 있다.

표현 계층의 역할

사. 응용 계층(Application Layer)
응용계층은 OSI 참조 모델의 최상위 계층으로, 정보처리를 수행
하는 응용 프로그램 또는 프로세스와의 인터페이스 및 통신을 수행하는 계층이다. 응
용 계층의 기능은 전자우편(E-mail), 파일 전송과 접근, 파일 관리 기능, 가상 터미널
(VT, Virtual Terminal), 자원 공유와 데이터베이스, 네트워크 관리 등이다.