[새싹 성동 2기] OSI 7 Layer 모델과 캡슐화, 디캡슐화 과정

OSI 7 Layer 기본 설명

1. 물리 계층 (Physical Layer)

• 역할: 전기 신호, 광 신호, 케이블, 무선 등 물리적 연결을 담당합니다.
• 예시: 이더넷 케이블, 라우터, 스위치의 포트.

2. 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

• 역할: 같은 네트워크 내에서 데이터의 전송 및 오류 검출을 담당합니다.
  • 주소 제공, 토폴로지 정의, 매체 접근 방식 정의 등을 포함합니다.
  • 여기서 매체 접근 방식 정의는 공유 매체의 충돌을 방지하기 위한 방식을 정의합니다.
    • CSMA/CD
      • 주변의 소리를 듣고 아무도 안보내고 있다면 보냅니다.(CSMA, Carrier Sense Multi Access)
      • 충돌 발생시 감지하여 허브로부터 JAM 시그널을 받습니다.(CD, Collision Detection)
      • 특정 알고리즘을 통해 순서를 정해 데이터를 전송하지만, 만약 15번 재전송이 실행될 경우 전송이 중단되게 됩니다.(총 16번)
• 예시: MAC 주소, 스위치, Wi-Fi.

3. 네트워크 계층 (Network Layer)

• 역할: 라우팅을 통해 데이터가 여러 네트워크를 거쳐 목적지로 전달되도록 합니다.
  • 네트워크간의 연결을 담당합니다.
  • 멀리있는 네트워크로 가는 길의 최적화를 담당합니다.(path determination, best path)
  • 서브넷 마스크를 활용하여 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분합니다.
• 예시: IP 주소, 라우터.

4. 전송 계층 (Transport Layer)

• 역할: 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 데이터의 분할, 재조립, 흐름 제어를 담당합니다.
  • End to End connection 을 관리합니다.
  • 서비스를 구분하기 위해 port 번호를 사용합니다.
    • 공식/서버 포트 (Well-Known Port): 1 ~ 1023
    • 등록된 포트 (Registered Port): 1024 ~ 49151
    • 프라이빗/다이나믹 할당 포트 (Private/Dynamic Allocation Port): 49152 ~ 65535
• 예시: TCP (연결 지향), UDP (비연결 지향).

5. 세션 계층 (Session Layer)

• 역할: 응용 프로그램 간의 세션 설정, 유지, 종료를 관리합니다.
  • End to End Service를 관리합니다.
    • 데이터 전송의 순서와 재전송을 포함하여 필요할 경우 세션을 중단하고 다시 시작하는 기능을 제공합니다.
• 예시: 로그인 세션, 스트리밍 연결 유지.

6. 표현 계층 (Presentation Layer)

• 역할: 데이터를 암호화/복호화하고, 압축/해제하여 응용 프로그램에 적합한 형식으로 변환합니다. 이 계층은 데이터의 형태를 결정하고, 서로 다른 시스템 간의 데이터 표현 차이를 해결합니다.
  • 표현 계층은 다양한 플랫폼과 애플리케이션 간의 호환성을 보장합니다. 예를 들어, 하나의 시스템에서 생성된 데이터를 다른 시스템에서 읽을 수 있도록 형식을 변환합니다
• 예시: JPEG, MP4, SSL/TLS.

7. 응용 계층 (Application Layer)

• 역할: 사용자와 직접적으로 상호작용하며 응용 프로그램에 네트워크 서비스를 제공합니다.
• 예시: HTTP (웹 브라우저), FTP (파일 전송), 이메일

 

OSI 7 계층 정리

• 1~4 계층 (Lower Layer): 데이터의 전송에 중점을 둡니다. 이들은 물리적인 이동과 관련된 작업을 처리합니다.
  • 1계층 (물리 계층): 실제 물리적 매체를 통한 비트 전송.
  • 2계층 (데이터 링크 계층): 인접한 네트워크 장비 간의 데이터 전송을 담당.
  • 3계층 (네트워크 계층): 패킷을 목적지까지 라우팅하여 전송.
  • 4계층 (전송 계층): 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하며, 흐름 제어 및 오류 수정 기능을 수행.
• 5~7 계층 (Upper Layer): 데이터의 처리 및 관리에 중점을 둡니다. 이들은 연결 설정, 데이터의 의미 및 변형을 담당합니다.
  
  • 5계층 (세션 계층): 응용 프로그램 간의 세션을 설정, 유지, 종료.
  • 6계층 (표현 계층): 데이터의 형식을 변환하고 암호화/복호화를 처리.
  • 7계층 (응용 계층): 최종 사용자와 직접 상호작용하며, 응용 프로그램 간의 데이터 전송을 처리.

 

캡슐화(Encapsulation)

캡슐화는 네트워크 통신에서 데이터가 여러 계층의 프로토콜을 통해 전송될 때, 각 계층에서 데이터에 추가되는 정보를 의미합니다. 이 과정은 데이터가 송신지에서 수신지로 안전하고 효율적으로 전달될 수 있도록 돕습니다.

캡슐화 과정

1. 데이터 생성: 최상위 계층에서 사용자 데이터가 생성됩니다.
2. 응용 계층: 데이터는 응용 계층에서 프로토콜에 의해 처리되고, 이 계층에 맞는 헤더 정보가 추가됩니다.
3. 전송 계층: 데이터가 전송 계층으로 넘어가며, TCP 또는 UDP와 같은 프로토콜이 적용됩니다.
4. 네트워크 계층: IP 헤더가 추가되어 데이터가 목적지까지 올바르게 전달되도록 경로를 지정합니다.
5. 데이터 링크 계층: MAC 주소와 같은 정보가 포함된 프레임이 만들어집니다.
     여기에서 트레일러가 붙는데, 중간에 오류가 발생했을 시 인식할 수 있는 부분입니다.(File check sequence)
6. 전송: 캡슐화된 데이터는 물리적인 네트워크를 통해 수신지로 전송됩니다.

여기서 PDU(Protocol Data Unit)는 해당 계층이 이해하고 처리할 수 있는 단위를 의미합니다.

디캡슐화(De-Encapsulation)

디캡슐화는 수신 측에서 캡슐화된 데이터를 원래의 형태로 복원하는 과정입니다. 데이터가 송신 측에서 여러 계층의 프로토콜을 통해 캡슐화되어 전송되면, 수신 측에서는 이를 다시 해제해야 합니다.

디캡슐화 과정

1. 물리 계층: 수신된 신호를 전기적 신호에서 디지털 데이터로 변환합니다.
2. 데이터 링크 계층: 데이터 프레임을 수신하고, 프레임 헤더를 제거하여 상위 계층으로 전달합니다.
3. 네트워크 계층: 수신한 데이터 패킷에서 IP 헤더를 제거하고, 다음 계층으로 전달합니다.
4. 전송 계층: 세그먼트에서 전송 계층 헤더를 제거하고, 세그먼트를 원래의 데이터로 복원합니다.
5. 세션, 표현, 응용 계층: 최종적으로 사용자에게 이해할 수 있는 형태의 데이터가 제공됩니다.

 

OSI 7 Layer와 TCP/IP 모델 비교

TCP/IP 모델

• 기본적으로는 해당 모델에 계층이 없습니다.(TCP랑 IP)만 존재
• 다만 OSI 7 Layer에 끼워 맞추다보니 4계층이 되었습니다.
  • 여기에 물리 계층과 데이터 링크 계층도 나눈다고 한다면 5계층이 됩니다.
• 교과서적으로는 4계층, 일반적으로는 5계층으로 인식할 수 있습니다.
• 이런 정의는 IEEE 802 위원회에서 네트워크 표준 규격으로 결정합니다.

1. 네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface Layer)
   • OSI의 물리 계층과 데이터 링크 계층 기능을 포함합니다. 실제 데이터 전송과 장치 간의 연결을 담당합니다.
2. 인터넷 계층 (Internet Layer)
   • OSI의 네트워크 계층에 해당하며, IP 주소를 기반으로 패킷의 라우팅과 전달을 담당합니다.
3. 전송 계층 (Transport Layer)
   • OSI의 전송 계층에 해당하며, 데이터의 신뢰성과 흐름 제어를 관리합니다. TCP와 UDP 프로토콜이 포함됩니다.
4. 응용 계층 (Application Layer)
   • OSI의 세션, 표현, 응용 계층의 기능을 포함하여 사용자와 네트워크 간의 인터페이스를 제공합니다. 다양한 응용 프로토콜이 여기에 포함됩니다.

주요 비교

1. 계층 수
   • OSI 모델은 7개의 계층으로 구성되어 있으며, 각 계층이 명확하게 구분됩니다.
   • TCP/IP 모델은 4개의 계층으로 구성되어 있으며, OSI 모델의 몇몇 계층을 통합합니다.
2. 표준화
   • OSI 모델은 이론적인 모델로, 실제 구현보다는 네트워크 설계와 이해를 위한 프레임워크로 사용됩니다.
   • TCP/IP 모델은 실제로 사용되는 프로토콜을 기반으로 하며, 인터넷의 핵심 프로토콜로 자리잡고 있습니다.
3. 접근 방식
   • OSI 모델은 계층 간의 상호작용을 명확하게 정의하고 있습니다.
   • TCP/IP 모델은 보다 실용적이고 유연한 구조로, 프로토콜의 상호작용을 강조합니다.

 

*생성형 AI 활용한 클라우드&보안 전문가 양성캠프 과정의 교육내용 정리 자료입니다.