OSI 모델 계층: 소개 가이드

OSI(Open System Interconnect) 모델은 개발자와 공급업체가 상호 운용 가능하고 안전한 소프트웨어 솔루션을 만드는 가이드 역할을 합니다.

이 모델은 네트워크에서 데이터가 흐르는 방식의 복잡성, TCP와 같은 통신 프로토콜, 도구와 기술 간의 차이점을 설명합니다.

많은 사람들이 OSI 모델 계층의 관련성을 주장하지만 특히 사이버 보안 시대에 특히 관련이 있습니다.

OSI 모델 계층을 알면 응용 프로그램 및 시스템과 관련된 기술적 취약성과 위험을 측정하는 데 도움이 됩니다. 또한 팀이 데이터의 위치와 물리적 액세스를 식별 및 구별하고 보안 정책을 정의하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 기사에서 우리는 OSI 모델 레이어에 대해 더 깊이 파고들어 사용자와 기업 모두에 대한 중요성을 탐구할 것입니다.

OSI(Open System Interconnect) 모델이란 무엇입니까?

OSI(Open System Interconnect) 모델은 컴퓨터 시스템 및 애플리케이션이 네트워크를 통해 다른 시스템과 통신하는 데 사용하는 7개의 계층으로 구성된 참조 모델입니다.

이 모델은 데이터 전송 프로세스, 표준 및 프로토콜을 7개의 레이어로 분류하며 각 레이어는 데이터 송수신과 관련된 특정 작업을 수행합니다.

OSI 모델 레이어

OSI 모델은 1984년 ISO(International Organization for Standardization)에서 개발했으며 시스템이 네트워크에서 통신하는 방법을 설정하기 위한 최초의 표준 참조입니다. 이 모델은 모든 주요 통신 및 컴퓨터 회사에서 채택했습니다.

이 모델은 7개의 레이어가 서로 겹쳐진 시각적 디자인을 나타냅니다. OSI 모델 아키텍처에서 하위 계층은 상위 계층에 서비스를 제공합니다. 따라서 사용자가 상호 작용할 때 데이터는 소스 장치에서 시작하여 네트워크를 통해 이러한 계층을 통해 아래로 흐른 다음 계층을 통해 위쪽으로 이동하여 수신 장치에 도달합니다.

OSI 모델에는 시스템이 네트워크에서 광섬유, 연선, Wi-Fi 등과 같은 물리적 매체를 통해 신호를 전송할 수 있도록 하는 다양한 애플리케이션, 네트워킹 하드웨어, 프로토콜, 운영 체제 등이 포함됩니다.

이 개념적 프레임워크는 시스템 간의 관계를 이해하는 데 도움이 될 수 있으며 상호 운용 가능한 소프트웨어 응용 프로그램 및 제품을 만드는 데 있어 개발자와 공급업체를 안내하는 것을 목표로 합니다. 또한 사용 중인 통신 및 네트워킹 시스템의 기능을 설명하는 프레임워크를 홍보합니다.

OSI 모델을 알아야 하는 이유는 무엇입니까?

OSI 모델을 이해하는 것은 각 응용 프로그램과 시스템이 이러한 계층 중 하나를 기반으로 작동하기 때문에 소프트웨어 개발에서 중요합니다.

IT 네트워킹 전문가는 OSI 모델을 활용하여 네트워크를 통해 데이터가 흐르는 방식을 개념화합니다. 이 지식은 소프트웨어 공급업체와 개발자뿐만 아니라 CCNA(Cisco Certified Network Associate) 인증과 같은 시험을 통과하려는 학생에게도 유용합니다.

OSI 모델 계층 학습의 장점은 다음과 같습니다.

데이터 흐름 이해: OSI 모델을 사용하면 네트워크 운영자가 네트워크에서 데이터 흐름을 쉽게 이해할 수 있습니다. 이는 하드웨어와 소프트웨어가 함께 작동하는 방식을 이해하는 데 도움이 됩니다. 이 정보를 사용하면 적절한 소프트웨어 및 하드웨어를 사용하여 향상된 보안 및 복원력으로 더 나은 시스템을 구축할 수 있습니다.
손쉬운 문제 해결: 네트워크가 고유한 기능과 구성 요소를 가진 7개의 계층으로 나누어져 있기 때문에 문제 해결이 더 쉬워집니다. 또한 전문가가 문제를 진단하는 데 시간이 덜 걸립니다. 실제로 문제의 원인이 되는 네트워크 계층을 식별하여 특정 계층에 집중할 수 있습니다.
상호 운용성 촉진: 개발자는 다른 공급업체의 제품과 쉽게 상호 작용할 수 있도록 상호 운용 가능한 소프트웨어 시스템 및 장치를 만들 수 있습니다. 이렇게 하면 해당 시스템의 기능이 향상되고 사용자가 효율적으로 작업할 수 있습니다.

해당 제품이 작동해야 하는 구성 요소 및 부품을 정의할 수 있습니다. 또한 이를 통해 기술 스택 전체에서든 특정 계층에서만든 제품과 시스템이 작동하는 네트워크 계층에서 최종 사용자와 통신할 수 있습니다.

다양한 OSI 모델 레이어

물리 계층

물리적 계층은 시스템의 물리적 및 전기적 표현을 설명하는 OSI 모델의 맨 아래이자 첫 번째 계층입니다.

여기에는 케이블 유형, 핀 레이아웃, 무선 주파수 링크, 전압, 신호 유형, 장치를 연결하는 커넥터 유형 등이 포함될 수 있습니다. 다른 네트워크 노드 간의 무선 또는 물리적 케이블 연결을 담당하고 원시 데이터 전송을 용이하게 하고 비트 전송률을 제어합니다.

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물리 계층

이 계층에서 비트 또는 0과 1의 원시 데이터가 신호로 변환되고 교환됩니다. 원활한 데이터 전송을 위해서는 송신측과 수신측이 동기화되어야 합니다. 물리 계층은 네트워킹을 위한 서로 다른 장치, 전송 매체 및 토폴로지 유형 간의 인터페이스를 제공합니다. 필요한 전송 모드 유형도 물리 계층에서 정의됩니다.

사용되는 네트워킹 토폴로지는 버스, 링 또는 스타일 수 있으며 모드는 단방향, 전이중 또는 반이중일 수 있습니다. 물리 계층의 장치는 이더넷 케이블 커넥터, 리피터, 허브 등이 될 수 있습니다.

네트워킹 문제가 감지되면 네트워킹 전문가는 먼저 물리적 계층의 모든 것이 제대로 작동하는지 확인합니다. 케이블이 제대로 연결되어 있고 전원 플러그가 라우터와 같은 시스템에 연결되어 있는지 확인하는 것으로 시작할 수 있습니다.

레이어 1의 주요 기능은 다음과 같습니다.

물리적 토폴로지 정의, 주어진 네트워크에서 장치와 시스템이 배열되는 방식
전송 모드를 정의하는 것은 네트워크에서 연결된 두 장치 간에 데이터가 흐르는 방식입니다.
비트 수준에서 수신기와 송신기를 제어하는 클록과의 비트 동기화.
데이터 전송의 비트 전송률 제어

데이터 링크 계층

데이터 링크 계층은 물리 계층 위에 있습니다. 네트워크에 존재하는 두 개의 연결된 노드 간의 연결을 설정하고 종료하는 데 사용됩니다. 이 계층은 데이터 패킷을 서로 다른 프레임으로 나눈 다음 소스에서 목적지로 이동합니다.

데이터 링크 계층은 두 부분으로 구성됩니다.

LLC(Logical Link Control)는 네트워크 프로토콜을 감지하고 프레임을 동기화하며 오류를 확인합니다.
MAC(Media Access Control)은 MAC 주소를 사용하여 장치를 연결하고 데이터 전송 권한을 설정합니다.

MAC 주소는 시스템을 식별하는 데 도움이 되는 네트워크의 각 시스템에 할당된 고유한 주소입니다. 이 12자리 숫자는 네트워크의 데이터 링크 계층에서 감독되는 물리적 주소 지정 시스템입니다. 다양한 네트워크 구성 요소가 물리적 매체에 액세스하는 방법을 제어합니다.

데이터 링크 계층

예: MAC 주소는 00:5e:53:00:00:af와 같이 6개의 옥텟으로 구성될 수 있습니다. 여기서 처음 3개의 숫자는 OUI(Organizationally Unique Identifier)에 해당하고 마지막 3개는 NIC(네트워크 인터페이스 컨트롤러)에 해당합니다. .

Layer-2의 주요 기능은 다음과 같습니다.

오류 감지: 오류 감지는 이 계층에서 발생하지만 전송 계층에서 발생하는 오류 수정은 발생하지 않습니다. 경우에 따라 오류 비트라고 하는 원치 않는 신호가 데이터 신호에서 발견됩니다. 이 오류에 대응하기 위해서는 먼저 체크섬(checksum), CRC(Cyclic Redundancy Check) 등의 방법을 통해 오류를 감지해야 한다.
흐름 제어: 미디어를 통한 수신자와 발신자 간의 데이터 전송은 동일한 속도로 발생해야 합니다. 수신기가 데이터를 수신하는 속도보다 빠른 속도로 데이터를 프레임으로 전송하면 일부 데이터가 손실될 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 데이터 링크 계층에는 데이터 전송 라인 전체에서 일관된 속도가 유지되도록 몇 가지 흐름 제어 방법이 포함됩니다. 이러한 방법은 다음과 같을 수 있습니다.
- 양쪽 끝이 전송해야 하는 프레임 수를 결정하는 슬라이딩 윈도우 방식입니다. 전송하는 동안 시간과 자원을 절약합니다.
- stop-and-wait 메커니즘은 데이터가 전송된 후 발신자가 중지하고 수신자를 기다리기 시작하도록 요구합니다. 발신자는 수신자로부터 데이터를 받았다는 승인을 받을 때까지 기다려야 합니다.
다중 액세스 활성화: 데이터 링크 계층을 사용하면 여러 장치 및 시스템에 액세스하여 충돌 없이 동일한 전송 매체를 통해 데이터를 전송할 수도 있습니다. 이를 위해 캐리어 감지 다중 액세스 또는 충돌 감지 프로토콜(CSMA/CD)을 사용합니다.
데이터 동기화: 데이터 링크 계층에서 데이터를 공유하는 장치는 원활한 데이터 전송을 용이하게 하기 위해 양쪽 끝에서 서로 동기화되어야 합니다.

데이터 링크 계층은 브리지 및 계층 2 스위치와 같은 장치도 활용합니다. 브리지는 서로 다른 LAN 네트워크에 연결하는 2포트 장치입니다. 리피터로 작동하고 원치 않는 데이터를 필터링하여 대상 엔드포인트로 보냅니다. 동일한 프로토콜을 사용하여 네트워크를 연결합니다. 반면에 Layer-2 스위치는 시스템의 MAC 주소를 기반으로 데이터를 후속 계층으로 전달합니다.

네트워크 계층

네트워크 계층은 데이터 링크 계층의 맨 위에 위치하며 OSI 모델의 맨 아래에서 세 번째 계층입니다. 다른 또는 동일한 프로토콜 및 네트워크에서 작동하는 수신 노드로 데이터 패킷을 라우팅하기 위해 IP 주소와 같은 네트워크 주소를 사용합니다.

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두 가지 주요 작업을 수행합니다.

대상 노드에서 네트워크 패커를 재조립하는 동안 네트워크 세그먼트를 다른 네트워크 패킷으로 나눕니다.
물리적 네트워크에서 최적의 경로를 찾고 그에 따라 패킷을 라우팅합니다.

최적 경로란 이 계층이 스위치, 라우터, 다양한 오류 감지 및 처리 방법을 사용하여 데이터를 전송하기 위해 발신자와 수신자 간의 가장 짧고 시간 효율적이며 가장 쉬운 경로를 찾는 것을 의미합니다.

네트워크 계층

이를 위해 네트워크 계층은 논리적 네트워크 주소와 네트워크의 서브넷 설계를 사용합니다. 장치가 동일한 네트워크에 있는지 여부, 동일한 프로토콜을 사용하는지 여부, 동일한 토폴로지에서 작동하는지 여부에 관계없이 이 계층은 논리적 IP 주소와 라우터를 사용하여 소스에서 대상으로 데이터를 라우팅합니다. 따라서 주요 구성 요소는 IP 주소, 서브넷 및 라우터입니다.

IP 주소: 각 장치에 할당된 전역적으로 고유한 32비트 숫자로 논리적 네트워크 주소로 작동합니다. 호스트 주소와 네트워크 주소의 두 부분으로 구성됩니다. IP 주소는 일반적으로 마침표로 구분된 4개의 숫자로 표시됩니다(예: 192.0.16.1).
라우터: 네트워크 계층에서 라우터는 서로 다른 WAN(광역 네트워크)에서 작동하는 장치 간에 데이터를 통신하는 데 사용됩니다. 데이터 전송에 사용되는 라우터는 정확한 목적지 주소를 모르기 때문에 데이터 패킷이 라우팅됩니다.

그들은 네트워크 위치에 대한 정보만 갖고 라우팅 테이블에 수집된 데이터를 활용합니다. 이것은 라우터가 데이터를 전달할 경로를 찾는 데 도움이 됩니다. 최종적으로 목적지 네트워크에 데이터를 전달할 때 데이터는 네트워크의 목적지 호스트로 보내질 것입니다.

서브넷 마스크: 서브넷 마스크는 라우터가 IP 주소 외에 데이터를 전달하기 위해 대상 호스트의 위치를 검색하는 데 사용할 수 있는 논리 주소의 32비트로 구성됩니다. 원격 네트워크에 있든 하위 네트워크에 있든 호스트 및 네트워크 주소는 위치를 찾기에 충분하지 않기 때문에 중요합니다. 서브넷 마스크의 예는 255.255.255.0일 수 있습니다.

서브넷 마스크를 보면 네트워크 주소와 호스트 주소를 알 수 있습니다. 따라서 목적지 주소가 계산된 소스에서 데이터 패킷이 도착하면 시스템은 데이터를 수신하여 다음 계층으로 전송합니다. 이 계층은 계층 2와 달리 발신자가 수신자의 승인을 기다릴 필요가 없습니다.

전송 레이어

전송 계층은 OSI 모델에서 맨 아래에서 네 번째 계층입니다. 네트워크 계층에서 데이터를 가져와 응용 프로그램 계층으로 전달합니다. 이 계층에서 데이터를 “세그먼트”라고 하며 계층의 주요 기능은 완전한 메시지를 전달하는 것입니다. 또한 데이터 전송이 성공적으로 발생했을 때 확인합니다. 오류가 있으면 데이터를 반환합니다.

이 외에도 전송 계층은 데이터 흐름 제어를 수행하고 원활한 전송이 가능하도록 수신 장치와 동일한 속도로 데이터를 전송하고 오류를 관리하고 오류를 찾은 후 다시 데이터를 요청합니다.

전송 레이어

각 끝에서 무슨 일이 일어나는지 이해합시다.

발신자 측에서는 OSI 모델의 상위 계층에서 형식화된 데이터를 수신하면 전송 계층에서 분할을 수행합니다. 그런 다음 원활한 데이터 전송을 가능하게 하는 흐름 및 오류 제어 기술을 구현합니다. 다음으로 헤더에 소스 및 대상의 포트 번호를 추가하고 세그먼트를 네트워크 계층으로 끝냅니다.
수신기 측에서 전송 계층은 헤더를 보고 포트 번호를 식별한 다음 수신된 데이터를 대상 응용 프로그램으로 보냅니다. 또한 분할된 데이터의 순서를 지정하고 재조립합니다.

전송 계층은 네트워크의 장치 또는 호스트 간에 오류가 없는 종단 간 연결을 제공합니다. 내부 및 내부 하위 네트워크의 데이터 세그먼트를 제공합니다.

네트워크에서 종단 간 통신을 활성화하려면 각 장치에 TSAP(전송 서비스 액세스 지점) 또는 포트 번호가 있어야 합니다. 이것은 호스트가 원격 네트워크에서 포트 번호로 피어 호스트를 인식하는 데 도움이 됩니다. 대부분의 앱이 기본 포트 번호 80을 사용하기 때문에 일반적으로 수동으로 또는 기본적으로 찾을 수 있습니다.

전송 계층은 두 가지 프로토콜을 사용합니다.

TCP(전송 제어 프로토콜): 이 신뢰할 수 있는 프로토콜은 데이터 전송을 시작하기 전에 먼저 호스트 간의 연결을 설정합니다. 수신자가 데이터를 수신했는지 여부에 대한 확인을 보내야 합니다. 승인을 받으면 두 번째 데이터 배치를 보냅니다. 또한 전송 속도와 흐름 제어를 모니터링하고 오류를 수정합니다.
UDP(User Datagram Protocol): 신뢰할 수 없는 것으로 간주되며 연결 지향적이지 않습니다. 호스트 간에 데이터가 전송된 후에는 수신자가 승인을 보낼 필요가 없으며 계속 데이터를 보냅니다. 이것이 UDP 플러딩과 같은 사이버 공격에 취약한 이유입니다. 온라인 게임, 비디오 스트리밍 등에 사용됩니다.

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전송 계층의 일부 기능은 다음과 같습니다.

서비스 지점 주소 지정: 전송 계층에는 올바른 수신자에게 메시지를 전달하는 데 도움이 되는 포트 주소 또는 서비스 지점 주소라는 주소가 있습니다.
오류 감지 및 제어: 이 계층은 오류 감지 및 제어를 제공합니다. 데이터가 링크를 통해 이동하는 동안 오류가 포착되지 않더라도 세그먼트 또는 데이터가 라우터의 메모리 저장소에 저장되는 동안 오류가 발생할 수 있습니다. 그리고 오류가 발생하면 데이터 링크 계층에서 이를 감지할 수 없습니다. 또한 모든 링크가 안전하지 않을 수 있습니다. 따라서 전송 계층에서 오류 감지가 필요합니다. 두 가지 방법을 통해 수행됩니다.
- 주기적 중복 검사
- 체크섬 생성기 및 검사기

세션 계층

OSI 모델의 맨 아래에서 다섯 번째 계층은 세션 계층입니다. 다른 장치 간에 세션이라고도 하는 통신 채널을 만드는 데 사용됩니다. 다음과 같은 작업을 수행합니다.

세션 열기
세션 닫기
데이터 전송이 진행 중일 때 열린 상태로 완전한 기능 유지
수신 측에서 손실 없이 원활한 데이터 전송을 촉진하기 위해 서로 다른 애플리케이션 간의 대화 동기화를 제공합니다.

세션 계층은 안전한 데이터 전송을 보장하기 위해 체크포인트를 생성할 수 있습니다. 세션이 중단되는 경우 모든 장치는 마지막 체크포인트에서 전송을 재개합니다. 이 계층을 사용하면 서로 다른 플랫폼을 사용하는 사용자가 플랫폼 간에 활성 통신 세션을 생성할 수 있습니다.

프레젠테이션 레이어

아래에서 여섯 번째 레이어는 프레젠테이션 레이어 또는 번역 레이어입니다. 위에 있는 응용 프로그램 계층으로 보낼 데이터를 준비하는 데 사용됩니다. 사용자가 쉽게 이해할 수 있는 데이터를 최종 사용자에게 제공합니다.

프레젠테이션 계층은 네트워크의 두 장치가 수신기가 올바르게 수신하기 위해 데이터를 압축, 암호화 및 인코딩하는 방법을 설명합니다. 이 계층은 응용 계층이 세션 계층으로 전송한 다음 전송하는 데이터를 사용합니다.

발신자와 수신자가 서로 다른 통신 모드를 사용할 수 있어 불일치가 발생할 수 있으므로 프레젠테이션 계층은 구문을 처리합니다. 이 계층을 통해 시스템은 동일한 네트워크에서 서로 쉽게 통신하고 이해할 수 있습니다.

계층 6은 다음과 같은 작업을 수행합니다.

발신자 측에서 데이터 암호화
수신자 측에서 데이터 복호화
EBCDIC로의 ASCII 형식과 같은 번역
전송 전 멀티미디어용 데이터 압축

계층은 문자와 숫자가 포함된 데이터를 비트로 분할하여 전송합니다. 또한 필요한 형식의 네트워크 및 스마트폰, 태블릿, PC 등과 같은 다양한 장치의 데이터를 허용되는 형식으로 변환합니다.

애플리케이션 계층

애플리케이션은 OSI 모델에서 일곱 번째이자 최상위 계층입니다. 이메일 클라이언트 및 웹 브라우저와 같은 최종 사용자 소프트웨어 및 애플리케이션은 이 계층을 사용합니다.

응용 계층은 소프트웨어 시스템이 데이터를 전송하고 최종 사용자에게 의미 있는 정보를 제공할 수 있도록 하는 프로토콜을 제공합니다.

예: 응용 프로그램 계층 프로토콜은 유명한 HTTP(Hypertext Transfer Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), FTP(File Transfer Protocol) 등이 될 수 있습니다.

TCP/IP 대 OSI 모델: 차이점

TCP/IP와 OSI 모델의 주요 차이점은 다음과 같습니다.

미국 국방부(DoD)에서 만든 TCP/IP는 OSI 모델보다 오래된 개념입니다.
TCP/IP 기능 모델은 특정 통신 문제를 해결하기 위해 구축되었으며 표준 프로토콜을 기반으로 합니다. 반면에 OSI 모델은 네트워크 통신을 정의하는 데 사용되는 프로토콜 독립적인 일반 모델입니다.
TCP/IP 모델은 OSI 모델보다 더 간단하고 계층이 적습니다. 여기에는 일반적으로 다음과 같은 4개의 레이어가 있습니다.
- OSI 계층 1과 2를 결합한 네트워크 액세스 계층.
- OSI 모델에서 네트워크 계층이라고 하는 인터넷 계층
- 수송층
- OSI 레이어 5,6,7을 결합한 애플리케이션 레이어.
OSI 모델에는 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 세션 계층, 프레젠테이션 계층 및 응용 프로그램 계층의 7개 계층이 있습니다.
TCP/IP를 사용하는 응용 프로그램은 모든 계층을 활용하지만 OSI 모델에서 대부분의 응용 프로그램은 7개 계층을 모두 활용하지 않습니다. 실제로 레이어 1-3은 데이터 전송에만 필수입니다.

결론

OSI 모델에 대해 알면 개발자와 공급업체가 상호 운용 가능하고 안전한 소프트웨어 응용 프로그램 및 제품을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 서로 다른 통신 도구와 프로토콜을 구분하고 서로 작동하는 방식을 구분하는 데 도움이 됩니다. 그리고 CCNA 인증과 같은 네트워킹 시험을 통과하려는 학생이라면 OSI 모델에 대해 아는 것이 도움이 될 것입니다.