🌐 구조적 모델 - 1

개요

네트워크의 구성

네트워크는 다수의 시스템을 전송 매체로 연결한 시스템들의 집합체입니다.

• 소규모 네트워크들이 전송 매체로 연결되어 더 큰 네트워크로 반복 확장 가능
• 외형상으로는 호스트 시스템과 전송 매체로 구분
• 내부 기능을 기준으로 다양한 구조로 세분화 가능

계층 모델의 필요성

호스트가 제공하는 복잡한 네트워크 기능을 연관된 그룹으로 묶어 계층 모델로 설명할 수 있습니다.

1. OSI 7계층 모델

표준화의 필요성

다수의 시스템을 서로 연결해 통신하려면 전체 시스템 구조를 먼저 표준화해야 합니다.

ISO (International Standard Organization)

• 국제 표준화 단체
• OSI (Open Systems Interconnection) 7계층 모델 제안
• 네트워크 연결 시스템의 기본 구조와 기능을 상세히 정의

2. 계층 구조

기본 원리

OSI 7계층 모델에 따르면, 네트워크에 연결된 호스트는 7개 계층으로 모듈화된 전송 기능을 갖춰야 합니다.

데이터 송신 과정

사용자 요청
    ↓
계층 7 (응용 계층) ← 시작점
    ↓
계층 6 (표현 계층)
    ↓
계층 5 (세션 계층)
    ↓
계층 4 (전송 계층)
    ↓
계층 3 (네트워크 계층) ← 라우터 처리
    ↓
계층 2 (데이터 링크 계층)
    ↓
계층 1 (물리 계층) ← 전송 매체
    ↓
상대 호스트로 전송

처리 방향

• 일반 사용자는 응용 계층을 통해 데이터 송수신 요청
• 요청은 하위 계층으로 순차 전달
• 각 계층은 자신이 담당하는 기능을 수행
• 맨 아래 물리 계층을 통해 상대 호스트에 전송
• 라우터는 하위 3개 계층의 기능만 수행

데이터 수신 과정

물리 계층 (수신)
    ↓
데이터 링크 계층
    ↓
네트워크 계층
    ↓
전송 계층
    ↓
세션 계층
    ↓
표현 계층
    ↓
응용 계층 ← 최종 도착
    ↓
사용자에게 전달

처리 방향

• 물리 계층으로 들어온 데이터는 상향 전달
• 순차적으로 응용 계층까지 올라감
• 회신 시 반대 과정을 거쳐 송신 호스트로 전송

계층 간 관계

최종 주체

• 데이터 송수신의 최종 주체는 양쪽 호스트의 응용 계층

계층별 역할

• 각 하위 계층은 바로 위 계층을 지원하는 고유 기능 수행
• 모든 상하 계층에 대하여 상대적 원리 적용
• 각 계층은 데이터 전송에 필요한 기능을 분담 처리

3. 계층별 기능

각 계층은 독립적인 고유 기능을 수행하며, 하위 계층이 상위 계층에 서비스를 제공합니다.

📊 계층별 핵심 기능 요약

계층 1: 물리 계층 (Physical Layer)

역할

• 호스트를 전송 매체와 연결하기 위한 인터페이스 규칙 정의
• 전송 매체의 특성 다루기

전송 매체 종류

• 유선 매체: 동축 케이블, 광섬유 등
• 무선 매체: 무선 신호, 적외선 등

💡 핵심
물리적인 전송 매체로 연결되어야 데이터 전송이 가능합니다.

계층 2: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

배경

• 물리 계층 전송 과정에서 잡음(Noise) 등 외부 요인으로 물리적 오류 발생

주요 기능

• 오류 제어 (Error Control) 수행
  • 오류 발생 사실 인지
  • 오류 복구

오류 감지 방식

1. 물리 계층이 오류를 감지(Sense)하여 상위 계층에 알림
2. 데이터 링크 계층이 독자적으로 오류 감지

대표적 물리적 오류

• 데이터 분실: 데이터가 도착하지 못함
• 데이터 변형: 내용이 깨져서 도착

오류 복구 방법

• 송신자가 원래 데이터를 재전송 (Retransmission)

계층 3: 네트워크 계층 (Network Layer)

역할

• 데이터가 올바른 경로를 선택하도록 지원
• 라우터(Router)를 통한 중개 기능

주요 기능

1. 경로 설정 (Routing)

• 송신 호스트에서 수신 호스트까지 최적 경로 선택
• 여러 라우터를 거치는 과정 관리

2. 오류 제어

• 데이터 중개 과정에서 발생하는 오류 처리

3. 혼잡 제어 (Congestion Control)

• 네트워크 부하 증가 시 특정 지역의 혼잡 방지
• 데이터 전송 경로와 관련된 제어

네트워크 구조

• 내부: 라우터들로 구성
• 외부: 송수신 호스트 연결

계층 4: 전송 계층 (Transport Layer)

배경 이해

• 데이터 교환의 최종 주체는 호스트가 아닌 응용 프로세스
• 네트워크 계층은 호스트 간 전송만 지원

역할

• 프로세스 간 연결 (Connection) 기능 제공
• 송신 프로세스와 수신 프로세스 간 안전한 데이터 전송 지원

특징

• 데이터 전송 경로의 양 끝단 간 연결이 완성되는 계층
• 종단 간 (End-to-End) 통신 담당

🔧 구현 방식
일반적으로 계층 1~4 기능은 운영체제에서 시스템 콜(System Call) 형태로 제공됩니다.
계층 5~7은 응용 프로그램으로 작성됩니다.

계층 5: 세션 계층 (Session Layer)

정의

• 전송 계층 연결보다 더 상위의 논리적 연결 지원
• 응용 환경에서 사용자 간 대화(Dialog) 개념의 연결

전송 계층과의 차이

실제 활용 예시

파일 송수신 중 연결이 끊긴 경우:

1. 전송 계층의 연결 종료 (물리적 연결 끊김)
2. 전송 계층 연결 재설정
3. 세션 계층이 이전 중단 지점부터 이어서 전송 지원

💾 핵심 기능
중단 지점을 기억하고 재개할 수 있는 체크포인팅(Checkpointing) 기능

계층 6: 표현 계층 (Presentation Layer)

기본 역할

• 데이터의 의미(Semantic)를 잃지 않도록 올바른 표현(Syntax) 방법 제공
• 호스트들이 표준화된 방법으로 데이터 인식 가능

주요 기능

1. 데이터 표현

• 정보 교환 시 표준화된 형식 사용
• 문자 인코딩, 데이터 구조 변환

2. 압축 (Compression)

• 대용량 멀티미디어 데이터 압축
• 전송 데이터 양 감소
• 예시: 동영상, 이미지 압축

3. 암호화 (Encryption)

• 네트워크 보안 기능
• 외부 침입자로부터 데이터 보호
• 개인 정보 및 금융 거래 보안

🔐 보안 중요성
인터넷을 통한 개인 정보 처리와 금융 상거래가 증가하면서
인터넷 보안의 중요성이 점점 커지고 있습니다.

계층 7: 응용 계층 (Application Layer)

역할

• 일반 사용자를 위한 다양한 네트워크 응용 서비스 지원

발전 추세

• 과거: 단순 정보 검색 지원
• 현재: 인공지능과 결합
• 미래: 사회 전반의 모든 영역으로 확장

서비스 범위

• 특정 분야에 한정되지 않음
• 사회 전반의 모든 영역으로 발전
• 금융, 교육, 의료, 엔터테인먼트 등 다양한 분야

대표적 응용 서비스

• 웹 브라우징 (HTTP/HTTPS)
• 이메일 (SMTP, POP3, IMAP)
• 파일 전송 (FTP)
• 원격 접속 (SSH, Telnet)
• DNS (도메인 이름 서비스)

📝 계층별 핵심 정리

하위 계층 (1-3): 데이터 전송 담당

계층 1 (물리) → 물리적 비트 전송
계층 2 (데이터 링크) → 직접 연결된 노드 간 신뢰성
계층 3 (네트워크) → 경로 선택 및 라우팅

중간 계층 (4): 종단 간 통신

계층 4 (전송) → 프로세스 간 신뢰성 있는 연결

상위 계층 (5-7): 응용 서비스

계층 5 (세션) → 대화 관리
계층 6 (표현) → 데이터 형식, 압축, 암호화
계층 7 (응용) → 사용자 서비스

🎯 OSI 모델의 의의

표준화의 장점

1. 상호 운용성: 다른 제조사 제품 간 호환 가능
2. 모듈화: 각 계층을 독립적으로 개발 및 개선
3. 문제 해결: 계층별로 문제 영역을 명확히 구분
4. 학습 용이성: 복잡한 네트워크를 체계적으로 이해

각 계층의 독립성

• 한 계층의 변경이 다른 계층에 영향을 주지 않음
• 각 계층은 명확한 인터페이스를 통해 서비스 제공
• 기술 발전에 따라 특정 계층만 교체 가능

📚 실무 참고
실제 인터넷은 TCP/IP 모델을 주로 사용하지만,
OSI 7계층 모델은 네트워크 개념을 이해하는 표준 참조 모델로 활용됩니다.