프로토콜, OSI 7계층, TCP/IP 4계층

OSI는 Open System Interconnection의 약자로써 다른 시스템 간의 원활한 통신을 위해 ISO(국제표준화기구)에서 제안한 통신 규약(Protocol)이다.

TCP/IP는 Transmission Control Protocol의 약자로써 인터넷에 연결된 서로 다른 기종의 컴퓨터들이 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 표준 프로토콜이다. 그렇다면 여기서 말하는 프로토콜(Protocol)은 무엇을 뜻하는 걸까?

 

프로토콜이란 서로 다른 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 수행할 수 있도록 표준화시켜 놓은 통신 규약이다. 이게 무슨 말이냐면 예를 들어 우리는 상대방과 의사소통하기 위해 먼저 인사를 한다. 상대방이 의사소통을 이어나가길 원한다면 똑같이 인사를 해줄 것이고 아니라면 무시하거나 부정적인 반응을 보일 것이다. 우리는 이 과정을 통해 상대방과 의사소통을 이어나갈 것인지 판단할 수 있을 것이다.

 

프로토콜은 3가지 기본 요소가 존재한다.

• 구문(Syntax) : 전송하고자 하는 데이터의 형식, 부호화, 신호 레벨 등을 규정
• 의미(Semantics) : 두 기기 간의 효율적이고 정확한 정보 전송을 위한 협조 사항과 오류관리를 위한 제어정보를 규정
• 시간(Timing) : 두 기기 간의 통신 속도, 메시지의 순서 제어 등을 규정

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서로 다른 기기들 간의 원활한 데이터 교환을 위해 프로토콜은 다양한 기능들을 지원한다.

 

프로토콜의 어떤 것인지는 대충 이해했을 것이다. 그렇다면 OSI 7계층에 대해서 알아보자. OSI 7계층은 다른 시스템 간의 통신 시 필요한 장비 및 처리 방법 등을 과정에 따라 7단계로 나눈 모델이다.

우리가 어떤 데이터를 전송한다면 최상위 계층인 응용 계층에서 최하위 계층인 물리 계층까지 지나가면서 각 계층마다 데이터가 처리되면서 전송 매체에게 데이터가 전달된다. 이 과정이 바로 프로토콜의 기능에서 본 단편화 과정이다.

각 계층은 단편화를 통한 프로토콜 데이터 단위(Protocol Data Unit)을 가지고 있다. 컴퓨터는 0과 1로만 이루어져 있기 때문에 모든 단편화 과정을 통한 물리 계층에서의 최종적인 데이터 형태를 비트라고 한다.

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1. 물리 계층(Physical Layer)

물리 계층은 전송에 필요한 두 장치 간의 실제 접속과 절단 등 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 특성에 대한 규칙을 정의한 계층이다. 물리 계층의 프로토콜 데이터 단위는 비트이다. 관련된 장비로는 리피터, 허브가 있다.

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2. 데이터 링크 계층(Data Link Layer)

데이터 링크 계층은 두 개의 인접한 개방 시스템들 간에 신뢰성 있고 효율적인 정보 전송을 할 수 있도록 하는 계층이다. 데이터 링크 계층의 주요 기능으로는 흐름 제어, 프레임 동기화, 오류 제어, 순서 제어가 있다. 데이터 링크 계층의 프로토콜 데이터 단위는 프레임이다. 관련된 장비로는 랜카드, 브리지, 스위치가 있다.

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3. 네트워크 계층(Network Layer)

네트워크 계층은 개방 시스템들 간의 네트워크 연결을 관리하는 기능과 데이터의 교환 및 중계 기능을 하는 계층이다. 네트워크 링크 계층의 주요 기능으로는 경로 설정, 데이터 교환 및 중계, 트래픽 제어, 패킷 정보 전송이 있다. 네트워크 계층의 프로토콜 데이터 단위는 패킷이다. 관련된 장비로는 라우터가 있다.

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4. 전송 계층(Transport Layer)

전송 계층은 논리적 안정과 균일한 데이터 전송 서비스를 제공함으로써 종단 시스템 간에 투명한 데이터 전송을 가능하게 하는 계층이다. 전송 계층의 주요 기능으로는 주소 설정, 다중화, 오류 제어, 흐름 제어가 있다. 전송 계층의 프로토콜 데이터 단위는 세그먼트이다. 관련된 장비로는 게이트웨이가 있다.

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5. 세션 계층(Session Layer)

세션 계층은 송·수신 측 간의 관련성을 유지하고 대화 제어를 담당하는 계층이다. 세션 계층의 주요 기능으로는 대화 구성 및 동기 제어, 데이터 교환 관리 기능이 있다. 세션 계층의 프로토콜 데이터 단위는 메시지이다.

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6. 표현 계층(Presentation Layer)

표현 계층은 응용 계층으로부터 받은 데이터를 세션 계층에 보내기 전에 통신에 적당한 형태로 변환하고, 세션 계층에서 받은 데이터는 응용 계층에 맞게 변환하는 기능을 담당하는 계층이다. 표현 계층의 주요 기능으로는 코드 변환, 데이터 암호화, 데이터 압축, 구문 검색, 정보 형식 변환, 문맥 관리 기능이 있다. 표현 계층의 프로토콜 데이터 단위는 세션 계층과 동일하게 메시지이다.

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7. 응용 계층(Application Layer)

응용 계층은 사용자가 OSI 환경에 접근할 수 있도록 서비스를 제공하는 계층이다. 간단히 말해서 우리는 카카오톡을 이용해 상대방에게 메시지를 보낼 때 이 메시지가 어떻게 전송되는지는 알 필요가 없이 그냥 서비스를 사용하면 된다. 응용 계층의 주요 기능으로는 응용 프로세스 간의 정보 교환, 전자 사서함, 파일 전송, 가상 터미널 등의 기능을 제공한다. 응용 계층의 프로토콜 데이터 단위는 역시 동일하게 메시지이다.

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이번에는 TCP/IP 4계층에 대해서 알아보자. 네트워크 전송 시 데이터 표준을 정리한 것이 OSI 7계층이라면 이 이론을 실제 사용하는 인터넷 표준이 TCP/IP 4계층이다.

1. 네트워크 액세스 계층(Network Access Layer)

네트워크 액세스 계층은 OSI 7계층의 데이터 링크, 물리 계층에 해당한다. 실제 데이터(프레임)을 송·수신하는 역할을 담당한다. 주요 프로토콜은 Ethernet, IEEE 802, HDLC, X.25, RS-232C, ARQ가 있다.

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2. 인터넷 계층(Internet Layer)

인터넷 계층은 OSI 7계층의 네트워크 계층에 해당한다. 데이터 전송을 위한 주소 지정, 경로 설정을 제공한다. 주요 프로토콜은 IP, ICMP, IGMP, ARP, RARP가 있다.

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3. 전송 계층(Transport Layer)

전송 계층은 OSI 7계층의 전송 계층에 해당한다. 호스트들 간의 신뢰성 있는 통신을 제공한다. 주요 프로토콜은 TCP, UDP가 있다.

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4. 응용 계층(Application Layer)

응용 계층은 OSI 7계층의 응용, 표현, 세션 계층에 해당한다. 응용 프로그램 간의 데이터 송·수신을 제공한다. 주요 프로토콜은 TELNET, FTP, SMTP, SNMP, DNS, HTTP가 있다.