계층화된 프로토콜의 역할
(표 1)은 OSI 참조 모델을 정리한 것이다. 여기서 가장 아래 부분인 물리 계층부터 각각의 계층마다 고유의 작업들이 정의돼 있다.
또한 각 계층은 반드시 자신의 영역에서 운영되는 하위 계층을 통해 서비스를 받고, 상위 계층으로 서비스를 제공하도록 규정돼 있다. 예를 들면 3계층의 네트워크 계층은 2계층인 데이터링크 계층을 통해 서비스를 받고, 상위 계층인 전송 계층에 작업한 내용을 서비스하는 식이다.
한편 각 계층은 전송 데이터에 각 계층에서의 요구 조건과 처리 정보를 포함한 헤더라는 고유의 제어 정보를 전달 메시지에 추가해 다음 계층으로 보내며, 수신측의 동일 계층에 의해 해석돼 처리된다. 예를 들면 송신측 컴퓨터의 5계층에서 추가된 헤더는 수신측 컴퓨터의 5계층에서 해석되며, 해석된 헤더는 지정된 작업을 수행한 다음 제거된 상태로 다음 계층으로 넘어가, 최종적으로 수신측 컴퓨터에는 데이터만 전송된다.
이때 각 계층 간에 전달되는 데이터의 단위는 계층에 따라 서로 다른 이름으로 불리며, 이를 ‘서비스 데이터 단위’라고 한다.
프로토콜이 데이터를 전송하기 위해 사용하는 기본 단위를 PDU(Protocol Data Unit)라고 한다. 즉, 물건을 운반할 때 상자 단위로 포장해 운반하는 것과 같이 프로토콜은 정보의 운반을 위해 PDU라는 상자를 이용하는 것이다.
상자 단위로 물건을 포장해서 운반할 때 상자마다 물품의 내용이나 발송처, 수신처 등을 표기하는 것과 마찬가지로 PDU에도 사용자 정보뿐만 아니라 데이터의 발신처와 수신처에 대한 주소 정보와 전송 중에 에러가 발생했는지 확인하기 위한 패리티, 그밖에 흐름 제어 등을 위한 각종 정보가 함께 들어간다.
계층화된 프로토콜에서는 계층마다 PDU 이름을 독특하게 붙여 사용하는 경우가 있다(표 2). 2계층 PDU는 프레임(Frame), 3계층 PDU는 패킷(Packet), 4계층 PDU는 세그먼트(Segment) 등으로 부르는 것이 일반적이다. 그리고 특별한 이름이 없는 경우에는 그냥 몇 계층의 PDU라고 부른다. 특히 세그먼트라고 불리는 4계층 PDU는 TCP에서 사용하는 경우가 많다.
TCP/IP와 OSI 참조 모델
일반적으로 가장 많이 사용되는 TCP/IP를 통해 OSI 참조 모델과 프로토콜에 대해 알아보자.
TCP/IP는 좁은 의미로는 1969년 미국방부가 제시한 ARPNET (Advanced Research Projects Agency NETwork)에서 제안한 프로토콜의 집합 중 인터네트워킹에 대한 핵심적 기능을 제공하는 TCP와 IP만을 지칭한다. 하지만 OSI의 3계층에서 7계층까지 해당 소프트웨어나 서비스 관련 프로토콜을 통틀어 얘기할 때도 사용한다.
TCP/IP는 3계층 프로토콜인 IP와 4계층 프로토콜인 TCP가 합쳐진 용어다(그림 2). 네트워크 계층에 해당하는 IP는 네트워크 환경에 흩어져있는 여러 노드 중에서 지정된 목적지를 찾아가는 경로를 설정하는 작업을 수행하고, TCP는 안정된 데이터 전송을 위해 흐름과 오류를 제어하는 역할을 맡는다.
TCP 외에 또 다른 4계층 프로토콜 중 하나인 UDP(User Datagram Protocol)는 TCP와는 달리 데이터의 신뢰성있는 전송을 보장하지는 않는다. 그러나 신뢰성이 매우 높은 회선을 사용하거나 데이터의 확실한 전송을 요하지 않는 통신, 또는 한번에 많은 상대에게 메시지를 전송할 경우에는 보다 효율적이다.
일반적인 고속 이더넷 환경에서 FTP를 통해 서버에 접속하는 경우를 OSI 참조 모델을 통해 생각해 보자. 우선 클라이언트의 FTP 클라이언트는 애플리케이션 계층의 프로토콜인 FTP 규격에 맞춰 데이터에 헤더를 붙여 하위 계층으로 전송하고, 4계층 TCP 프로토콜이 수신측 서버의 4계층과 통신을 통해 데이터의 정합성을 테스트하고 오류가 있을 경우 재전송을 하는 등의 일을 처리한다. 또한 3계층에서는 IP 어드레스를 통해 송신측이 특정 수신측을 지정하고 경로를 설정한다.
그 아래의 2계층과 1계층에서는 두 노드 사이의 물리적인 연결과 디지털 데이터를 전기적인 신호로 변환해 전송하고 신호가 약할 경우에는 증폭하는 등의 일을 처리한다.
OSI 참조모델의 계층별 이해
물리 계층
OSI 7계층 참조 모델의 1계층은 물리 계층이다. 이 계층에서 담당하는 것은 네트워크 케이블과 신호에 대한 것으로, 물리적 신호(bit)의 전송 규칙을 조정하는 역할을 한다.
물리 계층은 전송 매체에 대한 규정은 정하지 않지만, 이를 구현하는 방법적인 면에서는 전송 매체와 깊은 관계를 맺고 있다. 참고로 물리 계층과 관련된 네트워크 연결 장비들은 다음과 같다.
- 허브나 리피터 등의 전기적 신호를 재발생시키는 장비
- 각종 커넥터와 같은 전송 매체 연결 소자 등의 기계적인 연결 장치
- MODEM, CODEC 등 디지털/아날로그 신호 변환기
기본적으로 네트워크는 일대일 또는 멀티 포인트 방식으로 연결된다. 잘 알고 있듯이 일대일 방식은 두 통신 장비들이 직접 연결된 상태를 말한다. 이런 식으로 연결하면 회선을 전용으로 사용할 수 있으므로, 장비간 정해진 전송 용량과 대역폭을 보장받을 수 있다. 한편 멀티 포인트 연결은 3대 이상의 장비를 연결하는 방식을 말한다. 이 방식은 같은 주파수대를 공유하며, 전송 매체에 연결된 모든 장비가 전체 기능을 공유할 수 있다. 일반적으로 대규모 네트워크를 구축할 경우에는 일대일 연결과 다중점 방식을 적절히 혼합하는 방식으로 설계한다.
이 같이 다양하게 연결된 네트워크의 형태를 토폴로지라고 부른다. 즉, 어떤 형태나 구조로 연결된 것을 네트워크 토폴로지(Network Topology)라고 이해하면 된다. 단, 눈으로 보이는 물리적인 토폴로지 형태가 논리적으로는 동일하지 않을 수도 있다. 일반적인 토폴로지에는버스형(Bus), 링형(Ring), 스타형(Star), 메시형(Mesh), 셀룰러형(Cellular) 등이 있다.
1계층에서는 이외에도 전기적인 펄스나 광학적인 방법 또는 전자기적 파동을 통해 신호를 전달하는 방법에 대한 정의도 수행하며, 동기화 방식, 대역폭 등에 대한 개념을 정의한다.
데이터 링크 계층
OSI 참조 모델의 두 번째 계층인 데이터링크 계층은 데이터 패킷을 생성하고 전송하는 방법을 규정하는 프로토콜에 대한 계층이다. 이 계층이 하는 일은 물리 계층에서 넘어오는 데이터의 오류를 검사하고 복구 기능을 담당할 뿐 아니라, 시스템 간 전송 속도 차에 의한 오류나 흐름 제어까지 도맡아 처리한다. 쉽게 얘기하자면 화물을 트럭에 싣고, 각 트럭을 고속도로로 보내며 화물이 무사히 목적지에 도착하도록 관리하는 역할을 담당한다.
다른 모든 계층과 마찬가지로 데이터링크 계층 또한 고유의 식별 정보를 전송 데이터 앞에 붙이고 있다. 이 정보에는 수신자와 송신자(물리적 또는 하드웨어적인)의 어드레스와 프레임 길이, 그리고 상위 계층의 정보가 포함돼 있다. 이 계층에 속하는 네트워크 연결 장비로는 브리지, 지능형 허브 등을 들 수 있다.
데이터 링크 계층의 여러 기능은 대개 MAC(Media Access Control)과 LLC(Logical Link Control)의 두 가지 계층으로 다시 세분화할 수 있다. MAC 계층은 동일 채널을 공유하는 통신 방법을 제어하기 위한 것이고, LLC 계층은 데이터 전송을 위해 각 장비들을 논리적으로 연결하고, 연결을 유지하는 역할을 담당한다.
네트워크 계층
네트워크 계층은 여러 개의 독립적인 네트워크 사이에서 데이터 전송에 관한 계층이다. 앞서 설명한 데이터링크 계층의 데이터 전송은 물리적인 장치의 어드레스 지정을 통해 단일 네트워크로 연결된 모든 장치에 데이터를 브로드캐스팅하며, 수신측 장비에서 확인해 자신에게 오는 데이터를 수신받는 방식이다.
그러나 네트워크 계층에서는 네트워크와 네트워크를 연결하는 인터네트워킹 환경에서 특정 경로를 선택해 권한이 없는 네트워크에 데이터를 전송하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또한 서로 다른 네트워크로 구성된 인터네트워킹을 통해 올바른 데이터 경로를 보장할 수도 있다. 네트워크 계층에서는 기본적으로 다음과 같은 사항을 수행한다
- 논리적으로 분리된 모든 네트워크에 고유한 네트워크 어드레스를 부여한다.
- 인터네트워크를 통해 컴퓨터와 라우터가 최적의 데이터 경로를 결정하도록 라우팅을 구현한다.
- 네트워크는 인터네트워크 내에서 예상되는 오류의 개수에 따라 서로 다른 단계의 연결 서비스를 구현한다.
전송 계층
전송 계층은 복잡한 하위 계층 구조를 상위 계층이 알 필요가 없도록 감추기 위한 계층이다. 여기서는 상위 계층의 메시지를 세그먼트화한 후, 이 세그먼트를 세션 계층이나 상위 계층 프로세스에게 신뢰성 있게 전달하는 역할을 한다. 전송 계층은 하위 계층에서의 신뢰성이 모자라는 연결 서비스나 연결 지향 연결 서비스가 갖는 미비점을 해소하기 위한 역할을 수행한다. 여기서 신뢰성이 보장된다는 말은 데이터가 항상 전달된다는 것을 의미하지는 않는다.
예를 들어 케이블이 끊어졌을 경우에는 데이터의 전달을 보장할 수 없다. 만일 어떤 데이터가 수신측 장치에게 올바르게 전달되지 않은 경우, 전송 계층은 재전송을 개시하거나 상위 계층에게 이 사실을 통보할 수 있으며, 이에 근거해 상위 계층에서는 필요한 조치를 취하거나 사용자에게 옵션을 제공하게 된다.
세션 계층
세션 계층은 상위 계층에서 필요로 하는 서버 이름과 어드레스를 하위 계층에서 제공되는 논리 어드레스 정보를 사용해 식별할 뿐 아니라, 서비스 제공자와 요청자 간을 연결하고 대화를 개시하는 역할을 담당한다. 이 기능을 수행하는 경우 세션 계층은 각 네트워크 구성 요소를 소개하거나 식별해내며 액세스 권한을 조정하기도 한다.
프리젠테이션 계층
프리젠테이션 계층은 변환과 암호화를 통해 데이터를 주고받는 서로 다른 환경의 컴퓨터와 애플리케이션이 데이터를 이해할 수 있도록 돕는 기능을 수행한다.
애플리케이션 계층
사용자로부터 데이터를 받아 하위 계층으로 전달하고, 하위 계층에서 전달하는 데이터를 사용자에게 전달하는 애플리케이션 계층은 여러 가지 실제적인 네트워크 서비스를 제공하는 계층이다.
애플리케이션 계층에는 각각의 네트워크 서비스에 대한 특정한 주제와 기능이 포함된다. 다시 말해, 이 계층 하부에 있는 여섯 계층이 일반적으로 네트워크 서비스를 지원하는 기술과 작업을 포함하는데 반해, 애플리케이션 계층에서는 특정 네트워크 서비스 기능을 수행하는데 필요한 프로토콜을 지원한다.
애플리케이션 계층 프로토콜이 지원하는 서비스로는 네트워크 서비스에 해당하는 파일, 프린트, 메시지, 애플리케이션, 데이터베이스 서비스 등이 포함된다.
OSI 7계층을 만든 이유는 프로토콜을 체계적으로 연구하기 위한 목적 외에도, 공용으로 사용할 수 있는 공개된 프로토콜을 만들기 위한 것도 있었다. 그러나 7계층이 발표된 시점에 이미 많은 프로토콜이 사용되고 있었고, 특히 WAN에서는 TCP/IP가 표준으로 자리잡아 독보적인 위치를 확보하고 있었다.
그 이후, 1계층과 2계층에서는 이더넷, 3계층과 4계층에서는 TCP/IP, NetBEUI, IPX 등이 업계 표준으로 자리잡았다.
한편 5, 6, 7계층은 각각이 별도로 구현되기보다는 통합된 형태의 서비스라는 이름으로 제공된다. 텔넷, FTP, 전자우편(SMTP, POP), HTTP, 뉴스그룹(NNTP), NetBIOS 등이 이와 같은 서비스에 해당한다.
출처 SERI.ORG
