하루에 하나씩 배우는 컴퓨터 사이언스 개념: OSI 7 레이어(1, 2, 3계층 이해)

하루에 하나씩 배우는 컴퓨터 사이언스 개념 시리즈에서 오늘은 'OSI 7 레이어(1, 2, 3 계층계층 이해)'에 대해 알아보겠습니다. 네트워크 통신의 기본 원리를 이해하는 것은 복잡한 데이터 전송 과정을 제어하고 효율적으로 관리하는 데 중요한 역량입니다. 이번 글에서는 OSI 모델의 첫 세 계층인 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층에 대한 기본적인 개념과 그 동작 방식에 대해 자세히 설명합니다.

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1. OSI 7 레이어란?

 

OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 국제 표준화 기구(ISO)에서 제안한 네트워크 프로토콜 디자인을 위한 개념적 프레임워크입니다. 이 모델은 네트워크 프로세스를 7개의 독립된 계층으로 나누어 설명합니다. 각각의 계층은 특정한 목적과 기능들을 담당하며 상위와 하위 계층과 서비스를 교환합니다.

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2. (1) 물리 계층 (Physical Layer)

 

물리계층은 OSI 모덱의 가장 아래 단계로서 비트 단위의 정보를 전기적 신호로 변환하여 통신 매체를 통해 전송하는 역할을 합니다. 즉, 디지턱 데이터를 아날로그 신호로 변환하거나 그 반대 작업을 수행하는 것입니다.

 

데이터가 어떻게 전기적 신호로 변환되고 다시 데이터로 복원되는지 등 여러 가지 저수준 디바이스들이 이용되며 코일, RF(라디오 주파수), 인프라레드 등 다양한 매체와 연결 장치 등을 사용하여 데이터가 안전하게 전달됩니다.

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3. (2) 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

 

데이터 링크 계충은 물리계충으로부터 받은데이터 링크 계층 (Data Link Layer)은 물리계층으로부터 받은 정보를 네트워크 계층으로 전송하며 오류 검출 및 수정을 수행합니다. 즉, 비트들이 구성된 패킷(Frame) 단위로 정보를 관리하며 에러 검출 및 재전송 등의 기능도 수행합니다.

 

데이터 링크 계층에서는 MAC(Media Access Control) 주소라는 고유한 식별자를 사용하여 네트워크 상의 장치들을 구분합니다. 이렇게 함으로써, 데이터가 올바르게 전달될 수 있도록 합니다.

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4. (3) 네트워크 계층 (Network Layer)

 

네트워크 계층에서는 IP 주소 할당과 경로 선택 등이 이루어집니다. 여러 개의 패키지가 목적지까지 가장 최적화된 경로(라우팅)를 찾아 전송되도록 관리하는 역할입니다.

 

네트워크 계층에서는 다양한 라우팅 알고리즘과 프로토콜을 활용하여 데이터 패킷이 목적지까지 가장 효율적인 경로를 통해 전달될 수 있도록 합니다.

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5. 레이어 작동 예시

 

OSI 모델의 첫 세 가지 레이어가 어떻게 작동하는지에 대한 예시입니다:

 

1) Physical Layer (물리 계층) 예제:

 

물리 계층에서는 주로 하드웨어 장치들이 작동하는 방식을 다룹니다. 예를 들면, 네트워크 통신을 위해 사용되는 케이블 종류와 핀 배치, 전압 등의 물리적인 성질에 대한 규정들이 이곳에서 정의됩니다.

 

예를 들어, RJ-45 커넥터가 사용되는 이더넷 케이블은 데이터를 비트 단위로 전송하는 데 사용됩니다. 이러한 비트들은 디지털 신호에서 아날로그 신호로 변환되거나 그 반대 작업을 수행하여 전송됩니다.

 

 

2) Data Link Layer (데이터 링크 계층) 예제:

 

데이터 링크 계층에서는 프레임(frame)으로 변환된 패킷들을 처리합니다. 여기서 중요한 개념은 MAC(Media Access Control) 주소입니다.

 

MAC 주소는 각 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 고유하게 할당된 식별자입니다. 데이터 링크 계층에서 MAC 주소를 사용하여 네트워크 내의 장치를 식별하고 데이터 프레임을 올바르게 전달합니다.

 

 

3) Network Layer (네트워크 계층) 예제:

 

네트워크 계층은 IP(Internet Protocol) 주소를 사용하여 패킷의 출발점과 목적지를 식별합니다.

 

예시로, 한 컴퓨터가 다른 컴퓨터에 데이터 패킷을 보낼 때 네크워크 계층에서 IP주소가 할당되며 이 IP주소 정보가 담긴 패킷이 최적의 경로(라우팅 알고리즘에 의해 결정됨)를 통해 목적지까지 전송됩니다.

 

각 OSI 모델 레이어마다 별도의 역할과 기능들이 있으며 서로 상호작용하면서 데이터 통신을 가능하게 합니다. 이해를 돕기 위한 이러한 예시들은 실제 네트워크 환경에서의 복잡한 상호작용을 단순화하여 보여주는 것입니다.

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6. OSI 모델과 네트워크 통신

 

네트워크 통신은 대부분 OSI 모델에 기반하여 이루어집니다. 각 계층은 독립적으로 작동하며, 각각의 역할을 수행함으로써 전체 네트워크 통신 프로세스를 원활하게 만듭니다.

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7. 추가적인 고려사항

 

OSI 모델은 이론적인 프레임워크이며 실제 네트워크 프로토콜과 완벽하게 일치하지는 않습니다. 예를 들어, 인터넷 프로토콜 스택은 OSI 모델의 일부 계층을 합친 형태를 가지고 있습니다. 그러나 OSI 모델을 이해하는 것은 네트워크 통신의 복잡성을 단계별로 분해하고 각 부분이 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 데 매우 유용합니다.

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8. 결론

 

오늘 배운 내용으로 컴퓨터 네트워킹의 기본 원리를 이해하는 데 필요한 중요한 개념들을 알아보았습니다: OSI 7 레이어 중 첫 세 가지 레이어인 물리계층, 데이터 링크계층 그리고 네트워크계층입니다.
하지만 실제 컴퓨터 네트워킹 환경에서는 훨씬 복잡한 요소들과 함께 작동합니다. 따라서 우리는 계속해서 고급 네트워크 개념과 프로토콜들에 대해서도 배우고 이해할 필요가 있습니다.

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