OSI 7 계층 - 실무와 연관해서 배우는 1,2,3 계층

안녕하세요. 

오늘은 제가 데이터 센터(Cloud Service)에서 직접 테크니션으로 일하면서 OSI 의 논리적 개념과 실무에서 사용하는 연관성에 대해 설명드릴꺼에요.

제가 항상 IT 관련 자격증이나 대학 공부를 할 때 머리속에 그 개념이 그려지지 않아 단순 암기만 해서 힘들었던 기억이 많아서요. 네트워크의 가장 기본인 OSI 7 계층, 그 중에서도 직접 접하기 힘든 1,2,3 계층을 실무를 통해 알려드릴께요.

먼저 전체적인 7 단계에 대해 말씀드릴께요. 

OSI (Open System Interconnection) 7 계층

1. Physical(물리) 단계부터 7. Application(응용) 단계 까지 있는데 흔히 우리가 직접 보고 사용(Communication) 하는 인터넷의 형태가 7. 응용 단계 입니다.

그러면 7가지 단계를 쉽게 표현해보겠습니다.

※사용자의 요청에 의해 서버에서 정보(Data)가 사용자(Host)에게 전달된다고 가정했을 때.

1. 물리단계 - 서버에 직접 연결되어있는 connection, 즉 케이블과 서버(Machine)와의 소통에 대한 단계

2. 데이터 링크 - 서버에서 나온 비트(Bit) 데이터를 디지털 데이터로 변환(MAC 주소로 서버에서 스위치까지 전달)

3. 네트워크(IP) - 데이터가 스위치에서 라우터(Router)를 통해 데이터를 사용자(Host)에게 전달할  첫 준비를 하는 단계 (라우터부터는 물리적 연결이 없음, 여기서 MAC 주소가 IP 주소로 변환 됨)

4. 전송(TCP) - 데이터를 패킷형태로 스위치에게 받아 사용자(Host)에게 전달하는 단계. *IP 주소를 통해 목적지에 도달. Reliability = stability - 안정성(데이터가 손상되지 않고 정확히 전달)

5. 세션 -  사용자의 컴퓨터와 전달받은 패킷이 서로 대화(Interchange)하는 단계

6. 표현 - 최종적으로 사용자에게 정보(패킷)를 전달하기 위해 서버에서 온 정보를 사용자의 컴퓨터가 사용할 수 있게 바꾸어 표현하는 단계(+암호화 Encryption)

7. 응용 - 사용자가 실제로 컴퓨터를 통해 전달받은 데이터나 그 데이터로 인한 작동을 보는 단계

Protocol: 통신 규약

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그렇다면 실제 1,2,3 단계가 어떻게 이루어지고 있을까요?

1단계를 보면 케이블과 서버의 상호작용에 대한 내용입니다. 실제로 저희가 컴퓨터와 연결되는 인터넷 선도 이 단계에 속할 수 있습니다. 현재 주로 쓰는 케이블은 cat6 Ethernet 케이블로 그 중 UTP cable 을 많이 씁니다. 가격이 싸기 때문이죠

이렇게 생겼고 안을 보면 두가지 색의 선끼리 꼬여있습니다. 그래서 UTP(Unshielded Twisted Pair)라고 부릅니다.

다른 종류로는 많이 쓰는 것이 광케이블입니다. 유리섬유를 사용하여 UTP 케이블보다 얇고 대역폭이 거의 만배(Ghz) 차이난다고 합니다. 그만큼 비싸고 유리로 되어있어서 조심히 다뤄줘야 합니다. Fiber cable 이라고도 부르는데 Transceiver(Optic) 를 사용해 스위치나 라우터에 연결할 수 있습니다.

"Transceiver"

"Fiber Cable"

이 케이블들은 각자 고유의 번호가 있는데(단 하다도 겹치지 않는 16 진법으로 이뤄진 숫자) 이 숫자를 MAC(Media Access Control) Address 라고 부릅니다. 다른말로 물리적 주소라고도 하죠. 

※보통 IP 주소라고 하면 논리적 주소, 즉 바뀔 수 있는 주소입니다. 그래서 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)서버가 하는 역할이 Pool에 할당 가능한 IP 주소들을 넣어놓고 동적으로 IP 주소를 여러 서버에 할당시켜주는 겁니다. 그러면 한정된 IP 주소들로 여러 MAC 주소와 필요할 때마다 바꿔가며 자동으로 할당시켜줄 수 있는 것입니다.

쉽게 이해하자면 데이터의 전송단계에서는 그 목적지(Address) 가 중요한데 그 주소를 표현하는 방식이 물리적(MAC) 과 논리적(IP) 로 나뉘는 겁니다.

이제 위의 내용을 이해하고 2,3 단계를 보자면, 서버-스위치-라우터- 호스트의 컴퓨터 라는 데이터의 이동단계에서 서버 to 라우터 까지의 데이터 전달로 볼 수 있는데 이때까지 MAC 주소를 이용하여 데이터를 전달합니다. 하지만 이제 라우터에서 호스트까지의 물리적 연결이 없기 때문에 MAC 주소를 IP 주소로 변화시켜줘야 합니다.

이때 APR Table이라는 개념이 등장하는데 라우터가 하는 일 중 하나입니다. 

ARP Table 은 각각의 MAC 주소에 IP 주소를 연결시켜주는 역할을 합니다. 그래서 MAC 주소로 주고받던 데이터가 이제 ARP 에서 할당받은 IP주소로 호스트에게 전달되는 것입니다. 앞서 말씀드렸듯이 라우터에서부터는 물리적 연결이 없어서 네트워크를 따라 PoP(Point of Presence)이라는 곳을 들러 요청이 들어온 호스트의 기기로 전달되는 것입니다.

PoP: 상호 네트워크 간 접속점 또는 접근점

여기까지가 제가 이해한 데이터의 이동 방법입니다. 실제 7계층에서 일하는(소프트웨어) 사람들도 실제 1,2,3 계층에서 일어나는 일들을 이해하고 있다면 조금 더 이 분야 자체를 이해하는데 도움이 되리라 생각합니다.

그럼 혹시 잘못된 정보나 보충할 정보가 있으면 댓글로 달아주세요.

감사합니다.