컴퓨터 네트워크는 외형상 호스트 시스템과 전송 매체로 구별한다. 그러나 이런 물리적인 형태와는 별개로, 그들이 실행하는 내부 기능을 기본으로 하여 다양한 구조로 세분할 수 있다. 특히, 호스타가 부여하는 까다로운 네트워크 기능을 관련된 그룹으로 묶어 계층 모델로 설명할 수 있다.
네트워크는 대다수의 시스템을 전송 매체로 연결하여 구성한 시스템들의 조합체이다. 소규모의 네트워크들은 전송 매체로 연결되어 더 큰 네트워크로 반복적으로 확장될 수 있다.
OSI 7계층 모델
다수의 시스템을 서로 이어서 통신하려면 먼저 전체 시스템 구조를 표준화해야 한다. 국제 표준화 단체인 ISO에서는 OSI 7계층 모델을 제시하여, 네트워크에 연결된 시스템이 갖추어야 할 기초 구조와 기능을 자세하게 정의하고 있다.
계층 구조
데이터를 송수신하는 최종 주체는 송수신 호스트 양쪽에 있는 응용 계층이며, 하부 계층인 표현 계층은 응용 계층을 도와주기 위한 고유 기능을 실행한다. 이와 같은 계층 구조의 원리는 모든 상하 계층에 대하여 상대적으로 적용되며, 각각의 계층들은 데이터 전송에 필수인 기능들을 나누어 해결한다.
OSI 7계층 모델에 따르면, 네트워크에 연결된 호스트들은 7개 계층으로 모듈화된 전송 기능이 필수이다. 일반 사용자는 OSI 7계층 맨 위에 있는 응용 계층을 통해 데이터의 송수신을 요구하며, 이 요구는 하위 계층에 순서대로 전달되어 맨 아래에 있는 물리 계층을 통해 상대 호스트에 전송된다. 또한 요구가 각 계층으로 하달되는 과정에서 계층별로 자신이 담당하는 기능을 실행하여 데이터를 안전하게 전송해 준다. 그 과정에서 송수신 호스트 사이의 라우터들이 중개 기능을 실행한다. 평균적으로 라우터는 하위 3개 계층의 기능만 실행한다.
데이터를 수신하는 호스트에서는 송신 호스트와는 반대 방향으로 처리가 이루어진다. 곧, 물리 계층으로 들어온 데이터는 순서대로 상향 전달 과정을 거쳐 응용 계층으로 올라간다. 수신 호스트에서 처리가 완료된 결과를 회신할 때는 반대 과정을 순서대로 밟아서 송신 호스트로 되돌아간다.
계층별 기능
OSI 7계층 모델의 각 계층은 독립적인 고유 기능을 실행하며, 하위 계층이 바로 위 계층에 서비스를 주는 형식으로 작동한다. 여기서는 각 계층에서 제공하는 기능에 관하여 쉽게 살펴본다.
응용 계층은 일반 사용자를 위한 다양한 네트워크 응용 서비스를 지원한다. 간단히 정보 검색을 지원하던 시대를 지나서 오늘날의 인터넷 환경은 인공지능과 조합하는 추세로 발전되고 있다. 그에 따라 특정 분야에 한정되지 않고, 사회 전반의 모든 영역으로 네트워크 서비스는 발달하고 있다.
표현계층은 전송되는 데이터의 의미를 잃지 않도록 올바르게 표현하는 수단을 다룬다. 곧, 정보를 교환하는 호스트들이 표준화된 수단으로 데이터를 인식할 수 있게 해준다. 그리고 데이터의 표현이라는 본래의 기능에 더해, 현재의 표현 계층은 압축과 암호화라는 기능도 중대하게 다루고 있다. 동영상과 같은 대용량의 멀티미디어 데이터를 압축하면 전송 데이터의 양을 줄일 수 있다. 암호화는 네트워크 보안 기능의 하나이며, 외부의 침입자로부터 데이터를 안전하게 보호하는 기술이다. 인터넷을 통한 개인 정보의 처리와 금융 상거래가 늘어나면서 인터넷 보안의 중대성이 커지고 있다.
세션 계층은 전송 계층에서 주는 연결의 개념과 비슷한 세션 연결을 지원하지만, 이보다는 더 상위의 논리적 연결이다. 곧, 응용환경에서 사용자 간 대화 개념의 연결로 이용되기 때문에 전송 계층의 연결과 구별된다. 예시를 들면, 인터넷에서 파일 송수신 중에 연결이 끊기면 이는 전송 계층의 연결이 종료된 것이다. 이후 전송 계층의 연결을 다시 설정하여 이전에 데이터 송수신이 정지된 지점부터 이어서 전송하는 기능을 세션 계층이 담당한다.
전송 계층은 컴퓨터 네트워크에서 데이터를 교환하는 최종 주체는 호스트가 아니고, 호스트 내부에서 실행되는 응용 네트워크 프로세스이다. 네트워크 계층은 송수신 호스트 사이의 전송을 도와주지만, 응용 프로세스까지 전달하는 기능은 없다. 전송 계층은 송신 프로세스의 수신 프로세스 간의 연결 기능을 지원하기 때문에 프로세스 사이의 안전한 데이터 전송을 지원한다. 전송 계층은 데이터가 전달되는 최종적인 경로상의 양 끝단 사이의 연결이 완성되는 계층이다. 평균적으로 계층 4까지의 기능은 운영체제에서 시스템 콜 형태로 상위 계층에 제공하며, 계층 5~7의 기능은 응용 프로그램으로 작성된다.
네트워크 계층은 송신 호스트가 전송한 데이터가 수신 호스트까지 안전하게 도착하려면 여러 개의 중개 시스템인 라우터를 거쳐야 한다. 이 과정에서 데이터가 올바른 경로를 결정할 수 있도록 지원하는 계층이다. 기본적으로 네트워크 내부 구조는 라우터들로 구성되고, 네트워크 바깥쪽에 연결되는 송수신 호스트 사이의 데이터 중개 기능을 실행한다. 데이터 중개 과정에서 오류를 발생할 수 있으므로 네트워크 계층에도 오류 제어 기능이 필수이다. 네트워크 부하가 늘어나면 특정 지역에 혼잡이 일어날 수 있는데, 혼잡 제어도 데이터의 전송 경로와 연관되므로 네트워크 계층이 지원한다.
데이터 링크 계층은 물리 계층으로 데이터를 전송하는 과정에서는 잡음 등과 같은 여러 외부 요소에 의하여 물리적인 오류가 발생할 수 있다. 또 물리 계층의 오류에 대한 오류 제어 기능을 실행하며, 이를 위해서 오류의 발생 사실을 인식하는 기능과 오류 복구 기능이 필수이다. 물리 계층은 물리적 전송 오류를 인지하는 기능을 제공해 상위 계층인 데이터 링크 계층에서 오류를 인지할 수 있도록 해준다. 그렇지 않은 경우는 데이터 링크 계층 스스로 별도의 기능을 실행하여 오류를 인지해야 한다. 대표적인 물리적 오류로는 데이터가 도착하지 못하는 데이터 분실과 내용이 깨져서 도착하는 데이터 변형이 있다. 대부분 컴퓨터 네트워크에서 오류 복구는 송신자가 원래의 데이터를 재전송하는 방식으로 해결한다.
물리 계층은 호스트를 전송 매체와 연결하기 위한 인터페이스 규칙과 전송 매체의 특성을 다루며, 크게 유선 매체와 무선 매체로 구별된다. 네트워크에서 호스트들이 데이터를 전송하려면 반드시 물리적인 전송 매체로 이어져 있어야 한다.
요약 및 결론
• 컴퓨터 네트워크는 호스트 시스템과 전송 매체로 구분되며, 내부 기능에 따라 계층 모델로 설명할 수 있다.
• OSI 7계층 모델은 네트워크에 연결된 시스템의 기초 구조와 기능을 정의한다.
• 7개 계층으로 모듈화된 전송 기능이 필수이며, 각 계층은 독립적인 고유 기능을 실행한다.
• 응용 계층은 다양한 네트워크 응용 서비스를 지원하고, 표현 계층은 데이터의 의미를 올바르게 표현한다.
• 세션 계층은 논리적 연결을 지원하고, 전송 계층은 프로세스 간의 안전한 데이터 전송을 지원한다.
• 네트워크 계층은 데이터가 수신 호스트까지 안전하게 도착하도록 지원하고, 데이터 링크 계층은 물리적 전송 오류를 인지하고 복구한다.
• 물리 계층은 호스트를 전송 매체와 연결하기 위한 인터페이스 규칙과 전송 매체의 특성을 다룬다.