4. 네트워크 모델(2) - 물리층, 데이터 링크층, 네트워크층, 전송층

출처: https://ztrkouzhan.medium.com/osi-model-b77a4351aae0

 

네트워크는 데이터를 효율적으로 전송하기 위해 설계된다. 단순히 무작위 방식으로 데이터를 주고받을 수도 있지만, 이는 확장성과 관리 측면에서 비효율적이다. 따라서 네트워크 구조를 여러 계층으로 분리하여 각 계층이 독립적으로 동작하도록 설계하면 확장성을 확보하고 복잡도를 줄일 수 있다.

 

이러한 계층 구조를 정의하는 대표적인 표준 모델이 OSI(Open Systems Interconnection) 모델이다. OSI 모델을 따르는 것은 필수 사항은 아니지만, 이를 준수하면 데이터 통신을 보다 체계적이고 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, 일부 계층을 통합하는 것도 가능하지만, 이 경우에도 각 계층이 제공해야 하는 필수 기능이 유지되어야 하며, 계층 통합은 확장성을 제한할 수 있다는 점을 고려해야 한다.

 

이번 포스터에서는 OSI 모델의 물리층, 데이터 링크층, 네트워크층, 전송층에 대해 설명하겠다.

 

1. 물리층(Physical Layer)

 

물리층은 네트워크에서 신호가 처음으로 입력되는 계층으로, 데이터를 비트 단위로 변환하여 전송하는 역할을 한다. 물리층에서 처리되는 것은 비트 흐름(디지털 신호)이며, 이 과정은 신호 처리(Signal Processing)라고 한다.

물리층의 주요 역할은 다음과 같다:

• 신호 전송: 데이터를 전기적, 광학적 신호로 변환하여 물리적인 매체(유선, 무선)를 통해 전송.
• 신호 품질 유지: 전송 중 발생할 수 있는 잡음(Noise)과 간섭(Interference)의 영향을 최소화.
• 전송 매체 결정: 데이터 전송 방식(유선, 무선, 광섬유 등)에 따라 최적의 기술 사용.

특히, 물리층에서는 아날로그 신호와 디지털 신호가 결합하여 데이터를 전송할 수 있다. 예를 들어, 2.5GHz 주파수를 가진 신호는 디지털 데이터(예: 01010)를 아날로그 신호로 변조하여 전송할 수 있다. 이때 주파수는 데이터 자체가 아니라, 데이터를 전달하는 운반파(Carrier) 역할을 한다.

 

2. 데이터 링크층(Data Link Layer)

 

물리층에서 전달된 신호는 데이터 링크층에서 데이터의 무결성과 신뢰성을 보장하도록 처리된다. 데이터 링크층의 주요 역할은 다음과 같다:

• 주소 지정: 데이터를 올바른 수신자에게 전달하기 위한 MAC 주소 등의 식별 정보를 포함.
• 오류 감지 및 수정: 전송 중 발생한 오류를 검출하고 복구(예: CRC, 패리티 검사).
• 프레임화: 데이터 패킷을 프레임(Frame) 단위로 나누어 전송.
• 흐름 제어: 송신 속도와 수신 속도를 조정하여 데이터 손실 방지.

데이터 링크층은 데이터의 의미를 분석하지 않으며, 정해진 주소 체계를 바탕으로 데이터가 올바르게 전달되었는지 확인하는 역할을 수행한다.

2.1. 링크와 통신

 

데이터는 항상 링크(Link)를 따라 이동하며, 물리층에서는 링크를 통해 데이터를 인식한다. 단순히 신호가 존재한다고 해서 통신이 이루어지는 것이 아니라, 명확한 경로 설정과 프로토콜이 필요하다.

 

특히, 멀티홉(Multi-hop) 방식을 활용하여 여러 노드를 거쳐 데이터를 전달하는 애드 혹(Ad-hoc) 네트워크도 존재한다. 애드 혹 네트워크는 IoT 및 GDB(Global Database)에서 활용되며, 저전력·광범위 통신이 요구되는 환경에서 중요한 역할을 한다.

 

3. 네트워크층(Network Layer)

네트워크층은 데이터를 목적지까지 효율적으로 라우팅(Routing)하는 역할을 한다. 이를 위해 주소 체계와 경로 설정이 필요하며, 대표적인 프로토콜로 IP(Internet Protocol)가 사용된다.

네트워크층의 주요 기능은 다음과 같다:

• IP 주소 부여: 각 기기에 고유한 IP 주소를 할당하여 네트워크 내에서 식별 가능하게 함.
• 패킷화(Packetization): 데이터를 작은 패킷으로 나누어 전송하고, 목적지에서 재조립.
• 경로 결정: 최적의 경로를 설정하여 데이터 전달(예: 라우터 사용).

IP 주소를 부여받는다는 것은 네트워크 내에서 고유하게 식별될 수 있도록 한다는 의미이며, 이는 인터넷 통신의 핵심 요소이다.

 

5. 전송층(Transport Layer)

출처: https://studyopedia.com/computer-networks/transport-layer-in-osi-model/

 

전송층은 데이터의 신뢰성과 무결성을 보장하는 역할을 하며, 대표적인 프로토콜로 TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)가 있다.

전송층의 주요 기능은 다음과 같다:

• 데이터 분할 및 재조립: 데이터가 큰 경우 세그먼트(Segment) 단위로 나누어 전송하고, 수신 측에서 다시 원래의 데이터로 조립.
• 오류 복구 및 흐름 제어: 패킷 손실 시 재전송, 데이터 흐름을 조절하여 네트워크 과부하 방지.
• 신뢰성 보장: TCP의 경우 3-way Handshake를 이용해 데이터 전송을 보장.

TCP는 신뢰성을 중시하며, 오류 발생 시 재전송을 수행하지만 속도가 느릴 수 있다. 반면, UDP는 빠른 전송이 필요하지만 신뢰성이 상대적으로 낮은 경우(예: 실시간 스트리밍)에 사용된다.

 

다음 포스터에서는 OSI에 나머지것들을 이야기하는 시간을 갖도록 하겠다.

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출처: 데이터 통신과 네트워킹

데이터통신과 네트워킹 - 예스24