제 10 장 OSI 참조 모델의 하위 계층

10.1 물리계층

하위계층의 목적은 통신망 또는 전송매체에 구애 받지 않고 상위계층이 필요로 하는 성능과 품질의 데이터 전송을 보장하기 위한 것이다. 즉, 데이터의 전송에 이용되는 여러 가지 수단 및 네트워크 계층이하의 프로토콜에 관계없이 상위계층간의 통신을 보장하며, 상위계층이 요구하는 각종 네트워크 서비스를 가능한한 높은 효울로 비용을 절약할 수 있도록 하는 수단을 제공하기 위한 것이다. 여기서는 OSI 참조모델의 가장 최하위의 계층인 물리계층부터 알아보자.

10.1.1 물리계층의 기능

* OSI 참조 모델에서 최하위 계층의 비트열 전송기능을 담당한다.

* 단말기기와 전송매체 사이의 인터페이스를 정의하며,

* 바로 상위의 데이터링크 계층(data link layer)의 개체간으 비트 전송을 위한 기계적, 전기적, 기능적(또는 논리적),절차적 수단을 제공한다.

* 신호를 송수신하는 DTE / DCE 인터페이스 회로와 제어순서, 커넥터(Connector)형태등의 규격을 정의한다.

* DTE / DCE 인터페이스 프로토콜 권고 규정(Recommendation)을 정의한다

* CCITT의 물리계층 권고안들

#V계열 권고안 : 아날로그 전화 회선 접속용 권고이다.〔표 10.1〕

#X계열 권고안 : 패킷교환 / 회선교환망의 접속 권고이다.〔표 10.2〕

*〔표 10.3〕은 ISO의 물리적 커넥터와 핀번호에 대한 표준을 보인 것이다.

〔표 10.1〕CCITT V 계열 권고안

권고안	내 용
V.10	불평형복류 상호접속회로의 전기적 특성
V.11	평형복류 상호접속회로의 전기적 특성
V.21	일반전화 교환망용 300 bps 전이중 모뎀 규칙
V.22	일반전화 교환망 및 2선식 전용회선용 1200bps전이중 모뎀규격
V.22 bis	일반전화 교환망 및 2선식 전용회선용 2400bps전이중 모뎀 규격
V.23	일반전화 교환망용 1200 bps모뎀 규격
V.24	DTE/DCE 상호접속회로의 기능 및 전기적 특성
V.26	4선식 전용회선용 2400bps모뎀 규격
V.27	전용회선용 4800bps 모뎀 규격
V.27 bis	전용회선용 자동등화기부착 4800/2400bps모뎀 규격
V.27 ter	일반전화 교환망용 4800/2400 bps 모뎀 규격
V.28	불평형복류 상호접속회로의 전기적 특성
V.29	전용회선용 9600bps 모뎀규격
V.32	일반전화 교환망 및 전용회선용 9600bps 모뎀 규격
V.35	60∼108kHz 군대역회선용 48kbps 데이터 전송
V.36	60∼108kHz 군대역회선용 동기식 데이터 전송용 모뎀규격(신호속도:48∼72kbps)
V.37	60∼108kHz 군대역회선용 72kbps이상의 동기식 데이터 전송

〔표 10.2〕CCITT X 계열 권고안

권고안	내 용
X.20	공중 데이터망에서의 비동기 전송을 위한 DTE/DCE 간의 인터페이스 규격
X.20 bis	V계열의 비동기 전이중 모뎀의 인터페이스용으로 설계된 DTE의 공중통신망에서의 사용
X.21	공중 데이터망에서의 동기식 전송을 위한 DTE/DCE간의 인터페이스 규격
X.21 bis	V계열의 동기식 모뎀에 맞게 설계된 DTE의 공중 데이터망에서의 사용
X.22	사용자 등급 3∼6의 다중 DTE/DCE 인터페이스
X.24	공중 데이터망에서 사용되는 DTE/DCE 간의 상호접속회로에 대한 정의
X.26	데이터 통신분야에서 집적회로장치로 이용되고 있는 범용의 불평형 복류 상호접속회로의 전기적 특성
X.27	데이터 통신분야에서 집적회로장치로 이용되고 있는 범용의 평형 복류 상호 접속회로의 전기적 특성
X.28	동일국 내에 위치하는 공중 에디터망에서 PAD를 액세스하는 비동기식 단말장치를 위한 DTE/DCE간 인터페이스

〔표 10.3〕ISO의 커넥터와 핀번호지정 표준안

권고안	내 용
IS 2100	25편의 DTE/DCE간 인터페이스용 코넥터 편의 할당
IS 2593	34편의 DTE/DCE간 인터페이스용 코넥터 편의 배열
IS 4902	37/39편의 DTE/DCE간 인터페이스용 코넥터 편의 할당
IS 4903	15편의 DTE/DCE간 인터페이스용 코넥터 편의 할당

10.1.2 특성

(1)기계적 특성

*물리적인 접속을 위한 커넥터의 외형, 즉, 커넥터의 모양, 내부 핀수 및 각 핀의 위치 배열 등에 대한 규정이다.

*〔표 10.3〕의 ISO에서는 전송매체와 통신기기간의 기계적 특성 표준을 규정하고 있다.

(가) ISO 2100

#음성급 모뎀, 공중 정보망, 전신등에서 직렬 또는 병렬로 사용되는 25핀 커 넥터의 규격이다.(EIA RS-232-C,RS-366-A)〔그림 10.1〕.

(나) ISO 4902

*CCITT X.20, X.21에 규정된 공중정보망에서 사용되는 15핀 커넥터 규격이다.

(2) 전기적 특성

*신호선의 전원 인터페이스, 부하 인터페이스, 출력전압, 전원전압과 2진수의 논리 적 표현, 한계값(threshold value)등과 같은 허용값에 대한 규정이다.

*즉, 두 단말기기 간의 상호 접속회로의 전기적인 특성을 규정하고 있다. (표 10.2의 CCITT X권고안)

(3) 기능적 (논리적)특성

*상호접속회로의 기능, 즉 데이터, 제어, 타이밍, 접지 및 절차 등을 규정한다.

*즉, 신호의 기능 명칭, 시간조건, 절차등을 규정한다.

*여기서 신호 기능명칭은 상호접속회로(신호선)명칭과 상호접속회로 번호로 표시되는 것이 일반적이며, CCITT는 번호로, EIA는 영문/숫자로 표기한다.

*또는 시간조건 및 절차 등은 신호를 수신할때의 시간 차이와 허용 시간 오차 및 순서 관계를 표시 하는 것이다.

(4) 절차적 특성

* 데이터의 전송을 위한 순서에 대한 규정이다.

10.1.3 물리 서비스

* 물리 SDU 송수신을 위한 상위계층과의 물리접속을 활성화하는 수단을 제공한다.

* 물리 접속상에서 물리-SDU를 상대 동일 계층에 전송한다.

* 물리 접속의 비활성화를 수행한다.

10.2 데이터링크 계층

데이터링크 계층은 상위의 네트워크 계층의 개체들 간의 데이터링크의 설정, 유지, 단락 및 데이터의 전송 들을 제어한다. 즉, 데이터링크 프로토콜은 접 속된 기기사이의 통신을 관리하고, 신뢰도가 낮은 전송로를 신뢰도가 높은 전송로로 전환시키는데 사용된다.

10.2.1 역할

* 물리(계층)서비스를 이용하여 인접 개방 시스템 사이에 원활한 데이터 전송을 수행하여 상위의 네트워크 계층에 서비스를 제공한다.

* 예를 들어, 종래 컴퓨터와 단말기 사이의 "통신 제어 절차" 규정이 여기에 속한다.

10.2.2 기능

(1)정보의 프레임화 및 동기화

* 정보 전송시 일정한 길이의 블록 단위("프레임(Frame)"이라고 함)로 전송하고, 각 프레임의 시작과       끝을 명확하게 구분할 수 있는 기능이다.

(2)프레임의 순서 제어

* 순차적 전송을 위한 프레임에 대한 번호를 부여하는 기능이다.

(3)프레임의 전송 확인과 흐름 제어(Flow Control)

* 송신시의 오류 프레임의 연속전송시 정확한 수신이 되었는가의 확인을 위한 흐 름 제어를 수행하       는 기능이다.

(4)오류 검출 및 회복

* 전송시스템에 의해서 유발되는 오류를 검출하고 정정해 주는 기능이다.

(5)데이터 링크 관리

* 회선의 감시와 통계적인 처리 뿐만 아니라 데이터 링크 접속의 설정/해제등을 제어한다.

10.2.3 데이터 링크 서비스

* 이것은 데이터 링크 계층과 네트워크 계층의 인터페이스에 대한 규정이다.

* 이를 위해서 여기서는 다음의 서비스를 제공한다.

#네트워크 계층간 하나 또는 여러 개의 데이터링크 접속의 설정 및 해제 기능

#DL(데이터링크)-SDU 송수신 기능

#DL-SDU에 순서 번호 부여하여 순차적 데이터 전송기능

#오류 검출시 상위계층에 통보하는 기능

#송수신시 상위 계층에 송신 데이터량 제어(flow control) 기능

#데이터링크 연결의 해제기능

10.2.4 전송 제어 절차

데이터링크 계층은 데이터의 전송을 제어하는 기능을 수행한다. 이러한 제어 절차의 종류에는 대표적으로, IBM에서 제안된 BS(Binary Synchronous Communication) 절차와 표준적으로는 SDLC(Synchronous Data Link Control)절차에 기반으로 둔 기본형 데이터 전송 제어 절차(BASIC), HDLC(High level Data Link Control)절차 및 멀티 링크제어 절차 등이 있다.

(1) 기본형 데이터 전송 제어 절차

* BASIC(Basic mode control Procedure)이라고도 한다.

* 문자데이터를 기본으로 하는 데이터통신을 오류없이 확실하게 전송하기 위한 논리적인 절차이며, 여기서는 전송방식, 동기방식 및 데이터의 신호속도와는 무 관하게 처리된다.

* 특징

#폴링/셀렉팅 방식과 회선쟁탈 방식으로 테이터링크 회선을 확립한다 (NOTE 참조).

#반이중 단방향 통신, 반 이중 상호통신 및 전이중 양방향 동시통신방식을 사용할수있다.

#한 블록마다 수신되었음을 확인하다.

#비교적 용이한 통신 제어방식이다.

#단말 상호간이나 컴퓨터/단말 간의 통신에 사용된다.

#수직/수평 패리티 검사에 의한 오류 제어방식을 사용한다

- 회선쟁탈방식

♠정보메시지의 송신 요구가 밞생하면, 그 해당 국이 주국이 되어 상대국 (종국)에 직접 셀렉팅 시퀸      스를 송신하는 방식이다. 이때, 상대국과 수 신 가능상태가 확인되며, 계속하여 정보메세지를 전송      하도록 한다.

- 폴링/셀렉팅 방식

♠ 제어국이 종속국들을 한번에 하나의 국씩을 선택하여 송신 유무를 확 인하는 방식이며, 폴링 시퀀      스는 제어국만이 송신할 수 있다.그림 10.2〕

(2) HDLC 절차

* 데이터 전송회선을 경유하여 DTE 상호간의 데이터 전송을 가능하게 하고, 또한 어떠한 부호체계        에도 의존하지 않遁고, 임의의 비트열을 전송할 수 있는 동기식의 전송 제어 절차이다.

* 특성

#임의의 비트 패턴의 전송이 가능하다.

#수신측으로부터 응답을 기다리지 않고, 연속하여 데이터를 전송할 수 있다.

#오류제어가 엄격하다.

#컴퓨터 간의 통신에 적당하다.

#3개의 국( Station) 종류가 존재한다.

#일차국(Parinmary station) : 데이터링크를 제어하는 국으로 링크레벨에서의 오류제어나 또는 정정 등에 대해서 모든 책임을 지는 국이다.

#이차국(Secondary Station) : 일차국의 지시에 따라 데이터링크의 제어기능

을 실행하는 국이다.

#복합국 : 데이터링크 제어에 관하여 서로 대등한 책임을 지는 국이다.

* HDLC에서는 일차국으로부터 이차국으로 송신하는 명령과 이차국에서 일차국으로 송신하는 응답

등 두 종류의 정보를 이용하여 전송을 제어한다.

(3) 멀티링크 제어절차

* DTE상호간에 복수개의 물리적 회선으로 접속하고, 각 물리회선에 HDLC절차 를 이용하는 구성으        로, 보다 높은 신뢰도와 효율성(Throughput)을 얻는 전송 제어 절차로서 ISO와 CCITT에서 공동으로       규정하고 있다.

10.3 네트워크 계층

네트워크 계층은 OSI참조모델의 세 번째 계층으로 컴퓨터 및 단말장치 등의 시스템이 하나 또는 복수의 통신망(패킷교환망, 회선교환망, 전화교환망 등)을 이용하여

상호 투과적인 데이터 전송을 행할 수 있도록 경로선택 기능(Routing)과 중계기능

(Relaying)을 제공한다.

* 바로 하위의 데이터링크계층 서비스를 이용하여 하나 또는 여러개 통신망(전화 교환망, 패킷교환망, 회선교환망)을 통하여 시스템 간 투과적 데이터 (transparent data)전송을 할 수 잇도록 통신망내 및 통신망 사이의 경로선택 (routing)과 중계기능(relay)을 수행한다

* 여기서 투과적 데이터 전송이란 서로 다른 통신망간의 기술적 차이 때문에 발 생하는 문제들을 흡수하여, 상위계층은 어떠한 통신망을 통하여 정보가 전송되 는지를 의식하지 않고 원하는 통신 서비스를 제공하는 데이터의 전송을 의미한 다.

* 여기서 투과적 데이터 전송이란 서로 다른 통신망간의 기술적 차이 때문에 발 생하는 문제들을 흡수하여, 상위계층은 어떠한 통신망을 통하여 정보가 전송되 는지를 의식하지 않고 원하는 통신 서비스를 제공하는 데이터의 전송을 의미 한다.

* 또한, 통신망에 연결된 시스템간의 통신이 가능하도록 호의 설정과 절단 및 데 이터 전송절차를 실현하고, 네트워크에 접속하는데 필요한 순서 제어 및 흐름 제어등의 기능을 수행하는 계층이다.

10.3.1 네트워크 계층의 모델

*〔그림 10.3〕은 네트워크 계층의 통신모델을 보여 주고 있다.

* 네트워크 계층과 트랜스포트 계층 간의 기본 인주이스 규정인 네트워크 서비스 와 네트워크 계층 간의 행위에 대한 규정인 프로토콜에 대한 표준화가 진행되 었다.

(1) 네트워크 서비스의 종류

(가) 접속형(Connection-oriented)네트워크 서비스

* 통신에 앞서 쌍방간의 논리적 통신로인 네트워크 연결(Connection)설정 후, 데 이터 전송 및 연결해제 단계를 규정하는 서비스이다.

(예, X.25 패킷 공중교환망)

* 이에 대한 서비스 및 프로토콜은 CCITT X.25군고안으로 표준화 되었다.

(나) 비 접속형(Connectionless) 네트워크 서비스

* 연결접속 및 해제의 개념이 없이 전송단위인 프로토콜데이터 단위(P여)를 전송 하는 방식의 네트워       크 서비스이다.

(2) 접속형 네트워크 서비스

* 다음의 기능들을 상위의 트랜스포트계층에 제공한다.

#데이터를 전송하기 위한 네트워크 접속의 설정기능 (Connection Establishment) 〔그림 10.4〕

#네트워크 접속설정시 종단 상호간의 관측 또는 지정가능한 네트워크 접속 특성 및 성능들에 대한 네트워크 QOS (서비스품질)의 설정 및 확인기능

#네트워크 접속상에서의 데이터 및 우선

데이터 전송기능

#전송 데이터량을 제어하기 위한 흐름 제어기능

#정확한 데이터의 전송을 위한 데이터의 수신확인기능

#데이터 전송상태를 초기화하는 리세트(Reset)기능

#네트워크 접속을 무조건 해제하는 기능

* 〔표 10.4〕는 접속형 네트워크 서비스 프리미티브를 보인 것이다.

〔표 10.4〕 접속형 네트워크 서비스 프리미티브

단계	서비스	서비스 프리미티브	매개 변수
NC 설정	NC 설정	N-CONNECT 요구 N-CONNECT 지시	피호츨주소, 호출주소, 수신확인지 정, 우선전송지정, QOS 매개변수지 정, NS 이용자 데이터
		N-CONNECT 응답 N-CONNECT 확인	응답주소, 수신확인지정, 우선전송 지정, QOS 매개변수지정, NS 이용 자 데이터
데이터전송	보통데이터 전송	N-DATA 요구 N-DATA 지시	NS 이용자 데이터, 전달확인 요구
	수신확인	N-DATA-ACKNOWLEDGE요구 N-DATA-ACKNOWLEDGE지시
	우선데이터전송	N-EXPEDITED-DATA요구 N-EXPEDITED-DATA지시	NS 이용자 데이터
	리세트	N-RESET 요구	이유
		N-RESET	발생처, 이유
		N-RESET 응답 N-RESET 확인
NC 해제	NC 해제	N-DISCONNECT 요구	이유,NS이용자 데이터, 응답주소
		N-DISCONNECT 지시	이유,NS이용자 데이터, 응답주소 발생처, 이유, NS 이요자 데이터, 응답주소

* 〔그림 10.5〕는 네트워크 계층의 프로토콜과 이것이 상위의 트랜스포트계층 에게 제공하는 서비스와의 관계를 보인 것이다.

(3) 비접속형 네트워크 서비스

* 통신 이전에 상대방간에 논리적인 전송로를 확립하지 않遁고 프로토콜 데이터 단위를 바로 전송하는 방식의 네트워크 서비스이다.

* 이 서비스는 특정한 이용 형태에서는 접속형보다 네트워크 기능을 간단히 실행 할 수 있다는 장점이 있다.

* 〔표 10.5〕는 비접속형 네트워크 서비스 프리미티브를 보인것이다.

* 〔표 10.5〕에서 N-FACILITY서비스 프리미티브는 서비스 품질의 설정에 대한 것이다.

* 또한 N-REPORT는 다음의 오류가 발생했을 때 상위 계층인 트랜스포트 계층에 통보한다.

# 전송지연이 미리 정의된 시간보다 크다.

# 네트워크의 혼잡(congestion)이 발생했다.

# 요구된 서비스 품질 또는 특성이 유지되지 않는다.

#네트워크 서비스 데이터단위(NS여)의 수명이 다 했다(Expire)

#필요한 자원을 이용할 수 없다.

* 〔그림 10.6〕은 비접속형 데이터 전송의 절차 및 동작을 보여 주고 있다.

10.3.3 네트워크 프로토콜

* 네트워크 계층의 네트워크서비스 프리미티브, 프로토콜 데이터단위(NP여) 형식, 및 코딩 규칙, 그리고 네트워크 계층에서 동작 및 기능 등에 대한 규정이다.

* 여기서는 네트워크 서비스에서 정의된 접속형 또는 비접속형 네트워크 서비스 에 따라 각각의 프로토콜이 정의된다.

(1)접속형 네트워크 프로토콜

* 네트워크 계층의 프로토콜에는 CCITT에서 표준화된 여러 가지 프로토콜들이 있다.

#X.25(1984)프로토콜

#X.25(1980)/ X.25 convergence 프로토콜

#비접속형 네트워크 프로토콜

* 이들은 각각 그 하위의 데이터링크 계층에서 제공하는 서비스의 제어방식에 따라 적용되는 네트워크 계층의 기능을 분리하여 표준화한 것이다.

* 대표적인 접속형 네트워크 프로토콜로는 CCITT의 권고안 X.25의 패킷레벨 프로토콜이 있다.

(2)비 접속형 네트워크 프로토콜

* 고속통신을 목적으로 LAN 또는 고속통신망의 상호 접속을 실현하기 위한 프 로토콜이다.

* 이를 위한 PDU는 고정영역, 주소영역, 세그멘테이션(Segmentation)영역 및 선택영역 등으로 구성되며, PDU의 종류는 데이터 PDU〔그림 10.7〕와 오류 보고 PDU로 정의된다.

*〔그림 10.7〕은 비접속형 네트워크 프로토콜의 PDU형식이다.