하드웨어계층

하드웨어계층(Hardware Layer)은 OSI 참조 모델 계층구조에서 네트워크 계층, 데이터 링크 계층 및 물리 계층을 통합한 계층을 가리킨다. 하위 계층이라고도 한다.

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물리 계층

OSI 참조 모델에서 최하위층이 물리 계층이다. 장치 간에 실제적인 물리 연결을 실현하는 책임을 갖고 있다. 물리 계층은 비트 형식으로 된 정보를 취급하며 독립적인 비트를 어떤 노드에서 다른 노드로 전송한다. 데이터를 접수할 때 물리 계층은 신호를 접수하고 이를 0과 1로 된 정보로 변환하여 데이터 링크 계층으로 전송하며 프레임과 결합된다.

물리 계층의 기능은 아래와 같다.

• 비트 동기화(Bit synchronization) - 제공되는 클록 신호에 맞추어 비트 동기화를 추진한다. 클록은 송신기와 접수기를 제어하며 비트 수준에서 동기화를 실현한다.
• 비트 전송 속도 제어(Bit rate control) - 단위 시간내에 보낼 수 있는 비트 수량을 정의한다.
• 물리적인 배치(Physical topologies) - 네트워크에 서로 다른 장치/노드의 배치를 정한다.
• 전송방식(Transmission mode) - 연결된 장치 사이에서 데이터가 흐르는 통로를 정의한다.

데이터 링크 계층

데이터 링크 계층(DLL: data link layer)은 노드와 노드 사이의 메세지 전송을 책임진다. 패킷(packet)이 접수되면 MAC 주소(MAC address)를 사용하여 호스팅으로 전송한다. 데이터 링크 계층은 2개 하위 계층으로 분류되며 이는 논리적 연결 제어(LLC: Logical Link Control)와 매체 접근 제어(MAC: Media Access Control)이다.

네트워크 계층에서 접수된 패킷은 NIC(Network Interface Card) 프레임 크기에 따라 다시 프레임으로 나뉘며 DLL은 송신기와 수신기의 MAC 주소를 헤드에 요약해 넣는다. 수신기의 MAC 주소는 주소 변환 규약(ARP: Address Resolution Protocol) 요청에 포함되어 통신선로에 인가되며 '누가 해당되는 IP 주소를 가지고 있습니까?' 라는 질문을 한다. 이 때 목적지 호스트는 자체의 MAC 주소를 가지고 질문에 응한다.

데이터 링크 계층의 기능은 아래와 같다.

• 프레이밍(Framing) - 프레이밍은 DDL의 기능이다. 이는 수신기에 의미 있는 비트 정보를 전달할 수 있는 방법을 송신기에 제공하며 프레임의 시작과 마감에 특수한 비트 패턴을 부착하는 방식으로 실현한다.
• 물리주소 지정(Physical addressing) - 프레임을 구축한 뒤 DDL은 각 프레임의 헤드에 송신기와 수신기의 MAC 주소를 추가한다.
• 오류 제어(Error control) - DDL은 오류 제어 메커니즘을 제공하며 손상 또는 잃어진 프레임을 감지하거나 재전송한다.
• 흐름 제어(Flow Control) - 양측의 데이터 전송율은 일정해야 하며 그렇지 않으면 데이터가 손상될 수 있으므로 흐름 제어는 승인을 받기 전에 보낼 수 있는 데이터 양을 조정한다.
• 접근 통제(Access control) - 한 개의 통신채널이 여러 장치에 공유될 때 DDL의 MAC 하위 계층은 주어진 시간에 채널의 사용 권리를 결정하는데 협조한다.

• ① DDL의 패킷은 프레임과 연관이 된다.
• ② DDL은 NIC와 호스트 머신의 장치 드라이버에 의해 처리된다.
• ③ 스위치와 브릿지는 DDL 장치이다.

네트워크 계층

네트워크 계층은 한 호스트에서 다른 네트워크에 위치한 기타 호스트에 데이터를 전송하는 작업을 추진하며 여러 가능한 경로중에서 패킷을 전송하는 최단 경로를 선택한다. 네트워크 계층에서 송신기와 수신기의 IP 주소는 헤드에 넣는다.

네트워크 계층의 기능은 아래와 같다.

• 경로 배정(Routing) - 네트워크 계층에서 프로토콜을 이용하여 원천에서 목적지까지의 경로 적합여부를 판정한다.
• 논리적 주소 지정(Logical Addressing) - 인터넷에서 각 고유 장치를 식별하고자 네트워크 계층에서 주소 지정을 추진한다. 송신기와 수신기의 IP 주소는 헤드에 넣는다. 이러한 주소는 보편적으로 각 고유 장치를 구별한다.
• ① 네트워크 계층은 라우터(router)와 같은 네트워킹 장치로 실현된다.

하드웨어계층 프로토콜

• 물리 계층 - 물리 계층에는 사용되는 포로토콜이 없으며 랜선이나 허브, 리피터 등의 디바이스들만 존재한다.
• 데이터 링크 계층 - Ethernet, Token Ring, FDDI
• 네트워크 계층 - IP, ICMP, ARP, RARP

참고자료

• "Layers of OSI Model", GeeksforGeeks, 2020-02-04

같이 보기

• 하드웨어
• 계층
• 운영체제계층
• 미들웨어계층
• 응용계층

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