OSI 7 Layer이란?
OSI 7 Layer는 네트워크 프로토콜을 설계하기 위한 지침이다. 표준 프로토콜을 사용하여 다양한 통신 시스템이 통신할 수 있도록 국제 표준화기구에서 만든 개념 모델이다.
예를들어, A라는 회사의 네트워크 장비와 B라는 회사의 네트워크 장비가 서로 다르더라도 이러한 지침 덕분에 상호 호환이 이 가능하게 됐다.
7Layer라는 단어에서 알 수 있듯이 일곱가지 계층으로 나뉘어져 있으며, 응용, 표현, 세션, 전송, 네트워크, 데이터 링크, 물리 계층으로 이루어져 있다.
각 계층은 특정 작업을 처리하고 그 위와 아래의 계층과 통신한다.
7계층 - 응용 계층 (Application Layer)
응용 계층은 사용자가 직접 사용하는 프로그램이 네트워크 기능을 사용할 수 있도록 인터페이스를 제공한다.
웹 브라우저, 이메일 클라이언트, FTP 프로그램 등 다양한 응용 소프트웨어가 이 계층을 통해 통신하며
HTTP, SMTP, FTP, SSH, DNS등 여러 프로토콜이 모두 응용계층에 속한다.
6계층 - 표현 계층 (Presentation Layer)
이 계층은 주로 데이터를 준비하는 역할을 하여 응용 계층이 이를 사용할 수 있게 한다.
쉽게 말하자면 서로 다른 데이터를 주고 받을 때, 이미지나 텍스트, 동영상 등 다양한 포맷을 상호 변환해 호환성을 확보하고 데이터 전송 효율을 높인다.
JPEG, MPEG같은 멀티 미디어 인코딩, UTF-8 같은 문자 인코딩 변환 그리고 SSL/TLS를 통한 암호화 등이 표현 계층의 예시라 할 수 있다.
5계층 - 세션 계층 (Session Layer)
통신이 시작될 때부터 종료될 때까지의 시간을 세션이라고 한다. 세션 계층은 양촉 호스트 간에 세션(논리적 연결)을 생성하고 유지하며 종료하는 역할을 맡는다. 교환되고 있는 모든 데이터를 전송할 수 있도록 충분히 오랫동안 세션을 개방한 다음 리소스를 낭비하지 않기 위해 세션을 즉시 닫을 수 있도록 보장한다.
통신 도중 오류나 끊김이 발생했을 때 이전에 설정해둔 체크포인트를 기준으로 재전송을 시도하거나 연결 상태를 복구하기도 한다.
4계층 - 전송 계층 (Transport Layer)
전송 계층은 두 기기 간의 종단 간 (End-to-End) 통신을 담당하여 송신 측과 수신 측 애플리케이션 간에 안정적으로 데이터를 전송할 수 있도록 해준다. 세션 계층에서 데이터를 가져와서 3계층(네트워크 계층)으로 보내기 전에 데이터를 조각하고 반대로 세션 계층이 이용할 수 있는 데이터로 재조립 한다.
전송 계층 프로토콜에는 TCP(Transmission Control Protocol 와 UDP(User Datagram Protocol)이 있으며 TCP는 신뢰성(재전송, 흐름 제어, 혼잡 제어 등)을 보장하는 연결형 프로토콜이고, UDP는 빠른 전송을 위해 비연결형으로 동작한다.
전송 계층에서 사용되는 데이터 단위는 TCP일경우 '세그먼트(Segment)' 이고 UDP일 경우 '데이터그램(Datagram)' 이라고 부른다. 세그먼트나 데이터그램에는 송신·수신 포트 번호가 포함되어, 한 호스트 내에서도 여러 애플리케이션을 식별하고 통신할 수 있도록 한다.
3계층 - 네트워크 계층 (Network Layer)
네트워크 계층은 서로 다른 네트워크 간에 데이터를 목적지까지 전달하기 위한 경로(라우팅)을 결정하고 전달하는 역할을 한다. 라우터나 L3 스위치 같은 장비가 네트워크 계층에서 동작하며 IP 주소를 사용해 목적지까지 최적의 경로를 찾는다.
(스위치는 보통 2계층 장비나 요즘은 라우팅 기능을 장착한 Layer3 스위치도 있다.)
또한 ICMP, ARP, OSPF, RIP 등의 프로토콜을 통해 네트워크 상태를 체크하고 라우팅 정보를 교환한다.
ICMP는 네트워크 상태 진단(핑, 트레이서)에 사용되며 ARP는 IP 주소를 기반으로 네트워크 인터페이스의 MAC 주소를 찾아준다. 또한 OSPF, RIP 등의 라우팅 프로토콜들은 라우터 끼리 경로 정보를 교환하여 최적의 경로를 계산하는 데 활용된다.
네트워크 계층에서 사용하는 데이터 단위는 ‘패킷(Packet)’이다.
2계층에서 만들어진 ‘프레임(Frame)’이 네트워크 계층에 올라오면 IP 헤더가 붙으면서 ‘패킷’이 되며,
이 패킷은 목적지 IP 주소 기반으로 다른 네트워크를 거쳐 전달된다.
IP(Internet Protocol)란?
네트워크 계층의 핵심 프로토콜로 IP(Internet Protocol)이 있다. IP는 인터넷에서 데이터를 운반하는 핵심 프로토콜로 패킷에 출발지 IP 주소와 목적지 IP 주소를 담아 전송한다. 현재는 주로 IPv4(32비트), IPv6(128비트) 두가지 IP 체계가 사용되고 있으며 IPv4 주소 부족 문제 해결을 위해 IPv6 채택이 점차 확대되고 있다.
IP는 패킷이 목적지에 무조건 도달함을 보장하지 않는다. 즉, IP 계층에서 오류가 발생하거나 패킷이 유실되어도 직접 재전송 기능을 제공하지 않는다. 그 대신 재전송이나 오류 복구는 상위 계층(예: 4계층의 TCP)에서 맡게된다. 그래서 TCP와 같이 사용하므로 TCP/IP라고 한다.
2계층 - 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)
데이터 링크 계층은 물리 계층에서 올라온 비트 스트림을 '프레임(Frame)' 단위로 구성해 전송하고 서로 다른 주변 네트워크 장치들이 데이터를 주고받을 수 있도록 제어한다.
이때 프레임 단위로 오류를 검출해 재전송을 요청하거나 흐름을 제어하며 MAC 주소 기반의 링크 제어도 수행한다. 스위치나 브리지 같은 장비가 이 계층에서 동작하며 이들은 장비에 연결된 각 포트의 MAC 주소를 학습해 목적지 MAC 주소가 있는 포트로만 프레임을 보내도록 한다.
데이터 링크 계층에서 사용되는 데이터 단위는 프레임(Frame)이다.
물리 계층에서 ‘비트(Bit)’로 표현되던 데이터는 이 계층으로 올라오면서 헤더·트레일러가 추가되어 프레임 형태가 되고
이를 통해 같은 네트워크(브로드캐스트 도메인) 안에서 정확하게 목적지를 식별해 전달할 수 있다.
1계층 - 물리 계층 (Physical Layer)
물리 계층은 사용자의 데이터를 전기·광학·무선 등 물리 매체 상에서 통신할 수 있도록 신호를 변환해주는 역할을 담당한다. 이 계층에서는 케이블(UTP, 광섬유 등)이나 커넥터, 전송 속도, 전압과 같은 물리적 특성을 정의하고 단방향·반이중·전이중과 같은 통신 방식을 설정한다. 또한 오류가 발생했을 때 이를 복구하는 작업은 상위 계층에서 수행하므로 물리 계층에서는 발생한 오류를 그대로 전달하기만 한다.
물리 계층에서 전송되는 데이터 단위는 ‘비트(Bit)’라고 부른다.
‘데이터’라는 단어만 사용하면 어느 계층에서 처리하는지 구분이 어렵기 때문에 각 계층별로 고유한 데이터 명칭을 사용한다.
예를 들어 물리 계층은 ‘비트’, 2계층은 ‘프레임’, 3계층은 ‘패킷’ 등의 이름으로 데이터를 표현한다.
TCP/IP 란?
TCP/IP는 인터넷에서 데이터를 전송하기 위한 핵심 프로토콜 집합이자 사실상 표준으로 자리잡은 네트워크 프로토콜 스택이다. 프로토콜이 한 개만 있는 것이 아니라 여러가지 프로토콜의 조합이다. TCP/IP 기반으로 BAN, LAN, WAN 구간의 장치들이 데이터를 주고 받으며 OSI 7 Layer과 달리 4개의 계층으로 표현된다.
원래 미국 국방부(DoD)에서 개발했던 프로토콜로, 전 세계적으로 인터넷 망으로 구축하는데 쓰이면서 널리 보급 되었다.
TCP와 IP의 차이점
TCP는 4계층 프로토콜로 전송 제어 프로토콜 (Transmission Control Protocol)의 약자이며 한 기기에서 데이터 전송을 담당한다. IP는 3계층 프로토콜로 인터넷 프로토콜 (Internet Protocol)의 약자이며 데이터 조각을 최대한 빨리 IP 주소로 보내는 역할을 한다.
데이터 전송 과정에서 TCP와 IP는 각각 담당하는 작업이 있지만 결국에는 같은 결과를 목표로 하기 때문에 한 명칭으로 알려졌다.
OSI 7 Layer과 TCP/IP의 차이점은 뭘까?
OSI 7계층 모델이 이론적으로 네트워크 통신 과정을 7단계로 나누었다면 TCP/IP 모델은 실용성을 강조하여 계층을 4단계로 구분한다. TCP/IP 4계층은 크게 네트워크 액세스 계층, 인터넷 계층, 전송 계층, 응용 계층으로 구성된다.
| 구분 | OSI 7 Layer | TCP/IP |
| 계층 수 | 7계층 | 일반적으로 4계층 |
| 주 목적 | 네트워크 통신 표준화, 교육・이론적 참고 | 실제 인터넷 통신 구현, 보편적 활용 |
| 개발 주체 | ISO(국제표준화기구) | DARPA(미국 국방성), IETF |
| 사용 예 | 개념・이론・표준 문서, 교육 | 인터넷 전반 (IPv4/IPv6, TCP/UDP, HTTP 등) |
| OSI 7 Layer 계층 | TCP/IP 계층 |
| 응용 계층, 표현 계층, 세션 계층 | 응용 계층 |
| 전송 계층 | 전송 계층 |
| 네트워크 계층 | 인터넷 계층 |
| 데이터 링크 계층, 물리 계층 | 네트워크 인터페이스 계층 |
4계층 - 응용 계층(Application Layer)
응용 계층(Application Layer)은 사용자가 직접 사용하는 프로그램(웹 브라우저, 이메일 클라이언트, FTP 클라이언트 등)이 네트워크 자원을 활용할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. HTTP, SMTP, DNS, SSH 같은 프로토콜들이 여기에 속하며 OSI 모델의 세션, 표현, 응용 계층 기능을 모두 아우르는 폭넓은 개념으로 볼 수 있다. 사용자 입장에서는 가장 눈에 띄는 계층이지만 실제로는 하위 계층에서 이루어지는 전송과 라우팅 과정 덕분에 응용 계층의 기능을 문제없이 누릴 수 있는 구조다.
3계층 - 전송 계층(Transport Layer)
전송 계층(Transport Layer)은 종단 간 연결을 담당하여, 송신 측과 수신 측 애플리케이션 사이에서 데이터를 안전하고 안정적으로 주고받을 수 있도록 한다.
대표적인 프로토콜로 TCP와 UDP가 있으며, TCP는 3-웨이 핸드셰이크를 통해 연결을 설정하고 오류 복구와 흐름 제어, 혼잡 제어 같은 기능을 제공한다. UDP는 연결 설정 과정 없이 바로 데이터를 전송하기 때문에 빠른 전송 속도를 자랑하지만, 중간에 데이터가 손실되더라도 자체적으로 복구하지 않으므로 주로 스트리밍이나 실시간 서비스 등에서 활용된다. 전송 계층은 OSI 모델의 전송 계층(4계층)과 동일한 위치에 있으며, 프로토콜들이 포트 번호를 사용해 통신 상대 애플리케이션을 식별한다는 점이 특징이다.
2계층 - 인터넷 계층(Internet Layer)
인터넷 계층(Internet Layer)은 네트워크 액세스 계층을 통해 전송된 프레임에 IP 헤더를 덧붙여 패킷으로 만들고 이 패킷을 적절한 경로로 전달하는 과정을 담당한다.
라우터와 같은 장비가 목적지 IP 주소와 라우팅 테이블을 참고하여 어떤 경로로 패킷을 전송할지 결정하며 이를 통해 서로 다른 네트워크가 유기적으로 연결되어 전 세계적 규모의 인터넷을 형성할 수 있다.
이 계층에는 IP(IPv4, IPv6), ICMP 등의 프로토콜이 포함되며 IP는 출발지와 목적지를 식별하기 위한 주소 체계를 정의하고 패킷 전송 방식을 관리한다.
ICMP는 네트워크 상태를 진단(핑, 트레이서트 등)하고 오류 메시지를 전달하는 목적으로 사용되고 ARP는 IP 주소를 바탕으로 하위 계층에서 사용하는 MAC 주소를 찾아주는 역할을 수행한다.
이렇게 인터넷 계층에서 패킷을 올바른 경로로 전달하고 오류 및 상태 정보를 주고받는 덕분에 상위 계층에서는 다양한 애플리케이션을 지역적 제약 없이 자유롭게 이용할 수 있다.
1계층 - 네트워크 액세스 계층(Network Access Layer)
가장 하위 계층에 해당하는 네트워크 액세스 계층(Network Access Layer)은 OSI 모델의 물리 계층과 데이터 링크 계층을 합친 개념으로 실제 케이블이나 무선 등의 물리 매체 위에서 비트를 전송하고 MAC 주소를 바탕으로 프레임을 주고받는 일을 담당한다. 즉 OSI 7 Layer의 물리 계층과 데이터 링크 계층의 역할을 수행한다고 생각하면 된다.
ARP
- 목적지의 MAC 주소를 모를 경우 IP 주소를 이용해 해당 IP를 가진 호스트의 MAC 주소를 알아내는 프로토콜이다.
RARP
- 목적지의 IP 주소를 모를경우 MAC 주소가 주어졌을 때 해당 기기의 IP 주소를 알아내는 프로토콜이다.
Reference
https://aws-hyoh.tistory.com/57
https://nordvpn.com/ko/blog/tcp-ip-protocol/
https://www.cloudflare.com/ko-kr/learning/ddos/glossary/open-systems-interconnection-model-osi/
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