CS 네트워크- OSI 7계층과 TCP/IP 4계층
2025-10-17
계층적 구조(Layered Architecture), OSI 7계층 (Open Systems Interconnection) OSI 7계층과 TCP/IP 4계층
정리 요약
- 이 문서는 네트워크 통신 구조의 핵심 개념인 OSI 7계층과 TCP/IP 4계층 모델을 설명한다.
- 두 모델은 네트워크를 계층적으로 나누어 복잡한 통신 과정을 체계적으로 관리하기 위한 구조이다.
- OSI 모델은 개념적 표준을 제공하며, TCP/IP 모델은 실제 인터넷 통신에서 구현되는 구조다.
- 이 내용을 이해하면 데이터가 어떤 과정을 거쳐 전송되고, 네트워크 문제를 어떤 기준으로 분석해야 하는지를 명확히 파악할 수 있다.
OSI 모델은 학습과 분석을 위한 기준 모델이며, TCP/IP 모델은 실제 통신에서 사용되는 구현 모델이다. 네트워크 문제를 분석할 때는 “어느 계층에서 문제가 발생했는가”를 기준으로 접근해야 한다.
- IP 충돌은 네트워크 계층 문제에 해당한다.
- 포트 충돌은 전송 계층 문제이다.
- SSL 인증서 오류는 표현 계층에서 발생한다.
- 웹 요청 실패(404, 500 등)는 응용 계층 문제로 본다.
시스템 설계나 보안 정책, 트래픽 제어, 방화벽 규칙 등을 정의할 때도 계층별 역할을 명확히 구분해두면 원인 분석과 유지보수가 훨씬 수월해진다.
1. OSI 7계층
OSI 7계층(Open Systems Interconnection Model)은 국제표준화기구(ISO)가 제정한 네트워크 통신 표준 구조이다.
각 계층은 특정한 역할을 담당하며, 상호 독립적으로 동작한다.
이 모델은 통신 과정의 복잡성을 줄이고, 시스템 간 호환성을 높이기 위해 설계되었다.
| 계층 번호 | 계층명 | 주요 역할 | 대표 프로토콜 / 장비 |
|---|---|---|---|
| 7 | 응용 계층 (Application) | 사용자가 직접 접근하는 계층으로, 애플리케이션 서비스를 제공한다. | HTTP, FTP, SMTP, DNS |
| 6 | 표현 계층 (Presentation) | 데이터의 형식, 인코딩, 암호화, 압축을 담당한다. | JPEG, MPEG, SSL/TLS |
| 5 | 세션 계층 (Session) | 세션의 생성, 유지, 종료를 관리하며 동기화를 담당한다. | NetBIOS, RPC |
| 4 | 전송 계층 (Transport) | 신뢰성 있는 데이터 전송, 흐름 제어, 오류 제어를 수행한다. | TCP, UDP |
| 3 | 네트워크 계층 (Network) | 논리적 주소(IP) 관리 및 라우팅을 담당한다. | IP, ICMP, ARP |
| 2 | 데이터링크 계층 (Data Link) | 프레임 단위로 전송하고, MAC 주소를 기반으로 오류 제어를 수행한다. | Ethernet, PPP, Switch |
| 1 | 물리 계층 (Physical) | 전기적 또는 광학적 신호를 통해 데이터를 실제로 전송한다. | 케이블, 허브, NIC |
OSI 모델에서 데이터는 상위 계층에서 하위 계층으로 내려가며 캡슐화되고,
수신 측에서는 하위 계층에서 상위 계층으로 올라가며 역캡슐화된다.
각 계층은 바로 아래 계층의 서비스를 이용하고, 바로 위 계층에 서비스를 제공한다.
2. TCP/IP 4계층
TCP/IP 모델은 OSI 모델을 실무 중심으로 단순화한 형태로, 실제 인터넷 통신 구조의 기반이 된다. 각 계층은 독립적으로 동작하며, 운영체제 내부의 네트워크 스택(Network Stack)으로 구현된다.
| TCP/IP 계층 | 대응되는 OSI 계층 | 주요 프로토콜 / 예시 |
|---|---|---|
| 4. 응용 계층 | 응용, 표현, 세션 계층 | HTTP, FTP, SMTP, DNS |
| 3. 전송 계층 | 전송 계층 | TCP, UDP |
| 2. 인터넷 계층 | 네트워크 계층 | IP, ICMP, ARP |
| 1. 네트워크 인터페이스 계층 | 데이터링크, 물리 계층 | Ethernet, Wi-Fi, MAC |
이 모델은 인터넷 통신의 실질적인 구조를 반영하며, 데이터 송수신, 주소 관리, 라우팅, 오류 제어 등의 역할을 효율적으로 수행한다.
3. TCP/IP 데이터 흐름 예시
사용자가 웹 브라우저에 https://example.com을 입력했을 때의 과정은 다음과 같다.
- 응용 계층 (HTTP)
웹 브라우저가 HTTP 요청 메시지를 생성한다.
예:
GET /index.html HTTP/1.1 - 전송 계층 (TCP) 데이터를 세그먼트로 분할하고, 포트 번호(예: 443)를 지정해 신뢰성 있는 전송을 준비한다.
- 인터넷 계층 (IP) IP 주소를 기반으로 패킷을 생성하고, 목적지까지의 경로를 결정한다.
- 네트워크 인터페이스 계층 (Ethernet) 물리적 MAC 주소를 사용해 프레임을 전송한다.
- 수신 측에서는 이 과정을 반대로 수행하여 응용 계층에서 데이터를 재조립한다.
4. OSI vs TCP/IP 비교 요약
| 구분 | OSI 7계층 | TCP/IP 4계층 |
|---|---|---|
| 설계 주체 | ISO (국제표준기구) | DARPA (미국 국방성) |
| 구조 목적 | 개념적 표준 모델 | 실무 중심의 구현 모델 |
| 계층 수 | 7 | 4 |
| 대표 프로토콜 | X.400, X.25 | HTTP, TCP, IP, Ethernet |
| 주요 용도 | 네트워크 이론 교육, 표준화 | 실제 인터넷 및 시스템 통신 |
| 특징 | 구조적, 이론 중심 | 단순화, 실무 중심 |