OSI 7계층과 TCP/IP 4계층 모델 완벽 가이드

OSI 7계층과 TCP/IP 4계층은 네트워크 통신을 계층적으로 구분한 모델로, 각 계층별 역할과 관련 장비, 그리고 두 모델 간의 차이점을 체계적으로 설명한다.

OSI 7계층 개요

OSI(Open Systems Interconnection) 7계층은 ISO(국제표준화기구)에서 제안한 통신 규약(Protocol)으로, 네트워크 통신 과정을 7개의 계층으로 나누어 정의한 모델이다. 각 계층은 독립적인 기능을 수행하며, 상위 계층은 하위 계층의 기능을 활용한다.

물리 계층 (Physical Layer)

물리 계층은 OSI 모델의 최하위 계층으로, 실제 데이터의 전기적 신호 전송을 담당한다.

• 주요 기능: 비트스트림 전송, 데이터를 전기신호로 변환
• 전송 단위: 비트(Bit)
• 관련 장비: 리피터, 허브, 통신 케이블
• 특징: 물리적 매체를 통해 비트를 전송하며, 데이터의 의미나 구조는 고려하지 않음

💡 비트스트림은 0과 1로 이루어진 비트의 연속된 나열을 의미한다.

데이터링크 계층 (Data Link Layer)

데이터링크 계층은 물리적으로 인접한 두 장치 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당한다.

• 주요 기능: 링크 설정, 흐름 제어, 오류 제어
• 전송 단위: 프레임(Frame)
• 관련 장비: 랜카드, 브리지, 스위치
• 특징: 물리 계층에서 수신한 정보(프레임)의 오류와 흐름을 관리하여 안정적인 전송 보장

스위치는 MAC 주소를 기반으로 데이터를 필요한 포트로만 전송하여 네트워크 효율성을 높인다.

네트워크 계층 (Network Layer)

네트워크 계층은 서로 다른 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 라우팅 기능을 담당한다.

• 주요 기능: 네트워크 연결 관리, 경로 제어, 데이터 교환 및 중계
• 전송 단위: 패킷(Packet)
• 관련 장비: 라우터
• 대표 프로토콜: IP(Internet Protocol)
• 특징: 라우터를 통해 패킷을 목적지까지 가장 효율적인 경로로 전송

⚡ 라우터는 패킷의 목적지 IP 주소를 확인하고 라우팅 테이블을 참조하여 최적의 경로를 결정한다.

전송 계층 (Transport Layer)

전송 계층은 종단 간(End-to-End) 통신의 신뢰성을 보장하는 계층이다.

• 주요 기능: 단말기 간 오류 수정, 흐름 제어, 투명한 데이터 전송
• 전송 단위: 세그먼트(Segment)
• 관련 장비: 게이트웨이
• 대표 프로토콜: TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Datagram Protocol)
• 특징: 다른 컴퓨터의 포트를 열어 데이터가 전송될 수 있게 함

전송 계층은 하위 계층(물리, 데이터링크, 네트워크)과 상위 계층(세션, 표현, 응용) 사이의 인터페이스 역할을 한다.

세션 계층 (Session Layer)

세션 계층은 통신 세션의 설정, 유지, 종료를 관리하는 계층이다.

• 주요 기능: 송수신 간의 제어 구조 제공, 연결을 위한 토큰 사용
• 특징: 통신을 위한 논리적 연결 담당
• 역할: 대화(Dialogue) 제어, 동기화, 체크포인트 설정

표현 계층 (Presentation Layer)

표현 계층은 데이터의 형식과 표현 방식을 다루는 계층이다.

• 주요 기능: 서로 다른 데이터 표현을 알맞은 형태로 변환
• 특징: 데이터 포맷 결정, 암호화/복호화, 압축/해제
• 예시: jpg → 이미지, EBCDIC → ASCII 변환

응용 계층 (Application Layer)

응용 계층은 사용자와 직접 상호작용하는 최상위 계층이다.

• 주요 기능: 사용자가 접근할 수 있는 서비스 제공
• 대표 프로토콜: HTTP, FTP, SMTP, DNS
• 특징: 사용자와 응용프로그램 간의 상호작용 지원

응용 계층은 사용자가 네트워크 자원에 접근할 수 있도록 인터페이스를 제공하는 최종 계층이다.

네트워크 장비 상세 설명

읽어보기 → 카테고리별로 재밌게 잘 설명되어있음

각 계층에서 사용되는 주요 네트워크 장비들의 특징과 역할을 살펴보자.

• NIC (Network Interface Card)

  • 기능: 컴퓨터와 컴퓨터 또는 컴퓨터와 네트워크 연결

  • 특징: LAN 카드라고도 불리며, 물리 계층과 데이터링크 계층에서 동작

  • 역할: 컴퓨터가 네트워크에 연결될 수 있도록 하는 하드웨어 장치

• 허브 (Hub)

  • 기능: 가까운 거리의 컴퓨터들을 연결
    • 종류:
      • 더미 허브: 단순 연결만 담당
      • 스위칭 허브: 필요한 포트에만 데이터 전송
  • 특징: 리피터 역할(신호 증폭)도 포함하며, 모든 포트로 데이터를 브로드캐스트함

• 리피터 (Repeater)

  • 기능: 장거리 전송을 위해 출력 전압을 높여 전송

  • 비유: 마이크와 같이 신호를 증폭하는 역할

  • 특징: 신호가 약해지는 감쇠 현상을 방지

• 브리지 (Bridge)

  • 기능: LAN과 LAN 또는 LAN 내의 컴퓨터 그룹 연결

  • 비유: 다리처럼 서로 다른 네트워크를 연결

  • 특징: 네트워크 분할 가능, 회선 수는 n(n-1)/2 공식으로 계산

• 스위치 (Switch)

  • 기능: LAN과 LAN을 연결하여 더 큰 LAN 형성

  • 특징: MAC 주소를 기반으로 데이터를 필요한 포트로만 전송

  • 장점: 네트워크 효율성 향상, 충돌 도메인 분리

• 라우터 (Router)

  • 기능: 브리지 기능 + 최적 경로 선택 기능

  • 비유: 네비게이션처럼 최적의 경로를 안내

  • 특징: IP 주소를 기반으로 패킷을 라우팅하며, 서로 다른 네트워크 간 통신 가능

• 게이트웨이 (Gateway)

  • 기능: 프로토콜 구조가 다른 네트워크를 연결

  • 특징: 서로 다른 통신 프로토콜 간의 변환 담당

  • 역할: 서로 다른 네트워크 환경 간의 통신 중개

TCP/IP 4계층 모델과 OSI 7계층 모델 비교

TCP/IP 4계층 모델과 OSI 7계층 모델은 네트워크 통신을 계층적으로 구분한 모델이지만, 몇 가지 중요한 차이점이 있다.

주요 차이점

• 계층 구조:
  • OSI 모델: 7개 계층으로 구성
  • TCP/IP 모델: 4개 계층으로 구성
• 접근 방식:
  • OSI 모델: 역할 기반 접근 방식
  • TCP/IP 모델: 프로토콜 기반 접근 방식
• 실용성:
  • OSI 모델: 이론적 참조 모델로 주로 사용
  • TCP/IP 모델: 실제 인터넷 통신에 사용되는 실용적 모델

TCP/IP 모델은 실제로 인터넷에서 사용되는 TCP와 IP 프로토콜을 기반으로 하므로, 실제 인터넷 통신에 더 관련성이 높다.

계층 대응 관계

• 응용 계층(TCP/IP) ↔ 응용 계층 + 표현 계층 + 세션 계층(OSI)
  • TCP/IP의 응용 계층은 OSI의 상위 3개 계층을 포함
• 전송 계층(TCP/IP) ↔ 전송 계층(OSI)
  • 두 모델의 전송 계층은 거의 동일한 기능 수행
• 인터넷 계층(TCP/IP) ↔ 네트워크 계층(OSI)
  • 라우팅과 패킷 전달 기능 담당
• 네트워크 액세스 계층(TCP/IP) ↔ 데이터링크 계층 + 물리 계층(OSI)
  • TCP/IP의 최하위 계층은 OSI의 하위 2개 계층을 포함

프로토콜 분포

• 응용 계층(TCP/IP): HTTP, FTP, SMTP, DNS, Telnet
• 전송 계층(TCP/IP): TCP, UDP
• 인터넷 계층(TCP/IP): IP, ICMP, ARP, RARP
• 네트워크 액세스 계층(TCP/IP): Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP

⚡ OSI 모델은 네트워크 문제 해결과 이해를 위한 참조 모델로 주로 사용되는 반면, TCP/IP 모델은 실제 인터넷 통신 구현에 사용된다.

네트워크 통신 모델의 이해는 네트워크 문제 해결과 설계에 필수적이며, OSI 7계층과 TCP/IP 4계층 모델은 각각의 장단점을 가지고 있어 상호 보완적으로 활용된다.