[네트워크] OSI 7계층 vs TCP/IP 모델

✅ OSI 7 계층 모델 vs. TCP/IP 모델

OSI 모델이 표준과 학습도구로써의 의의가 있다면 TCP/IP 모델은 실무적인 통신 기술을 구현하는데 의미를 가진다

 

OSI 7 모델 vs. TCP/IP 모델

 

• OSI 모델을 역할을 기반으로 각 계층을 구성하고, TCP/IP 모델을 프로토콜의 집합을 기반으로 구성된다.
• 전체적인 통신전반에 대한 표준화 방식이 OSI 모델이라면 TCP/IP 모델은 데이터 전송과 인터넷 통신에 특화된 구조이다.

 

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📍 프로토콜을 계층화하는 이유

OSI 7 Layer, TCP/IP처럼 프로토콜을 계층화하는 이유가 뭘까?

 

프로토콜을 계층화하는 이유는 여러 가지 장점이 있으며, 대표적으로 아래 3가지를 들 수 있다.

1. 쉬운 이해: 복잡한 데이터 전송 과정을 계층으로 나누어 전체 흐름을 이해하기 쉽게 만든다.
2. 모듈화로 인한 유지보수 용이: 각 계층이 독립적으로 동작하기 때문에 문제가 생기더라도 해당 계층에서 처리하면 된다. 즉, 확장성이나 유연성 면에서 유연하게 대처할 수 있다.
3. 상호 운용성 향상: 표준화 모델을 통해 서로 다른 제조사나 시스템 간에도 통신이 가능하다.

 

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✅ OSI 7 계층 모델

ISO(국제 표준화 기구)에서 통신이 일어나는 과정을 7개의 계층으로 나누어 추상화한 모델이다.

각 계층은 고유한 역할을 가지며, 계층별로 관련된 장치와 PDU(Protocol Data Unit)가 존재한다.

 

PDU(Protocol Data Unit): 각 계층에서 데이터를 전송할 때 사용되는 기본 단위로, 헤더와 데이터를 합친 부분을 의미한다.

 

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1️⃣ 물리 계층 (Pyhsical Layer)

: 0과 1의 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하거나 반대로 바꾸어 전송하는 계층

 

• 장치: 리피터, 케이블, 허브 등
• PDU: 비트(bit) 

 

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2️⃣ 데이터 링크 계층(Data Link Layer)

: 물리 계층을 통해 전송되는 데이터를 신뢰성 있게 전달하기 위한 계층

 

• 같은 네트워크에 존재하는 호스트와 통신하는 계층
• Mac 주소를 사용해 통신
• 프레임에 Mac 주소를 부여하고 에러 검출, 재전송, 흐름 제어 수행
• 프로토콜: MAC, LAN 등
• 장치: 허브, 브릿지, 스위치, NIC 등
• PDU: 프레임(frame)

 

MAC(Media Access Control) 주소: 네트워크에서 장비를 식별하는 고유한 하드웨어 주소

 

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3️⃣ 네트워크 계층(Network Layer)

: 목적지까지 경로를 설정(라우팅)하고 패킷을 전달하는 계층

 

• 다른 네트워크에 존재하는 호스트와 통신
• 데이터를 목적지까지 안전하고 빠르게 전달
• 라우터를 통해 이동할 경로 선택하고 패킷 전달 (라우팅)
• 프로토콜: IP, ICMP 등
• 장치: 라우터 등
• PDU: 패킷(packet)

 

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4️⃣ 전송 계층(Transport Layer)

: 신뢰성 있고 정확한 정보 전송을 담당

 

• 신뢰성 높은 전송 제어 수행
• 네트워크 계층의 패킷 전송을 제어
• 프로토콜:TCP, UDP 등
• PDU: 세그먼트(segmant) or 데이터그램(datagram)

 

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5️⃣ 세션 계층(Session Layer)

: 통신 세션 생성하고 삭제하는 역할

 

• 포트 번호를 기반으로 통신 세션을 생성하고 삭제
• 프로토콜: SSH, TLS 등

 

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6️⃣ 표현 계층(Presentation Layer)

: 데이터를 통신 가능한 형식으로 변환

 

• 데이터 형식 변환, 암호화 처리 수행
• 프로토콜: JPEG, PNG 등

 

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7️⃣ 응용 계층(Application Layer)

: 애플리케이션에 맞추어 통신

 

• 사용자와 직접 상호작용하는 계층
• 프로토콜: HTTP, FTP, DNS 등

 

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📍정리표

 

계층	역할	프로토콜	장치	PDU
1. 물리 계층 (Physical)	디지털 데이터를 신호로 변환해 전송	-	리피터, 케이블, 허브	비트 (Bit)
2. 데이터 링크 계층 (Data Link)	같은 네트워크 내에서 신뢰성 있는 데이터 전송 (MAC 주소 기반)	MAC, LAN	브릿지, 스위치, NIC	프레임 (Frame)
3. 네트워크 계층 (Network)	다른 네트워크 간 데이터 전달 및 라우팅 수행	IP, ICMP	라우터	패킷 (Packet)
4. 전송 계층 (Transport)	신뢰성 있는 전송 제어 (TCP/UDP 기반)	TCP, UDP	-	세그먼트(segmant), 데이터그램(datagram)
5. 세션 계층 (Session)	통신 세션 생성 및 종료, 포트 번호 기반 연결	SSH, TLS	-	-
6. 표현 계층 (Presentation)	데이터 형식 변환, 암호화 처리	JPEG, PNG	-	-
7. 응용 계층 (Application)	사용자와 직접 상호작용, 애플리케이션 기능 제공	HTTP, FTP, DNS	-	-

 

 

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✅ TCP/IP 4 계층 모델 

TCP/IP는 서로 다른 네트워크 간에도 통신이 가능하도록 설계된 통신 프로토콜의 집합이다.

 

여기서 TCP와 IP는 대표적인 프로토콜일 뿐이며 실제로는 이 외에도 다양한 인터넷 프로토콜들을 포함하고 있다.
즉, TCP/IP는 하나의 프로토콜이 아니라 인터넷 통신에 사용되는 여러 프로토콜들의 세트를 의미한다.

 

이러한 TCP/IP 프로토콜들은 기능과 역할에 따라 4개의 계층으로 나뉘며, 이를 TCP/IP 4 계층 모델이라고 한다.

 

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1️⃣ 네트워크 액세스 계층(Network Access Layer)

: 데이터를 물리적 전송 매체를 통해 전송

 

• MAC주소를 활용하여 물리적으로 장비 간 데이터 전송
• 대표적인 프로토콜: Ethernet, 와이파이 등
• PDU: 프레임(frame)

 

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2️⃣ 인터넷 계층(Internet Layer)

: 호스트 간 통신 경로를 확보해서 데이터를 전송

 

• 라우터를 통해 이동할 경로 선택하고 패킷 전달 
• 프로토콜: IP, ICMP, ARP 등
  • ARP: IP 패킷을 보내고 싶은 대상의 MAC 주소를 알아내기 위해 사용 (IP 주소 <-> MAC 주소)

 

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3️⃣ 전송 계층(Transport Layer)

: 신뢰성 있고 정확한 정보 전송을 담당

 

• 프로토콜: TCP, UDP 등
• PDU: 세그먼트(segmant) or 데이터그램(datagram)

 

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4️⃣ 응용 계층(Application Layer)

: 애플리케이션에 맞추어 통신

 

• 사용자와 직접 상호작용하는 계층
• 프로토콜: HTTP, DNS 등

 

 

 

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✅ 캡슐화(Encapsulation)와 비캡슐화(Decapsulation)

캡슐화와 비캡슐화

 

• 캡슐화(Encapsulation)
  • 상위 계층으로부터 받은 데이터에 헤더를 추가하여 하위 계층으로 전달하는 과정
  • 즉, 송신지 호스트의 각 계층을 지날 때마다 데이터에 헤더를 추가하는 것
  • 헤더에는 송신지나 수신지에 대한 정보(IP 주소, 물리 주소, 포트 번호 등), 해당 프로토콜이 전송하고 있는 데이터에 관한 정보 등 수신 호스트가 해당 계층에서 데이터를 처리할 때 필요한 정보가 담겨 있다.
  • ex) 사용자가 웹 요청을 보낼 때는 먼저 HTTP 데이터가 생성되고, 그 위에 TCP 헤더, IP 헤더, 마지막으로 이더넷 헤더가 붙어 하나의 프레임으로 전송된다.
• 비캡슐화(Decapsulation)
  • 하위 계층으로부터 데이터를 받아 헤더를 제거하여 상위 계층으로 전달하는 과정
  • 각 계층은 송신 호스트가 해당 계층에서 보낸 헤더를 읽고 프로토콜을 처리
  • 각 계층의 비캡슐화 과정을 지나면 최종적으로 원본 페이로드(payload)를 복원할 수 있다.

 

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✨ 추가 질문

[ TCP/IP에 대해서 설명해 주세요. ]

OSI 7 계층 모델을 좀 더 간단하고 실용적으로 만든 모델이다.
현대 네트워크에서는 TCP/IP가 표준 모델로 사용되고 있다.

다음과 같이 총 4개의 계층으로 이루어져 있다.
- 네트워크 액세스 계층: 물리적 네트워크 매체와의 상호작용을 통해 데이터를 전송
- 인터넷 계층: 데이터 패킷의 주소 지정, 라우팅 수행
- 전송 계층: 데이터 전송의 신뢰성을 제공
- 응용 계층: 애플리케이션 서비스 수행

 

 

[ OSI 7 Layer에 대해서 설명해 주세요. ]

통신이 일어나는 과정을 아래 7개의 계층으로 나눈 국제 통신 표준 규약
- 물리 계층: 전기 신호로 데이터 전송
- 데이터 링크 계층: 에러 탐지, 프레임 전송, MAC 주소 사용하여 사용자 식별
- 네트워크 계층: 최적의 경로로 이동하도록 라우팅 수행
- 전송 계층: 유실 패킷 재전송 요청 등 신뢰성 높은 전송 제어
- 세션 계층: 통신 세션 생성 및 삭제
- 표현 계층: 데이터 형식 변환, 압축 및 암호화 처리
- 애플리케이션 계층: 애플리케이션 서비스 수행

 

 

[ ARP에 대해 설명해 주세요. ]

ARP는 IP 패킷을 보내고 싶은 대상의 MAC 주소를 알아내기 위해 사용한다.
(IP 주소 <-> MAC 주소)

구체적으로는
(1) ARP request: IP주소에 대응하는 MAC 주소를 알아내기 위해 네트워크 전체에 패킷을 보낸다.
(2) ARP reply: MAC 주소에 해당하는 컴퓨터는 이에 응답한다.

 

[ L3 스위치와 라우터의 차이에 대해 설명해 주세요. ]

두 장치는 모두 3 계층에서 작동하여 라우팅 기능을 수행한다.
하지만 다음과 같은 차이가 있다.

- 포트 수: L3는 기기와 기기를 접속하는 역할도 담당하기에, 포트가 라우터보다 많다. (L3 > 라우터)
- 보안: 위조 방지와 같은 패킷 체크 기능은 L3보다 라우터가 더 뛰어나다. (라우터 > L3)
- 속도: 하드웨어 방식인 L3가 라우터보다 빠르다. (L3 > 라우터)
- 사용 용도: L3는 고속 내부 네트워크 처리 용도로, 라우터는 다른 네트워크 간의 연결을 할 때 사용한다.