[Network] OSI 7계층별 핵심 역할과 대표 네트워크 장비 정리

Ade·6일 전

네트워크를 공부하다 보면 허브, 스위치, 라우터, 로드밸런서 등 다양한 장비를 접하게 됩니다. 이 장비들은 제각기 동작하는 위치가 다르며, 네트워크 엔지니어들은 이를 보통 'L2 장비', 'L3 장비', 'L4 스위치'처럼 계층 이름으로 부르곤 합니다.

OSI 7계층 각 단계가 어떤 역할을 수행하며, 해당 계층에서 데이터를 처리하는 대표적인 네트워크 장비에는 무엇이 있는지 차례대로 알아보겠습니다.

1. 계층별 장비 분류의 기준

네트워크 장비에 'L2', 'L3' 같은 이름이 붙는 기준은 단순합니다. "해당 장비가 패킷의 어느 계층 헤더까지 열어보고 판단할 수 있는가?"입니다.

핵심 역할: 상위 계층에서 내려온 0과 1의 비트열을 전기 신호, 빛(광) 신호, 전파 등 물리적 매체로 전송 가능한 신호로 변환합니다. 주소 개념이 없으며 데이터의 의미나 에러를 검사하지 않습니다.
데이터 단위(PDU): Bit
대표 장비:
- 더미 허브(Dummy Hub): 한 포트로 들어온 신호를 연결된 다른 모든 포트로 그대로 복제하여 전달(Flooding)합니다. 대역폭을 공유하므로 충돌(Collision)이 발생하기 쉽습니다.
- 리피터(Repeater): 긴 케이블을 통과하며 감쇄된 전기 신호를 수신하여 원래 세기로 증폭·재생성해 주는 장비입니다.
- 케이블 및 커넥터: UTP(LAN선), 광케이블(Optical Fiber), RJ-45 커넥터 등.

핵심 역할: 동일한 물리적 네트워크(LAN) 내에서 장비와 장비 간에 에러 없이 프레임을 안전하게 전송합니다. 하드웨어 고유 번호인 MAC 주소를 기반으로 통신합니다.
데이터 단위(PDU): Frame
대표 장비:
- L2 스위치(Switch): 각 포트에 연결된 기기들의 MAC 주소를 학습(MAC Address Table)하여, 패킷이 들어왔을 때 해당 목적지 기기가 있는 특정 포트로만 프레임을 전달합니다. 허브와 달리 충돌 도메인을 분리합니다.
- 브리지(Bridge): 과거에 서로 다른 두 개의 LAN 세그먼트를 연결하여 트래픽을 중계하던 장비로, 오늘날 스위치의 원형입니다.
- NIC(Network Interface Card): PC나 서버에 장착되어 고유한 MAC 주소를 물리적으로 탑재하고 있는 랜카드입니다.

핵심 역할: 서로 다른 네트워크(서로 다른 서브넷) 간에 데이터를 전달하기 위해 논리적 주소인 IP 주소를 부여하고, 목적지까지 가는 최적의 경로(라우팅)를 계산합니다.
데이터 단위(PDU): Packet
대표 장비:
- 라우터(Router): 네트워크와 네트워크를 연결하는 핵심 장비입니다. 라우팅 테이블(Routing Table)을 참조하여 수신한 패킷의 목적지 IP를 확인하고 가장 효율적인 경로로 다음 홉(Next Hop)에 전달합니다.
- L3 스위치: 라우터의 고유 기능인 라우팅 기능을 하드웨어(ASIC 칩) 레벨에서 고속으로 처리하도록 만든 스위치입니다. 대규모 사내망 백본에서 라우팅과 L2 스위칭을 동시에 담당합니다.

핵심 역할: 송신지와 수신지의 프로세스(애플리케이션 프로그램) 간에 신뢰성 있는 데이터 통신(TCP)을 제공하거나 빠른 전송(UDP)을 담당합니다. 식별자로 포트 번호(Port)를 사용합니다.
데이터 단위(PDU): Segment (TCP) / Datagram (UDP)
대표 장비:
- L4 스위치 (L4 로드밸런서): IP 주소뿐만 아니라 TCP/UDP 포트 번호까지 분석합니다. 예를 들어 80(HTTP), 443(HTTPS)번 포트로 들어오는 대량의 트래픽을 뒤편에 있는 여러 대의 웹 서버로 균등하게 분산(로드 밸런싱)해 줍니다.

핵심 역할:
- L5 세션(Session): 양 끝단 애플리케이션 간의 연결 설정, 유지, 세션 동기화를 제어합니다.
- L6 표현(Presentation): 데이터의 인코딩/디코딩, 압축, 암호화/복호화(TLS/SSL)를 처리합니다.
- L7 응용(Application): 사용자와 직접 맞닿아 웹 브라우징(HTTP/HTTPS), 파일 전송(FTP), 도메인 조회(DNS) 등 실제 네트워크 서비스를 구동합니다.
데이터 단위(PDU): Data / Message
대표 장비 및 솔루션:
- L7 스위치 (애플리케이션 로드밸런서, ALB): 패킷 내부의 실제 페이로드 데이터(URL 경로, HTTP 헤더, 쿠키 등)까지 검사하여 트래픽을 분기합니다. (예: /images 요청은 이미지 캐시 서버로, /api 요청은 백엔드 API 서버로 분기)
- 차세대 방화벽(NGFW) / WAF(웹 방화벽): 패킷의 L3/L4 정보뿐만 아니라 L7 페이로드의 악성 스크립트(SQL 인젝션, XSS 등)를 탐지하고 차단합니다.

구분	주요 식별자	대표 장비	핵심 처리 방식
L1 (물리)	전기/광 신호	더미 허브, 리피터, 케이블	단순 신호 증폭 및 전체 포트 전달
L2 (데이터링크)	MAC 주소	L2 스위치, 브리지, NIC	MAC 테이블 기반 동일 LAN 내 프레임 스위칭
L3 (네트워크)	IP 주소	라우터, L3 스위치	라우팅 테이블 기반 이종 네트워크 간 패킷 중계
L4 (전송)	IP + Port 번호	L4 스위치 (로드밸런서)	포트 기반 트래픽 로드밸런싱 및 페일오버
L7 (응용)	HTTP URL, 쿠키 등	L7 스위치(ALB), 웹 방화벽(WAF)	애플리케이션 데이터(내용) 분석 후 라우팅/차단

상위 계층 장비일수록 패킷의 더 깊은 헤더(데이터 내용)까지 들여다볼 수 있습니다.
같은 스위치라도 MAC 주소만 보고 넘겨주면 L2 스위치, IP 주소 기반 라우팅까지 수행하면 L3 스위치, 포트 번호 기반으로 서버 트래픽을 분산하면 L4 스위치로 구분합니다.
실무에서는 이러한 장비들을 적절한 계층에 배치하여 병목 현상을 방지하고 안정적인 네트워크 인프라를 구성하게 됩니다.