OSI 7 Layer - 계층 별 프로토콜

LGE·2025년 3월 4일
OSI 7 LayerOSI 7 계층protocol프로토콜

AI 스쿨 - 정보보안전문가 취업 과정

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1. 물리 계층 (1계층, Physical)

: 비트 전송, 전기적/물리적 신호 전달을 담당한다.

  • Modem (모뎀, Modulator + Demodulator)
  • Cable (케이블)
  • Fiber (광섬유 케이블)
  • RS-232C

2. 데이터 링크 계층 (2계층, Data Link)

: 같은 네트워크 안에서 MAC 주소를 사용해 장치 간 데이터 전송을 담당한다.

  • 이더넷 (Ethernet)
    • 가장 널리 쓰이는 유선 LAN 프로토콜
    • MAC 주소 기반으로 데이터 프레임 전송
  • PPP (Point-to-Point Protocol)
    • 두 장비 간 직렬 통신에 사용
    • 주로 전화선이나 모뎀 통신에 사용
  • HDLC (High-Level Data Link Control)
    • 데이터 링크 계층에서 오류 제어와 흐름 제어 기능을 제공하는 프로토콜
  • ATM (Asynchronous Transfer Mode)
    • 고정된 크기의 셀로 데이터를 전송
    • 그래서 다양한 트래픽을 고속으로 처리 가능.
  • ARP (Address Resolution Protocol)
    • IP 주소를 MAC 주소로 변환해주는 프로토콜. (실제론 3계층/2계층 사이에 위치함)

3. 네트워크 계층 (3계층, Network)

  • IP (Internet Protocol)
    • 데이터 패킷을 목적지까지 전달하는 핵심 프로토콜
    • P 주소 사용, IPv4와 IPv6 존재.
      • IPv4: 32비트 주소 체계로 최대 약 43억 개의 주소 제공.
        - 예: 192.168.0.1
      • IPv6: 128비트 주소 체계로 거의 무한대의 주소 제공.
        - 예: 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000
  • IPSec
    • IP 패킷을 암호화하거나 인증하는 보안 프로토콜 (VPN에 자주 사용됨).
  • ICMP (Internet Control Message Protocol)
    • 네트워크 상태 점검에 사용
    • 예: ping, traceroute 명령어에 사용
  • ARP (Address Resolution Protocol)
    • IP 주소 → MAC 주소 변환. (사실상 2.5계층에 위치)
  • IGMP (Internet Group Management Protocol)
    • 멀티캐스트 그룹 관리
    • 스트리밍이나 방송 같은 기능에 사용
  • RIP, OSPF, BGP
    • 라우팅 프로토콜
    • 각각 작은 네트워크(RIP)부터 전 세계 인터넷(BGP)까지 다양한 규모에 대응.

3.1. ICMP (Internet Control Message Protocol)

: 네트워크 상태와 관련된 정보를 전달하거나, 네트워크 문제를 진단하기 위한 프로토콜

주요 특징

  • 제어 메시지 전송
    • IP 패킷 전송 중 문제가 발생했을 때 오류 메시지를 전달한다.
  • 진단 기능
    • ping, traceroute 명령어로 네트워크 상태를 확인 가능하다.
  • IP 프로토콜 내 포함
    • ICMP는 IP 패킷 안에 들어가며, IP 프로토콜 번호 1번을 사용한다.
  • 비연결성 (Connectionless)
    • 상태 유지 없이 메시지를 전송한다.
  • 상태 알림용, 데이터 전송용이 아님.
    • ICMP는 데이터 전달이 목적이 아닌, '상태 알림'용 프로토콜이다.

ICMP 메시지 구조

  1. Type (8비트): 메시지의 종류를 지정한다.
  2. Code (8비트): 메시지의 세부 코드를 지정한다.
  3. Checksum (16비트): 메시지의 무결성을 확인한다.
  4. Unused: 사용되지 않는 필드
  5. Original IP Header: 문제가 발생한 원래 IP패킷의 헤더를 포함한다.
  6. Data: 원래 패킷의 일부 데이터를 포함하여, 문제가 발생한 원인을 확인하도록 돕는다.

ICMP 메시지 유형

크게 오류 메시지와 요청/응답 메시지로 나뉜다.

오류 메시지 (보통 수신 측에 전달)

  • Type 3
    • Destination Unreachable
    • 목적지에 도달할 수 없을 때 (예: 포트 없음, 라우팅 불가 등)
    • 코드 값에 따라 세부적 사유가 다르다.
      • Code 0 : 네트워크에 도달할 수 없음
      • Code 1 : 호스트에 도달할 수 없음
      • Code 2 : 프로토콜에 도달할 수 없음
      • Code 3 : 포트에 도달할 수 없음
      • Code 4-15 : 기타 다양한 상황
  • Type 4
    • Source Quench (구형)
    • 혼잡 제어용 (현재는 거의 사용 안 함)
  • Type 5
    • Redirect
    • 더 나은 경로가 있을 때 경로 재지정 요청
  • Type 11
    • Time Exceeded
    • TTL(Time to Live)이 0이 되어 패킷이 폐기될 때, traceroute에 사용
  • Type 12
    • 헤더에 오류가 있을 경우

요청/응답 메시지

  • Type 0, 8
    • Echo Reply (0), Echo Request (8)
    • ping 명령어에 사용됨. 요청-응답 확인
  • Type 13, 14
    • Timestamp Request/Reply
    • 시간 확인용 메시지 (거의 사용 안 함)
  • Type 10, 9
    • Router Solicitation/Advertisement
    • 라우터 검색 및 알림 (IPv6에서 중요함)

요약

항목내용
필터ICMP
주요 타입Type 8 (Request), Type 0 (Reply), Type 3/11 (오류)
활용Ping, Traceroute, 네트워크 장애 분석

4. 전송 계층 (4계층, Transport)

따로 정리했으므로 간단하게 올리고 링크 첨부

TCP (Transmission Control Protocol) 특징 및 헤더 구조

TCP 3-Way Handshake / 4-Way Handshake

UDP (User Datagram Protocol)

ㅡ

4.1 역할

  1. 세그먼트화(Segmentation)
    : 상위 계층 데이터(예: HTTP 메시지)를 작게 쪼개서 세그먼트로 전송

  2. 재조립(Reassembly)
    : 받은 세그먼트를 순서대로 재조립

  3. 오류 제어
    : 손상되거나 누락된 세그먼트를 감지하고 재전송 요청

  4. 흐름 제어
    : 송신 속도를 수신 측 처리 속도에 맞춤 (예: 슬라이딩 윈도우)

  5. 포트 번호 사용
    : 프로세스 간 통신 식별 (예: 80번 = HTTP, 443번 = HTTPS)

4.2 프로토콜

4.2.1 TCP (Transmission Control Protocol)

특징설명
신뢰성 있음연결 지향(Connection-oriented), 데이터 누락/중복 없음
순서 보장패킷이 순서대로 도착하도록 보장
재전송 기능손실 시 자동 재전송
흐름 제어 & 혼잡 제어슬라이딩 윈도우, congestion control
사용 예시웹브라우징(HTTP/HTTPS), 이메일(SMTP), 파일전송(FTP) 등

4.2.2 UDP (User Datagram Protocol)

특징설명
빠름연결없음, 헤더도 작음
신뢰성 없음순서 보장 X, 손실 보정 X
단순함실시간/멀티미디어에 적합
사용 예시DNS, VoIP, 온라인 게임, 스트리밍, DHCP 등

4.2.3 TCP/UDP 비교

항목TCPUDP
연결 방식연결 지향비연결 지향
신뢰성있음없음
순서 보장있음없음
속도느림빠름
용도신뢰 중요 서비스속도 중요 서비스

5. 세션 계층 (5계층, Session)

역할

  • 세션 설정 (Establishment): 통신하려는 두장비 사이에 세션(연결) 생성
  • 세션 유지 (Management): 세션이 정상적으로 유지되도록 관리
  • 세션 종료 (Termination): 통신이 끝나면 세션 종료
  • 동기화: 전송 데이터에 동기점(Synchronization point)을 설정해 오류 발생 시 이어서 통신 가능

프로토콜

  • NetBIOS (Network Basic Input/Output System)
    : 로컬 네트워크에서 컴퓨터 이름과 세션을 관리

  • RPC (Remote Procedure Call)
    : 네트워크를 통해 다른 컴퓨터의 함수를 호출하는 기술

  • PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol)
    : VPN 연결을 설정할 때 사용되는 터널링 프로토콜

  • SMB (Server Message Block)
    : 파일/프린터/포트 공유 등에 사용되는 프로토콜. 초기에는 세션 계층 역할 수행

최신 네트워크 설계에서는 세션 계층의 많은 기능이 응용 계층으로 통합되거나 전송 계층 프로토콜에서 처리된다.


6. 표현 계층 (6계층, Presentation)

6.1 역할

  • 데이터 변환
    : 다른 시스템 간 데이터 형식 차이 해결
    : 예) ASCII <-> EBCDIC

  • 암호화/복호화
    : SSL/TLS 같은 프로토콜을 통해 데이터 보안

  • 압축
    : 데이터 크기를 줄여 전속 속도 향상

6.2 프로토콜

  • SSL (Secure Sockets Layer)
    : 데이터 암호화 프로토콜

  • TLS (Transport Layer Security)
    : SSL의 발전형. 웹(HTTPS), 이메일 등에서 암호화를 제공한다.

  • MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions)
    : 이메일 첨부파일 형식 정의. 다양한 데이터 타입 지원

  • JPEG/PNG/GIF
    : 이미지 데이터 형식

  • MP3/MP4
    : 오디오/비디오 압축 형식

  • ASCII/EBCDIC
    : 문자 인코딩 표준

  • XDR(External Data Representation)
    : 서로 다른 컴퓨터 시스템 간 데이터 표현 규칙

최신 웹 보안(HTTPS)에서 SSL/TLS가 중요하게 다뤄진다.


7. 응용 계층 (7계층, Application)

7.1 주요 역할

  • 사용자와 네트워크 소프트웨어 사이의 인터페이스 제공
  • 데이터 표현 및 전송 방식 결정
  • 다양한 응용 서비스 지원

7.2 프로토콜

프로토콜역할
HTTP/HTTPS웹 페이지 요청 및 응답
FTP/FTPS/SFTP파일 전송
SMTP이메일 송신
POP3/IMAP이메일 수신
DNS도메인 이름 <-> IP 주소 변환
Telnet/SSH원격 접속
SNMP네트워크 관리 및 모니터링
DHCPIP 주소 자동 할당
LDAP디렉터리 서비스
NFS/SMB네트워크 파일 공유
RDP원격 데스크톱 접속
SIPVoIP(인터넷 전화) 세션 설정

7.2.1 HTTP, HTTPS 특징과 차이점

HTTP (HyperText Transfer Protocol)

  • 기본적인 웹 통신 프로토콜
  • 웹 페이지 요청/응답 처리
  • 암호화 없음 -> 아이디, 비밀번호, 카드 정보 등이 평문(Plaintext)로 노출될 수 있음

HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure)

  • HTTP + SSL/TLS
  • 암호화된 세션을 통해 웹 페이지 요청/응답 처리
  • 사용자와 서버 간 데이터가 외부에 노출되지 않음
  • 인증서 (Certificate Authority, CA)로 웹 서버의 신뢰성을 검증

정리

항목HTTPHTTPS
계층OSI 7계층 (응용 계층)OSI 7계층 (응용 계층) + OSI 6계층 암호화
포트 번호80번443번
암호화없음 (평문으로 데이터 전송)SSL/TLS를 사용하여 암호화
보안성낮음. 패킷 스니핑이나 중간자 공격(MITM)에 취약높음. 데이터 도청/변조 방지
속도빠름약간 느림 (하지만 최신 하드웨어/HTTP/2/로 차이 거의 없음)
URL 시작http://https://
인증서필요 없음필요 (CA 인증서 또는 자체 서명 인증서)

7.2.2 FTP의 특징과 제어 채널, 데이터 채널

FTP (File Transfer Protocol)

|항목|설명|
|계층|OSI 7계층 (응용 계층)|
|기본 포트|제어 채널: 21번
데이터 채널: 20번 (Active 모드 기준, Passive는 다름)|
|전송 방식|텍스트 파일, 바이너리 파일 전송 가능|
|연결 방식|클라이언트-서버 모델|
|보안|기본 FTP는 암호화 없음 (FTPS 또는 SFTP를 사용하면 암호화 가능|
|사용 모드|Active 모드 / Passive 모드|

제어 채널 / 데이터 채널

  • 제어 채널

    • 클라이언트 -> 서버 연결 생성 (포트 21)
    • 로그인, 명령어 (예: LIST, RETR, STOR) 전송
    • 세션 종료 시까지 유지됨

  • 데이터 채널

    • 파일 목록, 파일 자체 데이터를 전송
    • 파일을 전송할 대만 연결됨
    • Actice 모드
      • 서버가 20번 포트에서 클라이언트로 연결
    • Passive 모드
      • 클라이언트가 서버가 지정한 포트로 연결 (방화벽 우회 가능)
채널역할포트특징
제어 채널 (Control Channel)명령 전송 및 응답 처리 (로그인, 디렉터리 변경, 파일 삭제 등)21번 포트FTP 세션 내내 열려 있음
데이터 채널 (Data Channel)실제 파일 데이터 전송20번 포트 (Active) 또는 서버가 지정 (Passive)파일 전송 시에만 연결됨

7.2.3 SMTP,POP3/IMAP 특징과 차이점 (이메일 프로토콜)

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

  • 메일 송신
  • 메일 발송 및 중계(클라이언트->서버 또는 서버->서버 전송). 메일 수신은 불가능
  • 포트 번호
    • 25번 (기본)
    • 587번 (TLS)
    • 465번 (SSL)

POP3 (Post Office Protocol v3)

  • 메일 수신
  • 서버에 있는 메일을 로컬 PC로 다운로드
  • 다운로드 후 서버에서 삭제
  • 기본 동작 - 인터넷 연결 없어도 메일 확인 가능
  • 포트 번호
    • 110 (기본)
    • 995 (SSL)

IMAP (Internet Message Access Protocol)

  • 메일 수신
  • 메일을 서버에 남긴 채 읽음
  • 여러 기기에서 동기화 가능
  • 폴더 구조 유지
  • 포트 번호
    • 143 (기본)
    • 993 (SSL)

SMTP/POP3/IMAP의 차이점

항목SMTPPOP3IMAP
역할메일 송신메인 수신 (다운로드 후 삭제)메일 수신 (서버에 유지)
서버 동기화불필요안됨 (기본 설정)가능 (여러 기기에서 동일 상태 유지)
인터넷 필요성발송 시 필요다운로드 후 오프라인 읽기 가능읽기/편집 시 항상 연결 필요
사용 예메일 보내기오래된 방식, 스마트폰 이전 PC 메일 클라이언트에서 주로 사용현대적인 이메일 사용 방식(스마트폰, PC 동기화)

7.2.4 DNS (Domain Name System)

주요 역할

  • 도메인 이름(www.google.com)을 IP 주소(142.250.196.68)로 변환
  • 사용자가 기억하기 쉬운 문자 주소 <-> 숫자 주소 변환기

핵심 특징

  • 계층적 구조
    : 루트 > 최상위 도메인 (TLD) > 하위 도메인 > 호스트

  • 분산형 시스템
    : 전 세계에 분산된 수많은 DNS 서버가 요청 처리

  • 캐싱
    : 최근 조회한 DNS 정보는 캐시에 저장해 빠른 응답 제공

  • 내결함성
    : 일부 서버에 장애가 발생해도 나머지 서버가 계속 서비스

  • 보안
    : DNSSEC (DNS Security Extensions)으로 무결정 검증 가능 (선택적)

7.2.5 SSH/Telnet

SSH (Secure Shell)

  • 암호화된 터널을 통해 명령어, 데이터, 인증 정보를 전송한다.
  • 대칭키와 비대칭키를 조합해서 안전한 연결을 설정한다. (Diffie-Hellman Key exchange 사용)
  • 패킷 스니핑으로 아이디와 비밀번호 탈취가 불가능하다.

Telnet

  • 평문(Plain Text)으로 모든 데이터를 전송한다.
  • 같은 네트워크에 있는 공격자가 Wireshark 같은 툴로 쉽게 패스워드와 명령어를 훔칠 수 있다.
  • 요즘은 보안상 사용하지 않고, 내부 망에서만 제한적으로 사용한다.

SSH/Telnet 차이점

항목SSHTelnet
계층OSI 7계층 (응용 계층)OSI 7계층 (응용 계층)
기능원격 접속 & 명령어 전송 (암호화됨)원격 접속 & 명령어 전송 (암호화되지 않음)
보안강력한 암호화 제공 (대칭키 + 비대칭키)암호화 없음, 평문 전송
인증패스워드, 공개키, 인증서 등패스워드 (평문 전송)
포트기본 포트 22기본 포트 23
주요 용도안전한 서버 관리, 파일 전송(SCP/SFTP)예전 네트워크 장비/서버 관리 (현재는 거의 사용되지 않음)

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