OSI 7계층, TCP/UDP, HTTPS

허정석·2025년 12월 3일

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네트워크 기초 - OSI 7계층, TCP/UDP, HTTPS

학습 일자: 2024-12-03
학습 목표: 네트워크 통신의 기본 구조와 프로토콜 이해

OSI 7계층

개요

네트워크 통신을 7개의 계층으로 나눈 표준 모델입니다. 각 계층은 독립적인 역할을 수행하며, 하위 계층의 서비스를 이용해 상위 계층에 서비스를 제공합니다. 이를 통해 복잡한 네트워크 통신을 체계적으로 관리하고 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다.

계층별 구조

1계층 - 물리 계층 (Physical Layer)

0과 1의 비트를 전기 신호, 빛, 전파로 변환하여 전송합니다.

주요 장비

랜선(이더넷 케이블): 구리선으로 전기 신호를 전송합니다. Cat5e, Cat6, Cat7 등 카테고리별로 전송 속도가 다릅니다.
허브: 받은 신호를 모든 포트에 복사하여 전송합니다. 비효율적이어서 현재는 거의 사용하지 않습니다.
리피터: 신호가 약화되면 증폭합니다.

데이터 단위: 비트(Bit)

2계층 - 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

같은 네트워크 내에서 MAC 주소를 이용한 기기 간 직접 통신을 담당합니다.

핵심 개념

스위치: MAC 주소 테이블을 사용하여 정확한 포트에만 데이터를 전달하는 네트워크 장비입니다.
MAC 주소: AA:BB:CC:DD:EE:FF 형식의 네트워크 카드 고유 주소입니다.
이더넷 프레임: 출발지/목적지 MAC 주소, 데이터, CRC(오류 검사) 정보를 포함합니다.
ARP: IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 프로토콜입니다.

데이터 단위: 프레임(Frame)

3계층 - 네트워크 계층 (Network Layer)

서로 다른 네트워크 간 경로를 탐색하고 데이터를 전달합니다(라우팅).

핵심 개념

라우터: 네트워크 간 연결 장비로 최적 경로를 선택합니다.
IP 주소: 192.168.0.1 형식의 논리적 주소입니다.
IP 패킷: 출발지/목적지 IP 주소, TTL, 데이터를 포함합니다.

실무 예시
서울에서 부산 서버로 데이터를 전송할 때 여러 라우터를 거쳐 최적 경로를 선택합니다.

데이터 단위: 패킷(Packet)

4계층 - 전송 계층 (Transport Layer)

신뢰성 있는 데이터 전송을 보장합니다(오류 검사, 재전송, 순서 보장).

핵심 프로토콜

TCP: 연결 지향, 신뢰성 보장, 순서 보장
UDP: 비연결, 빠른 전송, 순서/신뢰성 보장 없음
포트 번호: 80(HTTP), 443(HTTPS), 3000(개발 서버), 5432(PostgreSQL)

데이터 단위: 세그먼트(Segment)

5계층 - 세션 계층 (Session Layer)

두 기기 간 연결(세션)을 시작, 유지, 종료합니다.

핵심 개념

로그인 세션 관리
API 세션 토큰 (JWT 등)
세션 타임아웃 설정

4계층과의 차이

4계층(TCP): 데이터 전달 연결 관리 (짧은 시간)
5계층: 사용자 인증 상태 유지 (긴 시간)

6계층 - 표현 계층 (Presentation Layer)

데이터를 애플리케이션이 이해할 수 있는 형태로 변환합니다.

주요 기능

암호화/복호화: SSL/TLS
압축: JPEG, PNG
인코딩: UTF-8, ASCII

7계층 - 애플리케이션 계층 (Application Layer)

사용자가 직접 사용하는 네트워크 서비스를 제공합니다.

주요 프로토콜

HTTP/HTTPS (웹)
SMTP (이메일)
FTP (파일 전송)
DNS (도메인 조회)

계층 분리의 이점

관심사의 분리

각 계층은 자신의 역할에만 집중합니다. 하위 계층의 세부 구현을 알 필요가 없습니다.

택배 시스템 비유

고객: 물건 포장 (7계층)
택배사: 송장 작성 (4계층)
배송기사: 경로 탐색 (3계층)
트럭: 실제 운송 (1계층)

독립적인 개선 가능

한 계층의 수정이 다른 계층에 영향을 주지 않습니다.

랜선을 광케이블로 교체해도 웹사이트 코드는 변경하지 않습니다.
HTTP를 HTTP/2로 업그레이드해도 라우터 설정을 변경하지 않습니다.

표준화와 호환성

계층별 표준 프로토콜을 사용하여 서로 다른 제조사의 장비가 호환됩니다.

데이터 전송 과정

캡슐화 (송신 측: 7계층 → 1계층)

각 계층을 거칠 때마다 헤더를 추가합니다.

7계층: [HTTP 요청]
6계층: [암호화 정보][HTTP 요청]
5계층: [세션 정보][암호화 정보][HTTP 요청]
4계층: [TCP 헤더][세션 정보][...]
3계층: [IP 헤더][TCP 헤더][...]
2계층: [이더넷 헤더][IP 헤더][...][트레일러]
1계층: 0101010101... (전기 신호)

역캡슐화 (수신 측: 1계층 → 7계층)

각 계층에서 해당 계층의 헤더를 제거하고 상위 계층으로 전달합니다.

계층별 장애 대응

증상: "웹사이트가 열리지 않습니다"

진단 방법
1. ping 테스트 실패 → 3계층(네트워크) 문제
2. ping 성공, 웹 실패 → 4계층(방화벽/포트) 또는 7계층(애플리케이션) 문제
3. 특정 사이트만 접속 불가 → DNS(7계층) 문제

TCP와 UDP

핵심 차이점

구분	TCP	UDP
연결 방식	연결 지향 (3-way handshake)	비연결
신뢰성	보장 (재전송, 순서 보장)	보장하지 않음
속도	상대적으로 느림	빠름
헤더 크기	20바이트 이상	8바이트
사용 사례	웹, 이메일, 파일 전송	스트리밍, 게임, DNS

TCP: 신뢰성 있는 연결

3-Way Handshake (연결 수립)

1. 클라이언트 → 서버: SYN (연결을 시작합니다)
2. 서버 → 클라이언트: SYN-ACK (준비되었습니다)
3. 클라이언트 → 서버: ACK (확인했습니다, 데이터를 전송합니다)

4-Way Handshake (연결 종료)

1. 클라이언트 → 서버: FIN (전송을 종료합니다)
2. 서버 → 클라이언트: ACK (확인했습니다)
3. 서버 → 클라이언트: FIN (저도 종료합니다)
4. 클라이언트 → 서버: ACK (확인했습니다)

신뢰성 보장 메커니즘

순서 번호(Sequence Number): 각 패킷에 순서를 부여합니다.
확인 응답(ACK): 패킷을 받았음을 알립니다.
재전송: ACK가 오지 않으면 타임아웃 후 재전송합니다.
재정렬: 순서가 뒤바뀌면 정렬하여 전달합니다.

TCP 헤더 구조

출발지/목적지 포트
Sequence Number
ACK Number
플래그 (SYN, ACK, FIN 등)
윈도우 크기 (흐름제어)
체크섬 (오류 검사)

UDP: 빠른 전송

특징

연결 설정 없이 바로 전송합니다.
순서를 보장하지 않습니다.
재전송하지 않습니다.
헤더가 단순합니다 (8바이트).

UDP 헤더 구조

출발지 포트
목적지 포트
길이
체크섬

사용 사례 비교

TCP 사용 사례

웹 (HTTP, HTTPS)
파일이 누락되면 안 됩니다.

이메일 (SMTP)
메일 일부가 손실되면 안 됩니다.

파일 전송 (FTP, SFTP)
파일이 손상되면 안 됩니다.

데이터베이스
정확한 데이터가 필수입니다.

선택 이유: 데이터 손실 시 재전송으로 신뢰성을 보장합니다.

UDP 사용 사례

실시간 스트리밍 (YouTube Live, Twitch)
과거 데이터보다 실시간이 중요합니다.

온라인 게임 (LOL, 배그)
지연 시간이 치명적입니다.

DNS
빠른 응답이 필요하며, 실패 시 재요청합니다.

VoIP (인터넷 전화)
실시간 음성 전달이 중요합니다.

선택 이유: 0.1초 전 데이터는 이미 무의미하므로 속도를 우선합니다.

속도와 안정성의 트레이드오프

TCP가 느린 이유

3-way handshake 시간
ACK 대기 시간
재전송 대기
흐름제어/혼잡제어 오버헤드

UDP가 빠른 이유

연결 설정이 없습니다.
확인 절차가 없습니다.
단순한 헤더를 사용합니다.
네트워크 상태를 체크하지 않습니다.

HTTP, HTTPS, TLS

HTTP와 HTTPS 비교

구분	HTTP	HTTPS
보안	없음 (평문 전송)	암호화
포트	80	443
속도	빠름	약간 느림 (암호화 오버헤드)
인증서	불필요	SSL/TLS 인증서 필요
URL	`http://`	`https://` (자물쇠 🔒 표시)

HTTPS = HTTP + TLS

TLS(Transport Layer Security)는 다음 세 가지를 보장합니다.

기밀성 (Confidentiality)

중간에 누가 데이터를 가로채도 읽을 수 없습니다.

예시

HTTP: ID: jungseok, PW: mypassword123 (평문)
HTTPS: A$dj#ka@s!d... (암호화)

무결성 (Integrity)

데이터가 전송 중 변조되지 않았음을 보장합니다.

예시
해커가 "계좌번호: 123"을 "계좌번호: 456"으로 바꾸려 해도 감지됩니다.

인증 (Authentication)

진짜 서버와 통신하는지 확인합니다.

예시

진짜: https://naver.com ✓ (인증서 검증)
가짜: https://nav3r.com ✗ (인증서 불일치)

TLS의 위치

TLS는 OSI 7계층 어디에도 정확히 속하지 않습니다. 4.5계층 또는 5~6계층 사이로 표현합니다.

7계층: HTTP (애플리케이션)
------- [TLS는 여기에 위치] -------
4계층: TCP (전송)

동작 순서
1. TCP 3-way handshake (4계층)
2. TLS handshake (암호화 설정)
3. HTTP 데이터 전송 (암호화된 상태)

TLS Handshake 과정

1. 클라이언트 → 서버: "지원하는 암호화 방식 목록"
2. 서버 → 클라이언트: "이 방식을 사용합니다. 제 인증서입니다"
3. 클라이언트: 인증서 검증 (진짜 서버인지 확인)
4. 양쪽 암호화 키 교환
5. 암호화된 통신 시작

TCP 3-way handshake와의 비교

TCP: 연결 수립 (데이터 전송 준비)
TLS: 암호화 설정 (보안 준비)

방화벽과 HTTPS의 차이

방화벽

특정 포트를 열거나 막습니다.
네트워크 접근을 제어합니다.

HTTPS (TLS)

데이터 자체를 암호화합니다.
포트 차단과 무관합니다.

비유

방화벽: 문을 관리합니다.
HTTPS: 편지를 암호화하여 보냅니다.

HTTPS 사용이 필요한 이유

기밀성: 로그인 정보, 개인정보 유출을 방지합니다.
무결성: 데이터 변조를 방지하고 중간자 공격을 차단합니다.
인증: 피싱 사이트를 방지합니다.
SEO: 구글이 HTTPS 사이트를 검색 순위에서 우대합니다.
브라우저 경고: HTTP 사이트는 "안전하지 않음" 경고를 표시합니다.

학습 체크리스트

OSI 7계층

각 계층의 역할을 설명할 수 있습니다.
계층별 장비와 프로토콜을 알고 있습니다.
캡슐화/역캡슐화 과정을 이해합니다.
계층별 장애 대응 방법을 알고 있습니다.

TCP와 UDP

3-way handshake를 설명할 수 있습니다.
TCP와 UDP의 차이를 설명할 수 있습니다.
각 프로토콜의 사용 사례를 알고 있습니다.
속도와 안정성의 트레이드오프를 이해합니다.

HTTP/HTTPS/TLS

HTTPS의 3가지 보장을 설명할 수 있습니다.
TLS handshake 과정을 알고 있습니다.
방화벽과 암호화의 차이를 알고 있습니다.
HTTPS를 사용해야 하는 이유를 설명할 수 있습니다.

FAQ

OSI 7계층과 TCP/IP 4계층의 차이

OSI는 이론적 모델(교육용)이고, TCP/IP는 실제 인터넷에서 사용하는 모델입니다.

OSI 7계층: 7개로 세분화
TCP/IP 4계층: 애플리케이션, 전송, 인터넷, 네트워크 인터페이스

HTTPS를 사용하면 항상 안전한가

아닙니다. HTTPS는 전송 구간만 암호화합니다. 서버가 해킹당하거나, 애플리케이션에 취약점이 있으면 소용없습니다.

DNS가 UDP를 사용하는 이유

DNS 조회는 짧은 요청/응답으로 이루어집니다. 빠른 응답이 중요하고, 실패 시 재요청하면 되므로 UDP를 사용합니다.

TCP의 혼잡제어와 흐름제어

흐름제어: 수신자가 처리할 수 있는 속도로 전송합니다(윈도우 크기 조절).
혼잡제어: 네트워크 혼잡도에 따라 전송 속도를 조절합니다(슬로우 스타트 등).

복습 포인트

면접에서 자주 나오는 질문
1. "OSI 7계층을 설명해보세요"
2. "TCP와 UDP의 차이는 무엇인가요?"
3. "3-way handshake 과정을 설명해주세요"
4. "HTTPS는 어떻게 동작하나요?"
5. "웹사이트가 열리지 않을 때 어떻게 디버깅하나요?"

허정석

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OSI 7계층

개요

계층별 구조

1계층 - 물리 계층 (Physical Layer)

2계층 - 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

3계층 - 네트워크 계층 (Network Layer)

4계층 - 전송 계층 (Transport Layer)

5계층 - 세션 계층 (Session Layer)

6계층 - 표현 계층 (Presentation Layer)

7계층 - 애플리케이션 계층 (Application Layer)

계층 분리의 이점

관심사의 분리

독립적인 개선 가능

표준화와 호환성

데이터 전송 과정

캡슐화 (송신 측: 7계층 → 1계층)

역캡슐화 (수신 측: 1계층 → 7계층)

계층별 장애 대응

TCP와 UDP

핵심 차이점

TCP: 신뢰성 있는 연결

3-Way Handshake (연결 수립)

4-Way Handshake (연결 종료)

신뢰성 보장 메커니즘

TCP 헤더 구조

UDP: 빠른 전송

특징

UDP 헤더 구조

사용 사례 비교

TCP 사용 사례

UDP 사용 사례

속도와 안정성의 트레이드오프

TCP가 느린 이유

UDP가 빠른 이유

HTTP, HTTPS, TLS

HTTP와 HTTPS 비교

HTTPS = HTTP + TLS

기밀성 (Confidentiality)

무결성 (Integrity)

인증 (Authentication)

TLS의 위치

TLS Handshake 과정

방화벽과 HTTPS의 차이

방화벽

HTTPS (TLS)

HTTPS 사용이 필요한 이유

학습 체크리스트

OSI 7계층

TCP와 UDP

HTTP/HTTPS/TLS

FAQ

OSI 7계층과 TCP/IP 4계층의 차이

HTTPS를 사용하면 항상 안전한가

DNS가 UDP를 사용하는 이유

TCP의 혼잡제어와 흐름제어

복습 포인트

12th 코드 로그 · 활용해보기

프로세스와 스레드

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