자격증 공부할 때마다 등장하는 OSI 7계층입니다. 대략적인 흐름은 알고 있지만 아직도 헷갈리는 부분이 있어 이번 기회에 확실하게 짚고 가고자 정리하게 되었습니다. 누군가 저를 툭 치기만 해도 술술 읊을 수 있을 정도로 모든 것을 정리해 보겠습니다.
🧭 OSI 7계층
OSI(Open Systems Interconnection) 7계층은 컴퓨터 네트워크에서 데이터가 어떻게 전달되는지를 7단계로 나눈 국제 표준 모델입니다.
데이터가 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 전송될 때 단순히 한 줄로 이동하는 것이 아니라 각 단계별로 담당하는 역할이 다르게 구성되어 있습니다.
💡 실제 인터넷에서는 TCP/IP 4계층 모델이 더 널리 사용되고 있습니다. 이 모델에 대한 자세한 내용은 별도의 포스팅에서 정리해보겠습니다.
❓ OSI 7계층으로 나눈 이유
비록 실무에서는 TCP/IP 4계층 모델이 더 많이 사용되지만 OSI 7계층 모델은 이론적 기반으로서 학습에 매우 유용합니다.
네트워크에서 통신이 일어나는 전체 과정을 계층별로 나누면 문제가 발생했을 때 어느 단계에서 문제가 생겼는지 정확히 진단하고 고치기 쉬워지기 때문입니다.
예를 들어
- 3계층(Network Layer): IP 주소 설정 오류
- 1계층(Physical Layer): 랜선 불량 또는 포트 고장
- 7계층(Application Layer): 웹 브라우저나 앱 자체의 문제
이렇게 특정 계층에서만 문제가 발생했다면 나머지 계층은 건드릴 필요 없이 그대로 두고 문제 발생 계층에만 집중적으로 점검하고 수정하면 됩니다.
이처럼 문제를 좁혀서 빠르게 해결할 수 있는 구조이기 때문에 OSI 7계층 모델은 네트워크 트러블슈팅(문제 해결)의 핵심 도구로 활용되고 있습니다.
📊 OSI 7계층 요약표
| 계층 | 이름 | 주요 역할 | 전송 단위 | 예시 프로토콜 / 장비 |
|---|---|---|---|---|
| 7 | 응용 계층(Application) | 사용자와 직접 연결되는 소프트웨어 계층 | 메시지(Message) | HTTP, FTP, SMTP, Telnet |
| 6 | 표현 계층(Presentation) | 데이터 압축, 암호화, 인코딩/디코딩 | 메시지(Message) | JPEG, MPEG, SSL |
| 5 | 세션 계층(Session) | 세션 연결, 유지, 종료 | 메시지(Message) | TLS, NetBIOS, RPC |
| 4 | 전송 계층(Transport) | 신뢰성 있는 전송, 오류/흐름 제어 | 세그먼트(Segment) | TCP, UDP |
| 3 | 네트워크 계층(Network) | 경로 설정, 라우팅, IP 주소 관리 | 패킷(Packet) | IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP |
| 2 | 데이터 링크 계층(Data Link) | MAC 주소 관리, 프레임화, 오류 검출 | 프레임(Frame) | Ethernet, PPP, 스위치 |
| 1 | 물리 계층(Physical) | 전기 신호로 비트 전송, 물리적 연결 | 비트(Bit) | UTP, 광케이블, 허브, 리피터 |
[1] 🔌 물리 계층(Physical Layer)
데이터를 전기 신호, 빛, 전파 등의 물리적인 신호 형태로 변환하여 전송하는 계층입니다.
🛠 하는 일
물리 계층은 OSI 7계층 중 가장 하위에 위치한 계층으로 컴퓨터 내부에서 만들어진 데이터를 실제 전송 가능한 신호로 바꾸는 역할을 합니다.
즉, 사람이 이해할 수 있는 정보(0과 1의 비트)를 다음과 같은 물리적 매체를 통해 전달 가능하도록 변환합니다.
- 전기 신호: 구리선 케이블을 통한 유선 통신
- 빛 신호: 광섬유 케이블을 통한 고속 전송
- 전파 신호: 무선(Wi-Fi, Bluetooth 등) 전송
이 계층은 '무엇을 보냈는가'보다는 '어떻게 보내는가'에 집중합니다. 데이터 내용은 관여하지 않고 전송 방식과 매체만 처리합니다.
📦 전송 단위 - 비트(Bit)
비트는 컴퓨터가 이해하는 가장 작은 단위(0과 1)입니다.
물리 계층에서는 이 비트를 전압의 높낮이, 빛의 유무, 전파의 파형 등 물리적인 방식으로 표현합니다.
예시:
- 전선에 5V 전압이 흐르면 → 1
- 전선에 0V 전압이 흐르면 → 0
이런 식으로 비트를 눈에 보이지 않는 신호로 바꿔서 케이블을 타고 흐르게 만드는 역할을 합니다.
🔌 주요 장비
📌 UTP 케이블(Unshielded Twisted Pair)
- 가장 일반적으로 사용하는 유선 LAN 케이블입니다.
- 대부분 가정이나 사무실에서 컴퓨터를 인터넷에 연결할 때 사용하는 선입니다.
- 케이블 내부는 두 가닥씩 꼬여 있는 구리선으로 구성되어 있고 전기 신호의 형태로 데이터를 주고받습니다.
- 전자기 간섭을 줄이기 위해 꼬여 있으며 전기 신호가 흐르는 물리적 통로 역할을 합니다.
- 이더넷 통신이나 인터넷 회선에서 대표적인 전송 매체로 사용됩니다.
📌 광케이블(Fiber Optic Cable)
- 빛 신호를 이용하여 데이터를 전달하는 케이블입니다.
- 전기 신호가 아니라 레이저나 LED 빛을 이용해 데이터를 빠르게 멀리까지 보낼 수 있습니다.
- 전자기 간섭이 거의 없고 속도가 매우 빠르며 데이터 센터, 통신사 백본망 같은 고속·장거리 환경에서 많이 사용됩니다.
📌 무선 전송 방식(Wi-Fi, Bluetooth 등)
- 전파를 이용하여 0과 1의 신호를 주고받는 전송 방식입니다.
- 케이블 없이 공중을 통해 데이터가 오가는 방식으로 대표적으로 Wi-Fi, Bluetooth, 4G/5G 등이 있습니다.
- 물리 계층에서 보이지 않는 매체(전파)로 신호를 전달합니다.
📌 허브(Hub)
- 물리 계층에서 동작하는 네트워크 장비입니다.
- 받은 데이터를 단순히 증폭하거나 전체로 뿌리는 역할만 수행합니다.
- 어디로 보낼지 판단은 못 하고 그냥 다 보내버리는 장비입니다.
- 스위치와 달리 데이터를 구별하거나 MAC 주소를 확인하지 않습니다.
📌 리피터(Repeater)
- 전송 도중 약해진 신호를 증폭하여 멀리까지 전달해주는 장비입니다.
- 케이블이 너무 길어지면 신호가 점점 약해지는데 이 신호를 재생하고 강하게 만들어 다시 전송하는 역할을 합니다.
- 주로 광케이블 중간, 지하철 와이파이 중계기 같은 곳에서 사용됩니다.
[2] 🧷 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
같은 네트워크 내에서 데이터를 안정적으로 전달하고 MAC 주소를 기준으로 목적지를 식별하는 계층입니다.
🛠 하는 일
데이터 링크 계층은 물리 계층을 통해 전달될 데이터를 프레임이라는 형태로 감싸서 보내는 역할을 합니다.
- 전송할 데이터를 프레임 단위로 포장하여 같은 네트워크 안에서 안전하게 전송합니다.
- 예를 들어 택배 상자를 보내기 위해 이름과 주소를 적고 포장하는 과정과 유사합니다.
- MAC 주소를 기준으로 수신 대상을 정합니다.
- MAC 주소는 네트워크 카드에 내장된 고유 식별자이며 같은 네트워크 내 장치를 식별하는 데 사용됩니다.
- 전화번호처럼 고정되어 있어 이걸 보고 "누구한테 보낼까?"를 정합니다.
- 전송 중에 문제가 생겼는지 확인하고 필요하면 재전송하거나 조절합니다.
- 예를 들어 전송 중에 노이즈가 끼어서 데이터가 깨졌다면 그걸 감지해주는 기능도 포함돼 있습니다.
📦 전송 단위 - 프레임(Frame)
프레임은 데이터를 네트워크에서 보내기 위한 운송 상자와 같습니다.
- 송신자 MAC 주소: 이 데이터를 누가 보냈는지 나타냅니다.
- 수신자 MAC 주소: 이 데이터를 누구에게 보낼 건지 나타냅니다.
- 데이터(payload): 실제로 전송하고 싶은 내용입니다. (ex. 이미지, 텍스트, 명령 등)
- FCS(Frame Check Sequence): 전송 중 오류가 생겼는지 확인하는 코드입니다.
프레임은 같은 네트워크 내에서 통신의 정확성과 안정성을 보장하는 핵심 단위입니다.
🔌 주요 장비
📌 이더넷(Ethernet)
- 가장 널리 쓰이는 유선 LAN 기술입니다.
- 대부분의 사무실이나 집에서 사용하는 인터넷은 이더넷 기반입니다.
- 데이터를 어떻게 나누고, 어떤 순서로 보내고, 어떻게 오류를 감지할지를 정한 표준 프로토콜입니다.
- 규칙이 없으면 서로 엉망으로 보낼 테니 이더넷이 이걸 정리해주는 역할을 합니다.
- 데이터를 전송할 매체(실제로 흐르게 되는 통로)는 보통 UTP 케이블을 사용합니다.
- 우리가 흔히 말하는 랜선, 집에서 컴퓨터에 꽂는 인터넷선이 바로 이겁니다.
📌 스위치(Switch)
- 데이터 링크 계층에서 작동하는 네트워크 장비입니다.
- 프레임을 받아서 목적지 MAC 주소를 확인한 후 그 주소에 해당하는 포트(출구)로만 데이터를 보냅니다.
- 즉, 불필요하게 다른 컴퓨터로 데이터를 흘리지 않고 정확한 대상에게만 전송해줍니다.
- 허브는 무작정 모든 장치에게 보내지만 스위치는 정확히 하나만 콕 찍어 보내는 똑똑한 장비입니다.
📌 PPP(Point-to-Point Protocol)
- 1:1로 직접 연결된 환경에서 쓰이는 연결 지향형 프로토콜입니다.
- 예전에는 모뎀이나 전화선 통신에서 많이 사용되었고 지금은 DSL, VPN 등에서도 사용됩니다.
- DSL(Digital Subscriber Line): 기존 전화선을 이용해서 고속 인터넷을 제공하는 기술.
- VPN(Virtual Private Network): 공용 인터넷망 위에 사설 네트워크처럼 보안 연결을 만들어주는 기술.
- 이더넷처럼 MAC 주소 기반은 아니지만 프레임 단위로 데이터를 주고받는 기능은 동일합니다.
[3] 🗺️ 네트워크 계층(Network Layer)
데이터를 어느 경로를 통해 어디로 보낼지 결정하는 계층입니다.
🛠 하는 일
네트워크 계층은 데이터를 다른 네트워크로 전송하기 위해 경로를 설정하고 IP 주소를 기준으로 수신지를 식별하는 역할을 합니다. 다시 말해 이 계층은 목적지가 어디인지를 파악하고 데이터를 그곳까지 최적의 경로(Route)로 보내주는 길잡이 역할 합니다.
-
IP 주소 기반의 주소 지정
- 같은 네트워크 내부에서는 MAC 주소를 사용하지만 서로 다른 네트워크 간 통신에서는 IP 주소로 장치를 식별합니다.
-
라우팅 기능 수행
- 여러 네트워크를 거쳐 최적의 경로로 데이터를 전달합니다. 이는 인터넷과 같은 복잡한 망에서 매우 중요한 기능입니다.
-
패킷 단위 전송
- 데이터를 작은 조각으로 나눈 패킷 단위로 전송하며 각 패킷이 독립적으로 경로를 찾아갑니다.
📦 전송 단위 - 패킷(Packet)
패킷은 네트워크 간 데이터를 전송하기 위해 나눈 단위로 각각은 독립적으로 전달되며 다른 경로로 이동할 수도 있습니다.
- 송신자 IP 주소: 데이터를 보내는 장치의 IP 주소입니다.
- 수신자 IP 주소: 데이터를 받을 장치의 IP 주소입니다.
- 데이터(Payload): 실제로 전송하고 싶은 내용입니다.
- 제어 정보: 라우팅이나 우선순위 등 네트워크 전달에 필요한 정보입니다.
🔌 주요 장비
📌 IP(Internet Protocol)
- IP는 컴퓨터나 장비를 식별하는 논리적 주소 체계입니다.
- ex. 192.168.0.1 / 10.0.0.1
- 데이터를 목적지 IP까지 전달하기 위해 라우팅 경로를 설정합니다.
- IP 주소는 전 세계적으로 고유해야 하며 통신 시 기본 식별자 역할을 합니다.
집 주소 같은 것, 네트워크상에서 어디 있는 지를 나타냅니다.
📌 ARP(Address Resolution Protocol)
- IP 주소애 해당하는 MAC 주소를 찾아주는 프로토콜입니다.
- "IP는 알고 있는데 실제로 데이터를 보낼 MAC 주소는 뭐야?"라는 질문에 답해줍니다.
IP가 192.168.0.2인 기기의 물리적 주소(MAC)를 찾아서 데이터 링크 계층에 넘깁니다.
📌 RARP(Reverse ARP)
- MAC 주소를 기반으로 IP 주소를 알아내는 프로토콜입니다.
- ARP와 반대 역할.
- IP 설정이 되어있지 않은 장치가 네트워크를 통해 자신의 IP 주소를 자동으로 할당받을 때 사용합니다.
디스크 없는 얇은 단말기(thin client)가 부팅할 때 서버에서 IP를 받아올 때 사용됩니다.
📌 라우터(Router)
- 네트워크 계층에서 가장 대표적인 장비입니다.
- 서로 다른 네트워크끼리 데이터를 전달할 때 사용하는 장비입니다.
- 라우터는 패킷을 보고 목적지 IP 주소에 따라 다음 경로를 결정합니다.
- 일종의 네트워크 길잡이.
- 라우팅 테이블을 참고해 어느 경로가 빠르고 효율적인지를 판단하고 결정합니다.
네트워크 세계의 내비게이션. 목적지까지 어떻게 가야 할지 알려주는 길 안내자입니다.
[4] 🚚 전송 계층(Transport Layer)
데이터를 정확하고 안전하게 목적지까지 전달하는 역할을 담당하는 계층입니다.
🛠 하는 일
- 종단 간(End-to-End) 통신을 담당하는 계층입니다.
- 데이터를 세그먼트(Segment) 단위로 나누어 전송하며 수신 측에서 올바르게 도착했는지 확인하는 기능을 수행합니다.
- 오류가 발생하면 재전송, 순서가 어긋나면 순서 재정렬 등의 기능을 통해 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장합니다.
- 포트 번호(port number)를 사용해 응용 프로그램 간 통신을 구분합니다.
- 웹 브라우저(HTTP): 포트 80
- 메일 클라이언트(SMTP): 포트 25
📦 전송 단위 - 세그먼트(Segment)
전송 계층에서는 상위 계층(세션, 표현, 응용)에서 받은 데이터를 세그먼트(Segment)로 나누어 전송합니다.
- 송신 포트 번호
- 수신 포트 번호
- 순서 번호(Sequence Number)
- 에러 체크 코드(Checksum)
여러 개의 세그먼트로 쪼개진 데이터는 수신 측에서 다시 조립되어 원래의 형태로 복원됩니다.
🔌 주요 프로토콜
📌 TCP(Transmission Control Protocol)
- 신뢰성 있는 전송을 제공하는 대표적인 프로토콜입니다.
- 3-way handshaking 방식으로 연결을 설정합니다.
- 전송 성공 여부를 확인하고 실패한 경우에는 재전송합니다.
- ex. 웹 브라우징(HTTP), 이메일(SMTP), 파일 전송(FTP)
📌 UDP(User Datagram Protocol)
- 신뢰성보다 속도를 중시하는 프로토콜입니다.
- 연결을 설정하지 않으며 빠르게 데이터를 전송합니다.
- 순서 보장이나 오류 복구 기능이 없지만 속도가 빠릅니다.
- ex. 실시간 영상 스트리밍, 온라인 게임, 화상 회의 등.
[5] 💬 세션 계층(Session Layer)
통신하는 두 장치 간의 세션(대화의 시작과 끝)을 관리하는 계층입니다.
🛠 하는 일
세션 계층은 통신을 시작하고 유지하며 종료하는 역할을 합니다.
즉, 네트워크 통신에서 두 장치 또는 두 응용 프로그램 간의 논리적인 연결을 만들어주는 계층입니다.
- 연결 시작: 통신을 시작할 때 세션을 설정합니다.
- 연결 유지: 통신 중에는 세션을 유지 및 동기화합니다.
- 연결 종료: 통신이 끝나면 세션을 정상적으로 종료시킵니다.
또한 세션 도중 오류가 발생하면 재접속하거나 중단된 지점부터 복구할 수 있도록 도와주는 기능도 포함됩니다.
- 이를 체크포인트(Check Point)라고 하며 긴 데이터 흐름 중 중간 저장 기능처럼 작동합니다.
줌(Zoom)에서 친구와 영상통화를 시작한다고 생각해봅시다.
- 통화를 시작하면 세션이 설정됩니다.
- 통화 중 잠깐 끊겼다가도 다시 이어서 대화가 가능한 건 세션이 유지되고 있기 때문입니다.
- 통화 종료 버튼을 누르면 세션이 종료됩니다.
📦 전송 단위 - 메시지(Message)
- 세션 계층에서는 응용 계층으로부터 받은 메시지를 그대로 전달하거나 연결 유지 및 동기화와 관련된 메타 정보를 함께 다룹니다.
- 이 계층에서는 메시지의 흐름과 상태를 조절하는 것이 주된 역할입니다.
🔌 주요 프로토콜
📌 NetBIOS(Network Basic Input/Output System)
- 마이크로소프트 환경에서 컴퓨터 이름을 기반으로 세션을 설정하고 관리하는 프로토콜입니다.
- 윈도우 기반의 네트워크 통신에서 자주 사용됩니다.
📌 RPC(Remote Procedure Call)
- 다른 컴퓨터에 있는 함수를 마치 내 컴퓨터처럼 호출할 수 있도록 세션을 만들어주는 프로토콜입니다.
- 분산 시스템에서 서버 간 통신을 편리하게 처리할 수 있도록 도와줍니다.
📌 TLS/SSL (보통은 표현 계층에서도 다룸)
- 보안 연결을 유지하기 위한 프로토콜이며 실제로는 세션 관리 기능도 수행합니다.
- 클라이언트와 서버 간 암호화된 세션을 설정, 유지, 종료합니다.
[6] 🎨 표현 계층(Presentation Layer)
데이터를 사용자나 시스템이 이해할 수 있는 형태로 변환해주는 계층입니다.
🛠 하는 일
표현 계층은 네트워크 통신에서 데이터의 형식(Format)을 맞추는 역할을 담당합니다.
같은 내용을 주고받더라도 각 시스템의 데이터 처리 방식이 다를 수 있으므로 송수신자가 데이터를 제대로 이해할 수 있도록 중간에서 변환 작업을 수행합니다.
1. 인코딩/디코딩
- 데이터를 전송할 수 있는 형식으로 바꾸는 과정입니다.
- ex. 문자를 바이너리(0과 1)로 바꾸기, 이미지 파일 포맷 처리 등
2. 압축/해제
- 전송하는 데이터를 작게 압축해서 효율적으로 보내고 수신자는 다시 해제합니다.
- ex. 파일 전송 시 ZIP처럼 용량 줄이기
3. 암호화/복호화
- 데이터를 안전하게 보내기 위해 암호화하고 받은 쪽은 다시 복호화합니다.
- ex. HTTPS 통신 중 개인정보 암호화하기
표현 계층은 네트워크에서 주고받는 데이터의 모양과 의미를 다듬고 안전하게 가공해주는 계층입니다.
📦 전송 단위 - 메시지(Message)
표현 계층에서는 데이터를 메시지 단위로 처리하며, 이 메시지를 적절한 형식·보안·크기로 변환합니다.
🔌 주요 프로토콜
📌 TLS/SSL(Transport Layer Security/Secure Sockets Layer)
- 데이터 암호화를 통해 보안 통신을 보장합니다.
- HTTP에 SSL을 적용한 것이 HTTPS입니다.
- 실제 동작은 세션 계층/전송 계층과 연계되지만 표현 계층의 암호화 처리 역할도 포함합니다.
📌 JPEG/PNG/GIF
- 이미지 데이터를 네트워크로 전송할 수 있도록 인코딩/디코딩 해주는 형식입니다.
📌 MPEG/MP3
- 영상이나 음성 데이터를 압축해서 전송하고 수신 측에서 해제할 수 있도록 도와주는 포맷입니다.
표현 계층은 이런 포맷과 암호화 기술을 통해 데이터를 네트워크에서 안전하고 효율적으로 주고받을 수 있도록 도와줍니다.
[7] 🌐 응용 계층(Application Layer)
사용자가 네트워크 기능을 직접 활용하는 인터페이스 역할을 하는 계층입니다.
🛠 하는 일
응용 계층은 OSI 7계층의 가장 상위 계층이며 실제 사용자가 웹 브라우저, 이메일, 파일 전송 프로그램 등을 통해 네트워크 서비스를 직접 사용할 수 있게 도와주는 계층입니다.
사용자가 시스템과 직접 소통하는 창구 역할을 하며 아래 계층들이 처리한 모든 데이터 흐름의 출발점이자 도착점이 되는 계층입니다.
1. 사용자 요청 처리
- 사용자가 웹사이트에 접속하거나 이메일을 보내는 요청 등을 인식하고 처리합니다.
2. 서비스 제공
- 사용자의 명령을 네트워크 요청으로 변환하고 서버로부터 받은 응답을 사용자에게 보여줄 수 있는 형태로 전달합니다.
3. 응용 계층 프로토콜 작동
- 웹 통신(HTTP), 파일 전송(FTP), 이메일(SMTP), 도메인 해석(DNS) 등 다양한 프로토콜들이 이 계층에서 동작합니다.
📦 전송 단위 - 메시지(Message)
응용 계층에서는 사용자 관점에서 의미 있는 데이터 단위인 메시지를 주고받습니다. 메시지에는 파일, 텍스트, 이미지, 요청/응답 정보 등이 포함됩니다.
🔌 주요 프로토콜
📌 HTTP(HyperText Transfer Protocol)
- 웹 페이지를 주고받을 때 사용되는 대표적인 프로토콜입니다.
- 사용자가 브라우저에 주소(URL)를 입력하면 HTTP 요청을 보내고 서버는 HTML, 이미지 등의 응답을 돌려줍니다.
📌 HTTPS(HTTP Secure)
- HTTP에 보안 프로토콜인 TLS/SSL을 적용하여 암호화된 웹 통신을 제공합니다.
- 로그인, 결제 등 민감한 정보 전송에 사용됩니다.
📌 FTP(File Transfer Protocol)
- 서버와 클라이언트 간에 파일을 업로드하거나 다운로드하는 데 사용되는 프로토콜입니다.
- 대용량 파일 전송에 자주 사용되며 GUI 기반 FTP 클라이언트도 많이 사용됩니다.
📌 SMTP/POP3/IMAP
- 이메일 송수신에 사용되는 대표적인 메일 전송 프로토콜입니다.
- SMTP: 메일 발송
- POP3: 메일 수신(받은 후 서버에서 삭제함.)
- IMAP: 메일 수신(서버에 메일을 유지함.)
📌 DNS(Domain Name System)
- 사용자가 입력한 도메인 주소(ex. google.com)를 실제 통신 가능한 IP 주소로 바꿔주는 서비스입니다.
- 응용 계층에서 시작되어 하위 계층을 통해 연결이 이루어집니다.
