OSI 7계층 장비

김윤성·2026년 1월 5일
OSI 7계층네트워크네트워크 장비

정보보안 공부

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왜 알아야 할까?

  • OSI 7계층을 공부했던 이유는 네트워크 표준화를 이해하고, 문제가 발생했을 때 문제가 생긴 계층을 중심으로 분석해서 효율적으로 해결하기 위해서다.
  • 이전에는 큰 흐름(개념/구조)을 이해했다면, 이번에는 장비를 통해 각 계층에서 실제로 일어나는 일이 무엇인지 보고, 문제가 생겼을 때 어느 계층의 어떤 장비를 써야 하는지를 이해하는 시간이다.
  • 학습 흐름: 전체 계층 → 프로토콜 → 장비

1계층 장비

OSI 7계층 복습

  • 1계층은 물리계층(Physical Layer) 이며, 0과 1로 이루어진 비트(전기적/물리적 신호) 를 전달하는 계층이다.
  • 이 계층에서는 허브, 리피터, 케이블 같은 물리 장비가 관여한다.

1계층 장비의 핵심 역할

  • 0과 1로 이루어진 물리 신호가 끊기지 않고 전달되도록 돕는다.
    • 물리 신호는 거리가 멀어질수록 감쇠(손실) 가 발생하므로, 중간에서 신호를 재생/증폭해 더 멀리 보내는 역할이 필요하다.

대표 장비

리피터(Repeater)

  • 케이블 전송으로 약해진 신호를 복사/재생하고 증폭해서 더 먼 거리까지 전달하기 위한 장비이다.
  • IP/MAC 주소를 이해하지 못하고, 신호 자체를 다룬다.
  • 보통 포트 2개로, 한쪽으로 들어온 신호를 복사·증폭해 다른쪽으로 내보낸다.
  • 요즘은 전용 장비로는 거의 쓰지 않고, 다른 장비/모듈에 기능이 흡수되는 편이다.

허브(Hub)

  • 리피터와 같은 역할을 하되 포트가 여러 개 있고, 들어온 신호를 모든 포트로 전달(전체에 뿌림) 한다.
  • IP/MAC 주소를 이해하지 못하고, 신호 자체를 다룬다.
  • 허브 환경은 반이중(half-duplex) 기반이라 충돌(Collision) 가능성이 높다.
    • 요즘은 충돌 문제 등을 줄이기 위해 허브 대신 스위치를 쓰는 경우가 대부분이다.
  • 보안적으로도 허브에 물려 있으면 신호가 전체로 뿌려지기 때문에 남의 트래픽을 보기 쉬워 스니핑이 쉬워질 수 있다.
  • 결론적으로 허브도 요즘은 전용 장비로는 거의 안 쓰고, 다른 장비/모듈에 기능이 흡수되거나 스위치로 대체되는 흐름이다.

대표장비 외의 장비

  • UTP, 광케이블, 커넥터, 모듈 등 다양한 물리 장비가 있다.

핵심과 보안 관련 키워드

  • 1계층 장비의 핵심은 MAC/IP/프로토콜 같은 “내용”과 상관없이, 물리적 신호를 전달/재생/증폭해 통신이 되게 만드는 것이다.
  • 리피터: 재생/증폭으로 거리 확장, 최근엔 전용 장비로는 사용이 많지 않다.
  • 허브: 모든 포트로 뿌림 → 충돌/성능 저하 + 스니핑에 취약 → 스위치로 대체.
  • 1계층은 패킷 “내용”을 보지 않기 때문에, 보안의 핵심 키워드는 “연결(물리적 연결/접속)” 이다.

2계층 장비

OSI 7계층 복습

  • 2계층은 데이터링크 계층(Data Link Layer) 이며, 1계층에서 전달된 전기적 신호(비트)를 프레임(Frame) 형태의 데이터로 다루는 계층이다.
  • 이 계층은 MAC 주소를 이용해 같은 네트워크(LAN) 안에서 통신한다.
  • 대표 장비는 브리지(Bridge), L2 스위치(Switch) 이고, 대표적인 프로토콜로 Ethernet, ARP가 있다.

2계층 장비의 핵심 역할

  • 같은 LAN(또는 같은 VLAN) 안에서 MAC 주소 기반으로 프레임을 전달한다.
  • MAC 주소를 학습해 불필요한 프레임 전송(무작정 전체 전송)을 줄이고, 네트워크를 더 효율적으로 만든다.

대표장비 외의 장비

  • NIC(랜카드), 무선 AP 등

브리지 / 스위치(L2)

  • 두 장비 모두 MAC 주소를 학습해 MAC 주소 테이블(MAC 테이블) 을 만들고, 이를 기반으로 프레임을 선별 전달(Forward) / 차단(Filter) 한다.
  • 동작 흐름: 플러딩(Flooding) → 포워딩/필터링(Forwarding/Filtering) → 에이징(Aging)
    • 처음에는 목적지 MAC을 몰라 플러딩을 하고,
    • 프레임의 헤더(MAC 정보)를 보고 테이블을 채워가며,
    • 일정 시간이 지나면 테이블 엔트리가 에이징으로 지워질 수 있다.

차이(브리지 vs 스위치)

  • 스위치는 브리지의 발전형으로 볼 수 있다.
  • 브리지는 처리 방식이 비교적 소프트웨어 기반인 경우가 많았고,
  • 스위치는 포트 단위로 더 촘촘히 분리되는 구조와 함께 하드웨어(ASIC) 기반 고속 처리가 일반적이라 성능이 더 우수하다.
  • 스위치 환경에서는 포트 단위로 분리가 이루어져 충돌(콜리전) 문제를 크게 줄이는 데 유리하고, 루프(Loop) 같은 문제는 STP 기능으로 관리한다.
  • 스위치는 VLAN 기능으로 논리적으로 LAN을 분리해 가상의 LAN 구성이 가능하다.
  • 이러한 이유로 현재는 브리지를 거의 사용하지 않고 스위치를 주로 사용한다.
  • 다른 계층(L3/L4/L7)에서 “스위치”라고 부르는 장비들은, 각 계층 프로토콜과 관련된 기능이 추가된 형태다.

차이점(허브 vs 브리지 vs 스위치)

항목허브(Hub)브리지(Bridge)스위치(L2 Switch)
계층L1 (물리)L2 (데이터링크)L2 (데이터링크)
주소 이해IP/MAC 모름MAC 이해MAC 이해
기본 동작들어오면 무조건 전체로 반복 전송(Repeat)MAC 테이블 기반 선별 전달MAC 테이블 기반 선별 전달(고속)
충돌 도메인1개 (전체가 한 덩어리)분리됨포트별로 분리 (가장 잘게)
대역폭/효율공유(비효율)개선가장 좋음
성능/구현단순상대적으로 느림(전통적으로 SW 처리 많음)ASIC 기반 고속 처리가 일반적
요즘 사용거의 없음(레거시/특수)거의 없음(개념/특수)현업 표준

정리 및 보안 키워드

핵심 정리

  • 2계층 장비의 핵심은 MAC 주소 기반으로 트래픽을 선별 전달해서 불필요한 전송을 줄이고, (스위치 기준) 포트 단위 분리로 충돌 문제를 줄이며, LAN(또는 VLAN) 내부 통신을 효율화하는 것이다.
  • 브리지는 MAC 테이블 기반으로 불필요한 트래픽을 줄였고,
  • 스위치는 여기에 더해 더 빠른 처리, 그리고 VLAN, STP 같은 기능이 추가되어 현업 표준이 됐다.

관련 보안 개념

  • 스위치는 허브처럼 들어온 신호를 무조건 모든 포트로 뿌리는 방식이 아니라, MAC 테이블을 기반으로 필요한 곳에 선별 전달하며(상황에 따라 플러딩이 발생할 수는 있음), VLAN/포트 보안 같은 기능으로 허브보다 보안에 유리하다.
  • MAC 스푸핑 : 내 장비의 MAC 주소를 다른 값으로 바꿔서 다른 장비인 척 “가장”하는 것.
  • MAC 플러딩 : 스위치의 MAC 테이블을 가짜 MAC으로 가득 채워 정상 동작을 흐트러뜨리는 공격
  • ARP 스푸핑 : 가짜 ARP 응답으로 상대의 ARP 캐시를 속여서, 트래픽이 공격자에게 오게 만들어 중간자(MITM) 또는 통신 방해(DoS) 를 하는 것.
  • Port Security : 스위치 포트에 허용할 MAC을 제한 하거나 MAC 개수 제한을 걸어, 이상 징후(허가되지 않은 MAC 등장 등)시 차단/제한/포트 셧다운 같은 정책으로 막는 기능.
  • 802.1X : 스위치 포트(또는 무선) 접속 시, 장비/사용자가 인증되기 전까지는 통신을 막고, 인증 성공 후에만 포트를 열어주는 포트 기반 인증

3계층 장비

OSI 7계층 복습

  • 3계층은 네트워크 계층(Network Layer) 으로, IP 주소 체계가 있고 라우팅(경로 결정) 기능을 수행하는 계층이다.
  • IP 주소를 사용하며, 대표 장비는 라우터 / L3 스위치이고 전송 단위는 패킷(Packet) 이다.
  • 대표 프로토콜: IP, ICMP

3계층 장비의 핵심 역할

  • 서로 다른 네트워크 사이에서 어디로 보내야 하는지(경로) 를 결정하고, 그 경로로 패킷을 전달한다.

대표장비 외의 장비

  • 게이트웨이 장비, VPN 장비 등

라우터

  • 라우터는 라우팅을 통해 경로를 결정하고, 패킷의 목적지 IP를 읽어 라우팅 테이블을 참고해 다음 홉(게이트웨이) 으로 전달한다.
  • 서로 다른 네트워크(서브넷/VLAN/인터넷 등) 사이를 연결해 주며, 네트워크 격리의 역할도 한다.
  • 부가 기능 예시:
    • NAT(Network Address Translation, 사설IP ↔ 공인IP)
    • QoS(Quality of Service, 데이터 중요도에 따른 처리)
    • ACL(Access Control List, 접근 제어)
  • 가정용 공유기도 라우터의 일종이며, 보통 라우터 + 스위치 + 무선 AP(Wi-Fi) + (간단한) 방화벽 기능이 함께 포함된 형태다.

L3 스위치

  • L3 스위치는 L2 스위치 기능 + 라우팅 기능을 함께 수행한다.
  • IP를 읽고 라우팅해 전달할 수 있으며, VLAN을 통해 네트워크 분리가 가능하다.
  • 하드웨어 중심 처리로 속도가 빠르다는 장점이 있다.
  • 요즘에는 L3스위치의 장비가 좋아져서 대부분의 회사에서 라우터 대신 L3스위치+방화벽의 조합으로 네트워크를 구성해서 사용한다고 한다 →보안안관련 기능은 방화벽이 라우팅은 스위치가

라우팅(Routing)

  • 라우팅: 패킷이 이동할 경로를 결정하는 것.
  • 패킷은 여러 라우터를 거쳐 이동하고, 라우터를 한 번 거치는 단위를 홉(Hop) 이라고 한다.
  • 라우팅 테이블: 목적지까지 가기 위한 정보가 담긴 표
    • 포함 정보: 목적지 IP(대역), 서브넷 마스크, 다음 홉(게이트웨이), 네트워크 인터페이스(출구), 메트릭(비용)
  • 라우팅 테이블은 IP를 하나하나 적는 게 아니라 대역 단위로 구성된다.

라우팅 흐름

  • 목적지 IP를 보고 로컬(같은 네트워크)인지 확인 → 로컬이면 ARP로 상대 MAC을 알아내 직접 전송 → 로컬이 아니면 게이트웨이(라우터)로 전달 → 각 라우터는 라우팅 테이블로 다음 홉을 찾아 전송

라우팅 테이블 구성 방식

  • 정적 라우팅
    • 사용자가 수동으로 경로를 직접 입력
    • 장점: 라우터 계산 부담이 적고 단순/빠름, 보안상 통제가 쉬움
    • 단점: 장애/변경에 자동 대응이 어렵고 관리 한계가 있음
  • 동적 라우팅
    • 라우터끼리 라우팅 프로토콜로 정보를 교환해 경로를 결정
    • 장점: 장애 시 우회 경로를 찾는 등 자동 대응, 규모가 커져도 유지가 쉬움
    • 단점: 라우터 성능/설정 영향이 크고, 설정에 따라 문제(루핑/오동작 등) 가능 + 조작 개입 시 보안 이슈 가능

정리 및 보안 키워드

  • 핵심: IP 주소를 이해하고, 라우팅으로 라우팅테이블을 참고해 서로 다른 네트워크(LAN) 간 패킷을 전달한다.
  • 보안 키워드:

    • ACL(Access Control List) : 라우터/L3장비에서 “어떤 IP/대역/포트/프로토콜은 허용, 어떤 건 차단” 같은 규칙을 정해 트래픽을 필터링하는 접근제어 목록

    • 네트워크 분리(세그멘테이션) : 네트워크를 구역(서브넷/VLAN 등)으로 나눠 서로의 접근을 제한해서, 문제가 생겨도 확산(침투/장애)을 줄이고 관리/보안을 쉽게 만드는 방법

    • 라우팅 취약점/오동작 : 라우팅 설정/정보가 잘못되거나 조작되면 트래픽이 엉뚱한 경로로 가거나 끊기고, 심하면 루프(무한 순환), 우회 경로 유도, 접근 통제 우회 같은 문제가 생길 수 있는 상황

4계층 장비

OSI 7계층 복습

  • 4계층은 전송계층으로, 종단(End-to-End) 통신을 안정적으로 지원하는 계층이다.
  • Port 번호를 사용하고, (구성에 따라) L4 스위치/로드밸런서 같은 장비가 사용된다.
  • 대표적인 프로토콜에는 TCP, UDP가 있다.

4계층 장비의 핵심 역할

  • 같은 IP로 들어오는 세그먼트(TCP) 와 데이터그램(UDP) 을 어떤 서비스(포트) 로 보낼지 결정하고, 그 연결과 흐름을 관리한다.

대표장비 외의 장비

  • DDoS 대응 장비, NAT 게이트웨이

로드벨런서

  • 로드벨런서는 여러 서버로 들어오는 네트워크 트래픽(요청) 을 동적으로 분산시켜 가용성과 성능을 높이는 장치 또는 소프트웨어 서비스이다.
  • 로드벨런싱 : 사용자의 요청을 대표 IP인 VIP(Virtual IP) 로 받게 하고, 그 요청을 분산시켜 실제 서버들(서버풀, Pool)에 연결해주는 것
Client  --->  [Load Balancer (VIP)]  --->  Server A
                      |                 -> Server B
                      |                 -> Server C
              (살아있는 서버를 골라서 보냄)
  • 연결해줄 때는 헬스체크를 통해 서버가 정상인지 주기적으로 확인해서 살아있는 서버에만 연결한다.
  • 로드밸런서는 L4 계층 또는 L7 계층에서 동작할 수 있다.

L4스위치

  • L4스위치는 4계층에서 서버/네트워크 트래픽을 로드벨런싱하는 장비이다.
  • 외부에서 들어오는 요청이 서버로 가기 전에 L4 스위치를 거치도록 구성한다.
  • L4스위치는 서버 헬스체크를 통해 서버 상태를 확인하고, 부하와 오류를 방지하기 위해 부하분산 작업을 한다.
  • L4 스위치는 TCP, UDP, Port, 세션 상태를 중심으로 확인한다.
비교 포인트L4 스위치L7 스위치
기준 계층4계층(전송계층)7계층(응용계층)
무엇을 보고 나누나(핵심)IP / Port / TCP·UDP 같은 “연결 정보”HTTP/HTTPS 요청 내용(도메인, URL 경로, 헤더, 쿠키, 메서드 등)
어디까지 해석하나패킷의 L4 헤더까지만패킷을 넘어 HTTP 메시지까지 해석
세션 유지(Sticky)보통 소스 IP 기반 등 단순 방식이 많음쿠키 기반 등 웹 친화적인 방식이 많음
성능/지연 특성처리 내용이 단순 → 고처리량/저지연에 유리해석/규칙 적용이 많음 → L4보다 무거울 수 있음
주 사용처(감 잡기)웹뿐 아니라 TCP/UDP 서비스 전반(대용량 분산, 단순 분산)웹 서비스/API(경로·도메인 기반 라우팅, 리버스 프록시 성격)
한 줄 비유“전화번호(포트)만 보고 연결해주는 교환원”“요청서(URL/헤더)를 읽고 담당 부서로 보내는 접수처”

정리 및 보안 키워드

  • 핵심: 같은 ip로 들어온 트래픽을 포트와 프로토콜(TCP,UDP) 연결상태를 기준으로 적절한 서버로 분산시킨다
  • 보안 키워드:

    • 포트 스캐닝 : 열려 있는 포트(서비스) 를 찾아 “어떤 서비스가 노출돼 있는지” 확인하는 탐색 행위

    • SYN Flood : TCP 연결을 시작하는 SYN 요청을 대량으로 보내 서버의 연결 자원(세션/큐)을 고갈시켜 정상 접속을 방해하는 공격

    • UDP Flood : UDP 패킷을 대량으로 보내 대역폭/처리량을 소모시키거나 서비스 응답을 느리게 만들어 장애를 유발하는 공격.

    • Health Check Abuse : 로드밸런서의 헬스체크 요청을 악용해 특정 서버에 불필요한 요청을 과도하게 발생시키거나, 헬스체크를 교란해 정상 서버를 비정상으로 판단하게 만들어 트래픽 분산을 망가뜨리는 행위.

그 외의 장비들

  • 방화벽(FW): 보통 L3/L4 중심(정책/세션/포트 차단, 로그 핵심)
  • WAF: L7(웹 요청 내용 검사: SQLi/XSS 등)
  • IDS/IPS: 탐지(IDS) vs 차단(IPS)
  • VPN: 외부 사용자를 내부로 들이는 “문”(인증/MFA/접근통제)
  • 프록시: 사용자 웹접속 통제/기록 또는 서버 앞단 보호
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