[10분 테코톡] 🔮 히히의 OSI 7 Layer

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=1pfTxp25MA8

만약 네트워크가 복잡한 퍼즐이라면, osi 7계층은 이 퍼즐을 풀기 위해 7개의 기능별 박스로 나눈 사용자 친화적인 설명서라고 이해하면 됩니다. 이 모델은 우리가 매일 쓰는 인터넷 통신이 사실은 아주 정교하게 분리된 계층별 임무 수행의 결과물임을 보여주며, 데이터를 포장하고 전달하고 다시 해독하는 전 과정이 얼마나 체계적인 '합동 작전'인지를 깨닫게 해줍니다. 결국 복잡한 통신 과정은 각 계층이 맡은 역할을 충실히 수행함으로써 비로소 완벽하게 작동하는 거대한 소프트웨어 아키텍처인 셈입니다 .

1. 1계층: 물리 계층 (Physical Layer) - 0과 1을 전기로 변환하기

• 네트워크의 가장 기초는 '0과 1의 나열'을 두 컴퓨터가 주고받는 것에서 시작합니다 .
  • 프로그래밍을 아는 사람에게 모든 데이터는 결국 0과 1로 저장된다는 사실은 익숙할 것입니다 .
• 하지만 실제 전선은 우리가 원하는 '직선형'의 0/1 전기 신호를 그대로 통과시키지 못하고, 특정 주파수 범위만 허용하는 한계가 있습니다 .
  • 이 때문에 컴퓨터는 0과 1의 디지털 데이터를 전선이 보낼 수 있는 아날로그 신호(전자기파)로 변환해야 하며, 이 과정을 인코딩이라고 부릅니다 .
  • 반대로, 받는 쪽에서는 아날로그 신호를 다시 0과 1로 해석해야 하는데, 이것이 디코딩입니다 .
• 이 인코딩/디코딩 모듈은 보통 PHY 칩 같은 하드웨어(회로) 형태로 구현되어 있으며, 두 컴퓨터가 물리적인 매체(전선)를 통해 통신할 수 있게 해줍니다 .

2. 여러 대가 통신하려면: 허브, 스위치, 라우터

• 두 컴퓨터 간의 통신은 1계층으로 해결되었지만, 여러 대의 컴퓨터가 효율적으로 통신하려면 전선을 줄이고 비용을 낮춰야 합니다 .
  • 전선을 하나의 구리선에 모두 연결하면 모든 컴퓨터가 메시지를 받게 되는데, 이 단순한 연결 장치를 구겨 상자에 넣은 것이 더미 허브와 유사합니다 .
• 하지만 메시지를 목적지 컴퓨터에게만 정확히 전달해주기 위해 더미 허브를 '똑똑하게' 만든 것이 스위치(Switch)입니다 .
• 스위치 하나로 연결된 컴퓨터들의 그룹을 하나의 네트워크(인트라넷)라고 부르는데, 서로 다른 네트워크(예: 한국과 일본)끼리 연결하려면 라우터(Router)가 필요합니다 .
  • 라우터는 스위치와 스위치를 연결하여, 멀리 떨어진 네트워크 간에도 통신이 가능하게 해주는 장비이며, 수많은 라우터를 연결해 전 세계적으로 확장한 것이 바로 인터넷입니다 .

3. 2계층: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer) - 데이터를 끊어 읽는 기술

• 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 보내면, 수신자는 모든 0과 1이 뒤죽박죽 섞인 거대한 비트열을 받게 됩니다. 마치 여러 사람이 동시에 말하는 것을 녹음한 것처럼요 .
• 2계층의 핵심 역할은 프레이밍(Framing) 작업을 통해 이 뒤섞인 데이터 덩어리를 '제대로 끊어 읽는' 것입니다 .
  • 송신자는 보내는 데이터 앞뒤에 시작(예: 1111)과 끝(예: 0000)을 알려주는 특정 비트열(플래그)을 붙여서 보냅니다 .
  • 수신자는 이 플래그를 찾아 메시지의 시작과 끝을 구분하고, 원본 데이터만 추출해냅니다 .
• 데이터 링크 계층의 모듈은 랜카드와 같은 하드웨어에 구현되어 있어, 같은 네트워크(스위치로 연결된) 내에서 여러 컴퓨터가 데이터를 교환할 수 있도록 돕습니다 .

4. 3계층: 네트워크 계층 (Network Layer) - 전 세계에서 길 찾기 (IP 주소와 패킷)

• 만약 내가 서울에 있는 컴퓨터(A)에서 미국에 있는 컴퓨터(B)로 데이터를 보내고 싶다면, 전 세계 수많은 네트워크를 거쳐야 합니다. 이때 필요한 것이 길 찾기 능력입니다 .
• 이 계층에서는 모든 컴퓨터에 부여된 고유한 주소인 IP 주소를 사용합니다 .
  • 보내는 컴퓨터(A)는 데이터 앞에 목적지 컴퓨터(B)의 IP 주소를 붙여서 보내는데, 이렇게 주소가 붙은 데이터 덩어리를 패킷(Packet)이라고 부릅니다 .
• 패킷이 라우터를 지나갈 때마다, 라우터는 패킷의 목적지 IP 주소를 확인하고, 이 목적지로 가려면 다음 라우터가 누구인지 판단하여 데이터를 전달합니다 (라우팅/포워딩) .
  • 이 과정은 마치 목적지 주소가 적힌 택배 상자가 수많은 중간 물류 센터(라우터)를 거쳐 최종 목적지 컴퓨터(B)에 도착하는 것과 같습니다 .
• 네트워크 계층의 기술은 주로 운영체제의 커널에 소프트웨어적으로 구현되어 있습니다 .

5. 4계층: 전송 계층 (Transport Layer) - 최종 수신자 찾기 (포트 번호)

• 데이터가 드디어 목적지 컴퓨터에 도착했지만, 그 컴퓨터 안에는 여러 프로그램(프로세스: 예-카카오톡, 배달의민족)이 동시에 실행 중입니다 .
• 4계층의 역할은 도착한 데이터를 어떤 프로그램에게 전달해야 하는지를 결정하는 것입니다. 이를 위해 포트 번호라는 개념을 사용합니다 .
  • 포트 번호는 하나의 컴퓨터 내에서 실행 중인 프로세스들이 겹치지 않게 가지는 장소값입니다 .
  • 송신자는 데이터를 보낼 때 목적지 컴퓨터의 '어떤' 프로그램에게 보낼지 미리 정하고 해당 포트 번호를 데이터 앞에 붙입니다 .
• 수신 컴퓨터는 들어온 데이터에 붙어 있는 포트 번호를 확인하고, 그 번호에 해당하는 실행 중인 프로그램(프로세스)에게 데이터를 정확히 전달합니다 .
• 이 계층의 기술 역시 3계층과 마찬가지로 운영체제 커널에 소프트웨어적으로 구현되어 있습니다 .

6. 현대의 모습: TCP/IP 모델과 7계층의 통합

• 우리가 배운 7계층 모델(OSI 7 Layer)은 이론적이지만, 실제로 현대 인터넷은 TCP/IP 모델을 따르고 있습니다 .
• TCP/IP 모델은 OSI 모델의 5, 6, 7계층 (세션, 프레젠테이션, 응용 계층)을 하나의 응용 계층(Application Layer)으로 뭉뚱그린 것이 큰 특징입니다 .
  • 이는 하위 계층(1~4계층)은 거의 비슷하게 작동하되, 최종 사용자가 쓰는 서비스(예: 웹 브라우징)와 관련된 기능들을 하나로 묶어 간결하게 만든 것입니다 .

7. 응용 계층 (Application Layer) - 서비스 맞춤 포장 (HTTP)

• 가장 상위 계층인 응용 계층에서는 최종적으로 사용자가 사용하는 서비스에 맞게 데이터를 포장하는 작업이 일어납니다 .
  • 이 계층에서는 프로토콜(통신 규약)이 중요하며, 예를 들어 웹 브라우징에 사용되는 것이 바로 HTTP 프로토콜입니다 .
• 응용 계층 인코더는 원본 데이터(예: "뭐 해?") 앞에 서비스를 위한 추가 정보를 붙입니다.
  • 웹 통신(HTTP)에서는 상태 코드(Status Code), 헤더, 바디 등의 정보를 붙여 서버가 클라이언트에게 응답을 보냅니다 .
• 이렇게 응용 계층에서 포장된 데이터는 4계층(포트 번호 부착), 3계층(IP 주소 부착), 2계층(프레임), 1계층(아날로그 신호 변환)을 거치면서 아래로 내려가고 (인코딩), 수신 측에서는 이 과정을 역순으로 거쳐 (디코딩), 결국 사용자가 요청한 원본 데이터를 볼 수 있게 됩니다 .