OSI 7계층과 TCP/IP 4계층

OSI

OSI 7계층이란?

OSI 7계층은 네트워크 통신을 표준화하기 위해 통신 시스템을 7단계로 나눈 모델입니다. 다음 그림과 같은 계층을 가지고 있습니다.

계층별 특징

각 계층이 가지는 특징은 다음과 같습니다.

물리

• 역할
  • 데이터 전송을 위해 비트를 전기 신호 변환하고, 수신 시에는 전기 신호를 비트로 변환
• 예시
  • UTP, 허브

데이터 링크

• 역할
  • 인접한 두 장치 간 오류 없는 프레임 전송
  • MAC 주소 기반 통신
• 예시
  • ARP, 스위치

네트워크

• 역할
  • 다른 네트워크 간 데이터 전송을 위한 경로 설정 및 패킷 전송
• 예시
  • IP, ICMP, 라우터

전송

• 역할
  • 양 끝단 간 신뢰성 있는 데이터 전송
• 예시
  • TCP, UDP

세션

• 역할
  • 애플리케이션 간 세션 관리(유지, 생성, 종료)
• 예시
  • NetBIOS, RPC, Socket

표현

• 역할
  • 데이터의 표현 방식 표준화를 통해 서로 다른 시스템 간 호환성 확보
  • 인코딩/디코딩, 암호화/복호화, 압축/해제
• 예시
  • TLS/SSL, JPEG/GIF/MPEF

응용

• 역할
  • 사용자가 직접 접근하는 네티워크 서비스 제공
• 예시
  • HTTP(S), FTP, SMTP, DNS, SSH, POP3

한계

OSI 7계층의 경우 이론적으로 잘 설계된 모델이지만, 실무적인 적용에 있어서는 다음과 같은 어려움이 있습니다.

• 복잡한 계층 구조
  • 일부 계층(세션, 표현)은 실무에서 필요성이 낮거나 명확한 역할이 없음
• 과도한 추상화
  • 계층이 엄격하게 분리되어 실무에서는 통합적으로 설계하는 것이 효율적

이러한 한계로 인해 OSI 모델은 기술 발전 속도에 뒤처지게 되었고, 인터넷의 발달과 함께 TCP/IP 4계층 모델이 실질적인 네트워크 표준으로 자리 잡게 되었습니다.

TCP/IP

TCP/IP란?

TCP/IP는 OSI 7계층 모델을 4계층으로 통합한 모델로, 실무에서 적용이 어려웠던 OSI 모델의 한계를 극복한 실용적인 네트워크 통신 모델입니다. 다음 그림과 같은 계층을 가지고 있습니다.

또한, 초기 인터넷인 ARPANET의 표준 네트워크 통신 모델로 IP,TCP,UDP 프로토콜 기반으로 구축되었습니다. 인터넷의 발달로 TCP/IP 4계층 모델은 실질적인 네트워크 표준으로 자리 잡게 되었습니다.

계층별 프로토콜

TCP/IP 4계층에 해당하는 네트워크 인터페이스, 인터넷, 전송, 응용 계층에서 사용되는 프로토콜은 다음과 같습니다.

• 네트워크 인터페이스
  • 이더넷, Wi-Fi, MAC
• 인터넷
  • IP, ICMP, ARP
• 전송 계층
  • TCP, UDP
• 응용 계층
  • HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, DNS

OSI vs TCP/IP

아래 그림은 OSI와 TCP/IP를 비교한 것 입니다.

네트워크 통신

통신 과정과 계층 간 관계

네트워크 통신은 계층화된 구조를 통해 수행되며, 각 계층은 하위 계층의 기능을 이용하고 상위 계층에게 기능을 제공합니다. 예를 들어, HTTP는 TCP를 통해 신뢰성 있는 전송을 보장받고, IP를 통해 네트워크 주소를 기반으로 데이터가 목적지까지 전달됩니다. 또한, 이 과정에서 캡슐화와 역캡슐화가 수행됩니다.

캡슐화와 역캡슐화

캡슐화는 데이터 송신을 위해 각 계층에서 Header나 Trailer를 추가하며 하위 계층으로 전달하는 과정입니다. 역캡슐화는 반대로 데이터를 수신할 때 하위 계층에서 상위 계층으로 전달되는 과정에서 Header나 Trailer를 제거하는 과정입니다.

이를 그림으로 표현하면 다음과 같습니다.

추가 학습이 필요한 내용

TCP와 UDP

HTTP

IP, ICMP, ARP

예상 질문

OSI 7계층 이란?

네트워크 통신 모델을 7가지 계층으로 분리하여 단순화한 모델

• 물리
  • 비트, 하드웨어 기반 통신, 케이블과 허브
• 데이터 링크
  • 프레임, MAC 주소 기반 통신, ARP/MAC/스위치
• 네트워크
  • 패킷, IP 주소 기반 통신, IP/ICMP/라우터
• 전송
  • 세그먼트/데이터그램, E2E 통신, TCP/UDP
• 세션
  • 데이터, 세션 관리, NetBIOS/RPC
• 표현
  • 데이터, 형식 변환/압축/암호화, TLS/SSL/JPEG
• 응용
  • 데이터, 네트워크 서비스 제공, HTTP/SMTP/DNS/FTP

TCP/IP 4계층은 무엇인가요?

OSI 7계층 모델을 4계층으로 단순화한 모델

• 인터넷의 시초인 알파넷에 적용된 모델로, 현재 가장 많이 사용하는 모델임
• 4계층은
  • 네트워크 인터페이스
    • 물리적 전송 및 로컬 네트워크
  • 인터넷
    • IP 주소 기반 라우팅
  • 전송
    • TCP/UDP 기반 E2E 통신
  • 응용
    • 애플리케이션 레벨

캡슐화와 역캡슐화란 무엇인가요?

캡슐화

• 상위 계층부터 하위 계층까지, 헤더와 트레일러를 추가하는 과정을 거쳐, 데이터를 전달하는 과정

역캡슐화

• 캡슐화의 반대 과정으로 헤더나 트레일러를 제거해 필요한 정보를 획득