[Network] OSI 7계층과 TCP/IP 4계층

in blog / cs #Network

인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고받을 때에는 각각의 상황에 따른 통신 규약이 필요하다. 이러한 통신 규약을 프로토콜이라고 하며, 이를 통해 네트워크 통신이 일어나는 과정을 OSI 7 계층 모델 또는 TCP/IP 4계층 모델로 설명할 수 있다.

컴퓨터들 간의 통신은 사람이 말을 뱉고, 말이 공기를 통해 전달되고, 다른 사람이 말을 듣는 대화의 과정 혹은 편지를 쓰고, 내용을 암호화한 뒤, 봉투에 넣어 우편을 보내는 과정 에 빗대어 이해할 수 있다. 이러한 하나하나의 동작이 계층을 이루게 되며, 이 계층들 간에는 상관 관계가 없다. 오로지 각 계층에서 산출된 결과만 전달할 뿐이다.


OSI 7 Layer




1. Physical Layer

  • 디바이스 간 비트(Bit) 단위 0과 1을 보낼 수 있도록 연결해주는 무선 또는 유선 회로이다.

  • 물리적인 매체로 0과 1을 구현하여 데이터를 전송한다.
    • 즉 데이터를 전기적인 신호로 표현하고, 디바이스 간의 물리적인 연결을 정의하는 계층이다.
  • 데이터를 전달하는 것 그 자체만 생각한다.
  • 1계층 Physical layer의 에러를 감지하고 복구한다.

  • 송신과 수신의 속도를 일치시키는 흐름 제어 및 속도 조절을 담당한다. flow control

  • PDU: 프레임(Frame)

cf. PDU (Protocol Data Unit)

  • 네트워크의 어떠한 계층에서 계층으로 데이터가 전달될 때 한 덩어리의 단위를 말한다.
  • 제어 관련 정보들이 포함된 ‘헤더’, 데이터를 의미하는 ‘페이로드’로 구성되어 있다.
  • 계층마다 부르는 명칭이 다르다.


  • 0110101.. 과 같은 데이터를 올바른 값으로 읽을 수 있도록 프레임으로 나누는 역할이라고 생각할 수 있다.

  • MAC Layer + Data Control Layer로 세분화된다.

    • Media Access Control Layer
      • 데이터를 프레임이라는 단위로 캡슐화한다.
    • Logical Link Control Layer
      • 프레임의 순서를 제어한다.

  • 프로토콜

    • Ethernet, MAC, PPP, LAN, Wifi

physical layer와 data link layer는 주로 한몸으로 움직인다.
이 계층들은 디바이스 두 대의 관계를 다룬다. 이러한 물리적 연결 위에 소프트웨어가 쌓인다고 생각하면 된다.

3. Network Layer

  • 특정 호스트에서 또 다른 호스트로, 즉 어떤 경로로 데이터를 넘겨주는 중간 장치의 역할이다.

  • routing(router), switching(hub)

  • 이제 데이터는 데이터가 도착해야 할 디바이스를 찾아가야 한다.
    목적지 디바이스의 주소인 IP 주소를 통해 경로를 탐색하여 목적지에 도달한다.

  • PDU: 패킷(Packet)

  • 주요 프로토콜
    • IP(Internet Protocol)

4. Transport Layer

  • 출발지에서 목적지까지 에러 검출 및 흐름 제어로 신뢰성 있는 데이터를 보장한다. end-to-end error control
    • 패킷의 전송이 유효한지 확인하고 전송에 실패한 패킷을 재전송

  • 헤더에 포트번호가 포함되어 있어 디바이스의 여러 프로세스들 중 찾아가야할 프로세스를 구분한다.

  • PDU
    • TCP일 때 세그먼트(Segment)
    • UDP일 때 데이터그램(Datagram)
  • 주요 프로토콜
    • TCP(Transmission Control Protocol)
    • UDP(User Datagram Protocol)

❓ 2계층에서 에러 검출 및 복구가 일어나지만, 4계층에서도 필요한 이유가 무엇일까?

  • 2계층의 통신 프로토콜들이 에러 검출 및 복구를 항상 수행하지 않으며, 하더라도 실패할 수 있기 때문이다. 복구를 시도하다가 실패하는 프로토콜들도 있고, 애초에 에러 검출 및 복구를 하지 않는 PPP와 같은 프로토콜도 존재한다.
  • 또한 3계층 스위치/라우터의 특정 포트에 트래픽이 몰리게 되는 경우, 하드웨어나 프로그램 자체에 버그가 있는 경우 등 프로토콜 문제 이외에도 에러가 발생할 수 있다.
  • 따라서 애플리케이션 바로 밑의 4계층에서 에러 검출 및 복구를 최종적으로 책임지게 된다.


1, 2, 3, 4계층은 운영체제 내부에서 관리된다. 5, 6, 7계층에서 웹 서버가 작동한다.

5. Session Layer

  • 디바이스의 프로세스 간 세션 연결을 설정, 유지, 종료한다.
    • 세션을 관리함으로써 응용 프로그램 간 데이터를 동기화할 수 있고,
      하나의 서비스를 구성하는 등록, 인증, 과금 등의 동작이 수행될 수 있다.

  • authentication, authorization(permissions), session restoration

  • 프로토콜
    • SSH (Secure Shell)
    • TLS (Transport Layer Security)

6. Presentation Layer

  • 영상, 채팅, 글자 등 데이터의 표현 방식(형식)을 결정하는 계층이다.
  • 데이터의 인코딩-디코딩 및 암호화가 일어난다.

  • encryption, compression

  • 프로토콜
    • JPG, MPEG, SMB, AFP

7. Application Layer

  • 기술들을 묶어 하나의 서비스로 제공한다.

  • 사용자가 볼 수 있는 인터페이스를 갖는다. 즉 사용자와 하위 계층 간의 데이터 전달을 담당한다.

  • 주요 프로토콜
    • HTTP, DNS, Telnet, FTP 등


🤔 OSI 7 Layer, TCP/IP 4 Layer와는 무엇이 다른가?



TCP/IP 계층과 달리 OSI 계층은 애플리케이션 계층을 세 개로 나누고 링크 계층을 데이터 링크 계층 / 물리 계층으로 나눠 설명하는 것이 다르며, 인터넷 계층을 네트워크 계층으로 부른다는 점이 다르다.

OSI 7계층 모델은 통신을 조금 더 세분화하여 설명하며 네트워크를 처음 학습할 때 사용하는 이론적 모델이고, 실제 인터넷 프로토콜 스위트 인터넷 프로토콜의 집합 는 TCP/IP 4계층 모델에 기반하여 동작한다.


TCP/IP 4 Layer

TCP/IP 4계층은 OSI 7계층보다 단순화된 구조로, 실질적으로 인터넷과 대부분의 네트워크 통신에서 사용한다.
7계층과 반대로 상위 계층인 애플리케이션 계층부터 하나씩 살펴보도록 하자!




Data link, Physical 레이어를 하나의 Link 레이어로 본다.

1. Application Layer

  • 애플리케이션 계층은 응용 프로그램이 사용되는 계층으로,
    웹 서비스, 이메일 등 서비스를 실질적으로 사용자에게 제공하는 계층이다.

  • 프로토콜

    • FTP
    • SSH
    • HTTP
    • SMTP

2. Transport Layer

  • 전송 계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공한다.
  • 애플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때 중계 역할을 한다.

  • 연결 지향 데이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름 제어

  • 프로토콜
    • TCP
    • UDP

3. Internet Layer

  • 인터넷 계층은 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지 디바이스로 전송한다.

  • 상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않는다. 비연결형적 특성

  • 프로토콜
    • IP
    • ARP
    • ICMP
  • 링크 계층은 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며, 장치 간 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층이다.

  • 네트워크 접근 계층이라고도 한다.

  • 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 나누기도 한다.
    • 물리 계층: 유무선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보낸다.
    • 데이터 링크 계층: 이더넷 프레임을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당한다.



  📁 참고 자료
❗️ 면접을 위한 CS 전공지식 노트 (도서)
❗️ 컴퓨터 네트워크 수업을 열심히 들은 나
© 2024 do. Some rights reserved. Powered by Hydejack.