OSI 7계층 완전 이해 — PALDYN 기술블로그

지난 글에서 네트워크의 기본 개념과 범위별 분류를 살펴봤습니다. 이번에는 네트워크 통신을 이해하는 핵심 틀인 OSI 7계층 모델을 다룹니다. 처음 접하면 외워야 할 단어가 많아 막막하지만, 각 계층이 “왜 존재하는지”를 중심으로 이해하면 훨씬 쉽게 자리 잡힙니다.

OSI 모델이란

OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 ISO가 1984년 표준화한 네트워크 통신 참조 모델입니다. 서로 다른 벤더의 장비들이 통신할 수 있도록, 네트워크 기능을 7개의 독립적인 계층으로 분리했습니다.

오늘날 실제 인터넷은 TCP/IP 4계층 모델 위에서 동작하지만, OSI 7계층은 문제 진단, 기술 이해, 시험 학습의 공통 언어로 여전히 폭넓게 사용됩니다. “3계층 문제”라고 하면 IP 라우팅 이슈, “2계층 문제”라고 하면 MAC/이더넷 이슈임을 바로 파악할 수 있습니다.

OSI 7계층 스택

각 계층의 역할

1계층 — 물리 계층 (Physical Layer)

비트(0, 1)를 전기 신호, 광 신호, 전파로 변환해 물리 매체를 통해 전송합니다. 케이블의 종류, 커넥터 모양, 신호 전압 등 하드웨어 명세를 다룹니다.

장비: 케이블, 허브(Hub), 리피터
PDU: 비트(Bit)

2계층 — 데이터링크 계층 (Data Link Layer)

같은 네트워크 안의 장치 간 신뢰성 있는 직접 통신을 담당합니다. MAC 주소로 장치를 식별하고, 프레임 경계 구분·오류 감지(CRC)를 수행합니다.

장비: 스위치(Switch), 브리지(Bridge)
PDU: 프레임(Frame)

3계층 — 네트워크 계층 (Network Layer)

서로 다른 네트워크 간 경로를 결정합니다. IP 주소로 목적지를 식별하고, 라우터가 최적 경로를 선택해 패킷을 전달합니다.

장비: 라우터(Router)
프로토콜: IP, ICMP, ARP(엄밀히는 2.5계층)
PDU: 패킷(Packet)

4계층 — 전송 계층 (Transport Layer)

포트 번호를 이용해 프로세스 간 통신을 가능하게 합니다. TCP는 신뢰성 있는 연결 지향 통신을, UDP는 빠른 비연결 통신을 제공합니다.

프로토콜: TCP, UDP
PDU: 세그먼트(Segment) (TCP) / 데이터그램(Datagram) (UDP)

5·6·7계층 — 세션·표현·응용 계층

현실에서는 대부분의 애플리케이션 프로토콜이 이 세 계층을 합쳐서 처리합니다.

계층	역할	예시
5 — 세션	연결 수립·유지·종료	NetBIOS, RPC
6 — 표현	데이터 변환·암호화·압축	TLS/SSL, JPEG
7 — 응용	사용자 인터페이스 제공	HTTP, FTP, DNS

캡슐화와 역캡슐화

OSI 모델의 가장 중요한 동작 원리가 캡슐화(Encapsulation) 입니다. 데이터를 보낼 때 각 계층은 자신의 헤더(필요시 트레일러)를 추가하며 데이터를 감쌉니다. 수신 측은 역순으로 헤더를 제거해 원본 데이터를 복원합니다.

캡슐화 과정

송신 측:
  [데이터]
  → [TCP 헤더 | 데이터]           ← 4계층: 세그먼트 생성
  → [IP 헤더 | TCP 헤더 | 데이터]  ← 3계층: 패킷 생성
  → [ETH | IP | TCP | 데이터 | FCS] ← 2계층: 프레임 생성
  → 01001011 01110010...           ← 1계층: 비트 전송

수신 측 (역순 처리):
  비트 → 프레임 → 패킷 → 세그먼트 → 데이터

각 계층은 자신의 헤더만 읽고 처리합니다. 3계층 라우터는 IP 헤더만 보고 경로를 결정하며, TCP 세그먼트 내부는 관여하지 않습니다. 이 계층 독립성 덕분에 각 계층의 기술을 독립적으로 발전시킬 수 있습니다.

계층 분리의 이점

문제 진단 예시:
  "웹 페이지가 안 열려요"
  └─ DNS 응답은 오나요? (7계층)
      └─ TCP 연결은 되나요? (4계층)
          └─ ping은 되나요? (3계층)
              └─ 케이블은 연결됐나요? (1·2계층)

계층화된 모델이 있으면 문제 범위를 빠르게 좁힐 수 있습니다. 또한 HTTP/2가 나왔어도 IP·이더넷은 그대로 사용하듯, 한 계층의 교체가 다른 계층에 영향을 주지 않습니다.

OSI vs TCP/IP

OSI 7계층	TCP/IP 4계층
응용·표현·세션 (5·6·7)	응용 계층
전송 (4)	전송 계층
네트워크 (3)	인터넷 계층
데이터링크·물리 (1·2)	네트워크 접근 계층

다음 글에서는 실제 인터넷 통신의 기반인 TCP/IP 모델을 더 깊이 살펴봅니다.

지난 글: 네트워크란 무엇인가

다음 글: TCP/IP 모델 완전 이해

읽어주셔서 감사합니다. 😊