[Network] 네트워크 통신의 계층 구조: OSI 7계층, TCP/IP 4계층

1. 네트워크 통신의 계층 구조

네트워크 통신에서의 데이터나 기능, 호출 흐름에 따라 나뉘는 역할로 계층 구조를 이룬다. OSI 참조 모델에서는 이를 7계층으로 나누고 TCP/IP 모델에서는 이보다 단순한 구조로 되어 4계층으로 구분한다. 네트워크 통신 계층 구조는 역할이 나누어져 있기 때문에 각 계층은 자신이 담당하는 역할에만 책임을 진다. 즉, 각 계층은 독립적으로 설계되어 있다. 한 계층의 변경이 다른 계층에 영향을 미치지 않으므로 유지보수가 용이하고 기술 변화 적응이 쉽다. 통신의 흐름은 하위 계층에서 상위 계층으로 보면 된다.

1-2. OSI 7계층

OSI 7계층은 국제표준화기구인 ISO에서 제정한 것으로, 네트워크 통신에 필요한 기능을 물리, 데이터 링크, 네트워크, 전송, 세션, 표현, 응용의 7개 계층으로 나누어 생각한다. 

OSI 7계층과 각 계층의 프로토콜

1️⃣ 물리 계층

• 데이터 전송을 위한 물리적인 전송 매체와 관련된 계층이다.
• 데이터 단위: Bit
• 프로토콜: 이더넷, RS-232, 허브 등

2️⃣ 데이터 링크 계층

• 물리 계층에서 받은 데이터의 오류와 흐름을 관리한다.
• 브릿지나 스위치를 통해 프레임을 물리적 주소 기반으로 전송한다.
• 데이터 단위: 프레임
• 프로토콜: 이더넷, HDLC, PPP, MAC 등

3️⃣ 네트워크 계층

• 데이터가 목적지까지 도달할 수 있도록 경로를 설정한다.
• IP 주소를 사용하여 라우팅하고 패킷을 전달하는 계층이다.
• 데이터 단위: 패킷
• 프로토콜: IPv4, IPv6, ICMP 등

4️⃣ 전송 계층

• 데이터의 전송 품질을 보장하며 오류 수정, 흐름 제어를 담당하는 계층이다.
• 데이터 단위: 세그먼트
• 프로토콜: TCP, UDP 등

5️⃣ 세션 계층

• 세션을 설정하고 관리하며 통신 세션의 연결 및 해제를 담당하는 계층이다.
• 프로토콜: RPC 등

6️⃣ 표현 계층

• 데이터 인코딩, 디코딩, 암호화, 압축 등의 작업을 담당하여 데이터의 표현 방식을 결정하는 계층이다.
• 프로토콜: SSL/TLS, ASCII, JPEG 등

7️⃣ 응용 계층 

• 최종 목적지의 사용자와 직접적인 상호작용을 담당하며 다양한 응용 서비스를 수행하는 계층이다.
• 프로토콜: HTTP/HTTPS, SMTP, DNS, SSH 등

OSI 7계층을 기반으로 하는 네트워크 아키텍처가 OSI인데 현재는 거의 사용되지 않고 있지만 네트워크의 기능이나 네트워크 장비의 특징, 네트워크 상태에 대해 이야기할 때의 참조 모델로서 사용되고 있다.

 

1-3. TCP/IP 4계층

OSI를 대신해 일반적으로 사용되고 있는 네트워크 아키텍처가 바로 TCP/IP이다. OSI의 7계층보다 적은 4계층의 구조를 가진다.

OSI와 TCP/IP

1️⃣ 네트워크 액세스 계층

• OSI 7계층의 물리 계층과 데이터 링크 계층에 해당한다.
• 같은 네트워크 내부의 데이터 전송에 이용되는 프로토콜이 있다.
• 프로토콜: 이더넷, Wi-Fi 등

2️⃣ 인터넷 계층

• OSI 7계층의 네트워크 계층에 해당한다.
• IP와 같은 프로토콜을 사용해 데이터를 다른 네트워크로 라우팅하는 계층이다.
• 프로토콜: IP 등

3️⃣ 전송 계층

• OSI 7계층의 전송 계층에 해당한다.
• 데이터 전달을 담당하며 통신의 신뢰성과 흐름 제어를 담당하는 계층이다.
• 프로토콜: TCP, UDP

4️⃣ 응용 계층

• OSI 7계층의 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층에 해당한다.
• 애플리케이션 간 데이터 송수신을 위한 데이터 포맷이나 송수신 순서를 규정한다.
• 프로토콜: HTTP, FTP, DNS 등

상위 계층 프로토콜은 하위 계층의 전송 프로토콜을 기반으로 하고 있다.

따라서 장애 발생 시 하위 계층부터 조사하는 사고 방식을 가지는 것이 좋다.

 

해당 게시글은 '손으로 익히며 배우는 네트워크 첫걸음', '그림으로 공부하는 IT 인프라 구조'를 참고하여 작성한 글입니다.