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OSI 모델이란?

정의 및 목적

  • OSI (Open Systems Interconnection) model
  • Network 통신을 7개의 계층으로 나눈 표준 참조 모델
  • 다양한 시스템 간의 통신이 서로 호환 가능하고 일관되게 이루어질 수 있도록

등장 배경

  • 과거엔 컴퓨터 제조사마다 통신 방식이 제각각 (자체적인 프토콜 사용)
  • 서로 다른 시스템 간 연결/데이터 교환이 어려움
  • OSI 모델은 실제 프로토콜을 강제하지는 않지만, 네트워크를 설명하고 설계하는 기준 프레임워크로 자리잡음

TCP / IP 모델과의 차이

항목 OSI model TCP/IP model
사용 이론 모델 (교육/설계 중심) 실제 인터넷에서 사용되는 표준
구조 계층마다 역할이 명확히 분리 계층이 통합되어 상대적으로 단순
예시 세션 / 표현 계층 존재 응용 계층에 통합됨
  • 현실에서는 TCP/IP가 실제 통신에 사용되지만, 네트워크를 학문적으로 설명하거나 디버깅할 때는 OSI 모델을 기준으로 삼는 경우가 많음

OSI 7계층 구조

계층 목록

  • 각 계층은 하위 계층에 의존하면서 상위 계층에 서비스를 제공하는 구조
  • 위 > 아래: Data 전송 과정
계층 번호 계층 이름 주요 역할 예시 Protocol 및 장비
7 Application (응용) 사용자에게 네트워크 기능 제공 HTTP, FTP, SMTP, DNS
6 Presentation (표현) 데이터 형식, encoding/decoding, 암호화 SSL/TLS, JPEG, MPEG
5 Session (세션) 연결(session) 설정, 유지, 종료 NetBIOS, RPC
4 Transport (전송) 신뢰성 보장, port number, 흐름 제어 TCP, UDP
3 Network (네트워크) IP 주소 지정, routing IP, ICMP, Router
2 Data Link (데이터 링크) MAC 주소 기반 통신, 오류 검출 Ethernet, ARP, Switch
1 Physical (물리 계층) 비트 전송, 전기적 신호, 케이블 UTP, 광케이블, 허브

위 > 아래 방향성과 통신 흐름

  • Source 측 (Application Layer -> Physical Layer 순으로)
  • 각 계층은 상위 계층의 data를 받아 header 를 붙여 캡슐화
  1. 사용자가 웹페이지 요청 (7)
  2. data 형식 맞춤, 암호화 등 처리 (6)
  3. 세션 생성 (5)
  4. TCP/UDP 로 신뢰성 보장 (4)
  5. IP Address 붙여 경로 결정 (3)
  6. MAC 주소 붙이고 frame 화 (2)
  7. 전기 신호로 전송 (1)

OSI 모델을 왜 배우는가?

Debugging, Network 설계 시 이점

  • OSI model은 복잡한 network 문제를 체계적으로 분석할 수 있게 해줌
    • 계층별로 역할이 분리 ➡️ 문제 발생 시, 어느 계층에서의 문제인지 구분하기 쉬움

문제 원인 계층별 추적

  • 문제 상황 예시: 웹페이지가 안 떠요!
  • OSI 계층에 따라 분석해보기
    • 계층 별로 문제를 나누어 debugging 범위를 좁힐 수 있음
계층 checkpoint
1 계층 케이블이 제대로 꽂혔는가? 와이파이 연결은 되었는가?
2 계층 Switch에서 MAC Address 충돌은 없는가?
3 계층 IP Address 는 설정되었는가? Gateway는 정상인가?
4 계층 TCP 연결이 이루어졌는가? Port가 열려있는가?
7 계층 Web Server가 실행중인가? URL이 올바른가?

보안/성능/분산 시스템 설계에서의 활용

  • 보안에서의 활용
    • 계층마다 보안 이슈가 다름
      • 2 계층: ARP Spoofing
      • 3 계층: IP Spoofing
      • 4 계층: Port Scanning
      • 7 계층: SQL Injection, XSS
  • 성능 최적화
    • 4 계층(TCP 조정), 3 계층(Routing), 2 계층(MAC Cache 조정) 등 각 계층 단위로 튜닝 가능
  • 분산 시스템 설계
    • 데이터 전송 경로, 보안 계층, 포맷 처리 등 계층 단위로 분리해 설계 가능

OSI 모델과 TCP/IP 모델 비교

계층 통합 여부

항목 OSI model (7 layers) TCP/IP model (4 layers)
Application Application (7) + Presentation (6) + Session (5) Application Layer
Transport Transport (4) Transport Layer
Network Network (3) Network Layer
Link DataLink (2) + Physical (1) Network Access Layer

실제 network에선 TCP/IP 모델이 쓰이지만 OSI 모델로 설명하는 이유

  • 실제 인터넷 통신은 TCP/IP 구조를 따름
  • TCP/IP는 계층 간 구분이 애매한 겨웅가 많아, 문제 분석이나 설계 논의 시 OSI model 로 설명하는 것이 더 명확
  • 예시
    • WireShark에서도 OSI model 기준으로 Protocol qnstjr
    • L2 Switch, L3 Router, L7 Load Balancer 등 모두 OSI 기준으로 설명

참고