01. OSI 7 Layer 계층 별 특징 정리

 

OSI 7 Layer의 각 계층별 특징을 공부하고 정리했다.

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OSI Reference Model 에는 7개의 계층(7-Layer)이 있다.

 

각 계층은 상위 계층에게 기능을 제공하면서,

1) 그 계층 내부에서 특정한 역할을 수행하거나, 2) 필요하면 하위 계층의 서비스를 사용한다.

 

예를 들어 3계층(Network Layer)는 목적지 주소 지정, 경로 설정 등의 기능을 수행한다.
그런데 그 데이터를 실제로 물리적으로 전송하려면 2계층(Data Link Layer)의 프레임 전송 기능이 필요하다.
이때, 3계층은 2계층이 제공해주는 전송 서비스를 요청해서 사용한다.

 

Application Layer (응용 계층, 7계층, 최상위 계층)

Presentation Layer (표현 계층, 6계층),

Session Layer (세션 계층, 5계층),

Transport Layer (전송 계층, 4계층),

Network Layer (네트워크 계층, 3계층),

Datalink Layer (데이터링크 계층, 2계층),

Physical Layer (물리 계층, 1계층, 최하위 계층)

 

계층별 정리가 필요하다.

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Point.

1. 각 계층별로 통신하고자 하는 전송 단위.

2. 각 계층별로 대표적인 특징

3. 각 계층에서 취급하는 장비의 존재 여부

4. 각 계층에서 취급하는 프로토콜의 존재 여부

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7개 계층, 헤더와 트레일러, 캡슐화와 역캡슐화, 송-수신의 한 흐름 내에서는 캡슐화가 선행되나 전체적으로는 양방향 통신

 

 

1계층: 물리 계층 (Physical Layer)
전송 단위: 비트 (Bit)
주요 기능: 0과 1의 데이터를 전기 신호, 빛, 전자기파 등 물리적 신호(아날로그)로 변환하여 전송
장비: 허브, 리피터, 네트워크 케이블
프로토콜: IEEE 802.3 (Ethernet), IEEE 802.11 (Wi-Fi) (물리 계층 포함)

 

물리 계층의 역할
송신 측: 0과 1을 물리 신호(전압, 빛, 전파 등)로 변환하여 전송
수신 측: 물리 신호를 감지하여 비트 단위로 상위 계층(2계층)에 전달 (비트 해석은 2계층에서 수행됨)

물리 계층의 전송 방식은
“0과 1의 디지털 신호를 전기, 빛, 전자기파 같은 아날로그 물리 신호로 변환해 전송하는 것”이다.
이때 전선(구리선), 광섬유, 무선 전파 등 실제 물리 매체를 통해 신호가 전달된다.

왜 디지털 신호(0과 1)가 먼저 나오고 그다음에 물리적 신호가 되느냐는 의문 이 들 수 있다.
이는 OSI 모델에서 송신 측이 7계층에서 1계층 순으로 데이터를 내려보내기 때문이다.

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2계층: 데이터링크 계층 (Data Link Layer)
전송 단위: 프레임 (Frame)
주요 기능:
1. 물리 계층에서 전달받은 비트열을 프레임으로 구성
2. 오류 검출, 흐름 제어, 동기화, 프레임 구분
3. MAC 주소 기반 통신 (같은 네트워크 내에서 목적지 식별)

장비: 스위치, 브리지
프로토콜: Ethernet, PPP, ARP (※ ARP는 2계층과 3계층 사이에서 작동)

 

송신 측 역할 (보낼 때) 프레임 생성, MAC 주소 부착, 비트 흐름 제어
수신 측 역할 (받을 때) 프레임 수신, 비트 해석 및 오류 확인

데이터링크 계층은 물리 계층으로부터 전달받은 비트 신호를 해석하여 프레임 단위로 구성하고, 이를 같은 네트워크 내의 목적지 MAC 주소를 기준으로 전송한다.
프레임에는 출발지/목적지 MAC 주소, 오류 검출 정보 등이 포함되며, 전송 중 오류 발생 여부를 확인하고 흐름을 제어하여 상위 계층(3계층)으로 안정적인 데이터 전달을 보장한다.

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3계층: 네트워크 계층 (Network Layer)

전송 단위: 패킷 (Packet)
주요 기능:
1. IP 주소 기반의 논리적 주소 지정 (출발지/목적지 IP 설정)
2. 라우팅 – 네트워크 간 경로 선택 및 결정
3. 패킷 전달 – 목적지까지 데이터가 도달하도록 중간 노드를 통한 전달
장비: 라우터, 3계층 스위치
프로토콜: IP (IPv4, IPv6), ICMP, OSPF

송신 측 역할 (보낼 때): IP 주소를 기준으로 목적지 네트워크를 식별하고, 경로 정보를 포함한 패킷을 생성
수신 측 역할 (받을 때): 도착한 패킷의 IP 주소를 확인하여 자신이 목적지인지 판단, 상위 계층(4계층)으로 전달

데이터링크 계층이 같은 네트워크 내 장치 간 통신을 담당하는 반면,
네트워크 계층은 서로 다른 네트워크 간의 통신을 가능하게 한다.
패킷에는 출발지/목적지 IP 주소가 포함되며, 라우터는 이 주소를 바탕으로 최적의 경로를 계산하여 다음 홉(next hop)으로 데이터를 전달한다.
또한, ICMP는 네트워크 오류 진단(예: 핑, 트레이스 라우트) 등에 사용된다.

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4계층: 전송 계층 (Transport Layer)
전송 단위: 세그먼트(TCP) / 데이터그램(UDP)
주요 기능:
1. 신뢰성 있는 전송 (오류 제어, 재전송, 순서 보장 – TCP)
2. 포트 번호 기반 통신으로 응용 프로그램 식별
3. 흐름 제어 및 혼잡 제어
장비: 로드 밸런서, 방화벽
프로토콜: TCP, UDP

송신 측: 데이터를 세그먼트/데이터그램 단위로 분할하고 포트 번호를 지정
수신 측: 포트 번호를 기준으로 해당 애플리케이션에 데이터 재조립 후 전달

네트워크 계층이 목적지 호스트까지 도달하도록 패킷을 전달했다면,
전송 계층은 호스트 내에서 어떤 애플리케이션(예: 웹 서버, 메일 서버 등)에 도달할지를 결정한다.
TCP는 연결 지향적이며 데이터의 정확성과 순서를 보장, UDP는 연결을 설정하지 않고 속도를 우선시한다.

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5계층: 세션 계층 (Session Layer)
전송 단위: 데이터
주요 기능:
1. 세션 생성, 유지, 종료
2. 양측 간의 통신 흐름을 제어하고 동기화 (체크포인트 삽입 등)
장비: VPN 게이트웨이
프로토콜: NetBIOS, PPTP

송신 측: 통신을 위한 논리적 세션을 설정하고 관리
수신 측: 세션 상태를 추적하고 필요 시 재동기화

전송 계층이 신뢰성 있는 데이터 흐름을 보장했다면,
세션 계층은 상호작용이 끊기지 않도록 대화 상태를 관리한다.
예: 로그인 상태 유지, 연결 복구, 스트리밍 도중 위치 기억 등.

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6계층: 표현 계층 (Presentation Layer)
전송 단위: 데이터
주요 기능:
1. 데이터 형식 변환 (예: ASCII ↔ 바이너리, 서로 다른 시스템 간 호환)
2. 암호화/복호화
3. 압축/해제, 인코딩/디코딩
장비: SSL/TLS 가속기
프로토콜: SSL, TLS, JPEG, MPEG

송신 측: 응용 계층의 데이터를 수신 측이 이해할 수 있도록 변환, 암호화, 압축
수신 측: 데이터를 원래대로 복호화, 디코딩, 해제

응용 계층 간 데이터 교환이 문제 없이 이뤄지도록 표현 방식과 보안을 조정하는 계층이다.
예: 웹사이트 접속 시 HTTPS에서 TLS 암호화 수행.

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7계층: 응용 계층 (Application Layer)
전송 단위: 데이터
주요 기능:
1. 사용자와 가장 가까운 계층, 서비스 제공 인터페이스
2. 응용 프로그램 간 통신 (웹, 이메일, 파일 전송 등)
장비: 웹 서버, 프록시 서버, 이메일 서버
프로토콜: HTTP, FTP, SMTP, DNS

송신 측: 사용자의 요청을 생성하고 하위 계층으로 전달
수신 측: 받은 데이터를 사용자에게 서비스 형태로 제공

사용자가 직접 접하는 계층으로,
브라우저, 메일 클라이언트, FTP 프로그램 등이 이 계층에서 작동한다.
실제 데이터를 주고받는 애플리케이션 레벨의 통신이 여기서 이루어진다.

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오늘은 OSI model의 7 Layer에 대한 계층별 특징, 장비, 프로토콜 등을 정리하였다.

 

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감사합니다! Thank you!