OSI 7계층이란

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OSI 7계층이란

glorypang 2025. 6. 19. 10:38

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1. OSI 7 계층

인터넷을 사용할 때 단순히 "데이터가 왔다 갔다 한다"는 말만으로는 부족해요.

누가 데이터를 보내고, 어떻게 전송되며, 어디로 도착하고, 도중에 오류는 어떻게 처리되는지 등

이 모든 과정은 '계층'으로 나뉘어 동작합니다.

OSI 7 계층이란?

OSI 7계층은 네트워크 통신 과정을 7단계로 나눈 모델이에요.

국제표준화기구(ISO)가 만들었고, 각 계층은 택배 시스템의 처리 단계처럼 역할이 나뉘어 있어요.

이렇게 계층화한 이유는 명확합니다:

문제가 어디서 발생했는지 추적하기 쉽고,
각 계층만 수정해도 되므로 유지·보수가 효율적이며,
서로 다른 회사의 장비나 소프트웨어 간 호환성이 높아집니다.

2. OSI 7 계층 단계

1계층 - 물리계층(Physical Layer)

인터넷을 사용한다는 건, 결국 어디선가 데이터를 보내고, 받는 일입니다.

우리는 이 데이터는 ‘문자’, ‘영상’ 등으로 보지만,

기계 입장에서는 모두 0과 1의 전기 신호일 뿐이에요.

따라서 이 데이터를 주고받으려면

전기 신호로 바꿔, 실제로 '흘려보낼 수 있는 통로'가 필요합니다.

이 일을 맡는 게 바로 물리 계층이에요.

즉, 물리계층은 가장 하위 계층으로, 데이터를 실제 전기적 신호로 바꿔 전송하는 계층입니다.

예를 들어, 유튜브 영상을 보려면

그 데이터가 0과 1의 전기 신호로 변환되어 케이블을 통해 이동해야 합니다.

주요 특징

데이터를 전기적 신호로 바꾸어 전송
(데이터 단위는 `비트(Bit)`)
- 예: 1 → 전압 있음, 0 → 전압 없음
데이터 내용을 이해하지 않고,
오직 신호를 전달만 함
통신의 ‘하드웨어적 기반’을 담당

여기서는 누구에게, 무슨 데이터를 보내는지는 중요하지 않아요.

그저 신호가 흘러가게만 하면 되는 계층입니다.

대표적인 장비

랜선 (UTP 케이블) – 신호가 흐르는 통로
허브(Hub) – 신호를 여러 장비로 단순 복사해서 뿌려줌
리피터(Repeater) – 신호가 멀리 가도록 증폭

이들은 모두 데이터 내용을 몰라도,

신호만 있으면 그것을 전달하거나 복제할 수 있는 장비입니다.

예시:

유튜브 영상을 보려는데 영상이 아예 재생되지 않아요.
확인해보니 공유기 전원이 꺼져 있거나, 랜선이 빠져 있음!
→ 물리 계층에서 신호 자체가 전달되지 않은 것

🎈 1계층 요약
전송단위: 비트(Bit)
역할: 전기적 신호 변환 및 전송
장비: 케이블, 허브, 리피터

2계층 - 데이터 링크계층(DataLink Layer)

1계층(물리 계층)에서 데이터를 전기 신호로 흘려보냈다고 해서,
신호가 정확히 목적지까지 도달한다고 장담할 수는 없어요.

받는 쪽이 준비가 안 되어 있거나
중간에 신호가 깨질 수도 있고
잘못된 대상에게 갈 수도 있어요

그렇기 때문에,

“누구한테 보낼지”를 정하고,

“정상적으로 전달됐는지 확인하고”,

“문제가 있으면 다시 보내는” 역할이 필요해요.

이걸 담당하는 게 바로 데이터 링크 계층입니다.

즉, 데이터 링크 계층은 같은 네트워크 안에서

‘누구한테 보낼지(MAC 주소)’ 정하고

오류나 흐름을 제어해 안정적인 데이터 전송을 보장하는 계층이에요.

유튜브 영상 데이터를 가까운 라우터나 공유기까지 안전하고 정확히 보내기 위한 절차예요.

주요 특징

데이터를 `프레임(Frame)`으로 나눠서 전송
MAC 주소 기반으로 "누구에게 보낼지"를 결정
포인트 투 포인트(Point to Poin0, P2P) 간 신뢰성있는 전송 보장

오류 제어: 전송 도중 오류가 발생했는지 확인하고, 문제 발생 시 재전송 (CRC 사용)
흐름 제어: 수신 속도에 맞춰 데이터 양 조절
순서 제어: 프레임의 순서를 관리하고, 시작/끝을 구분
프레임 동기화: 프레임의 경계를 명확히 구분

MAC 주소 더 알아보기

MAC 주소는 네트워크 장비(예: 랜카드)에 물리적으로 새겨진 고유한 주소입니다.

1. 물리적으로 할당 (네트워크 카드 제조 시 결정)
MAC 주소는 공장에서 네트워크 카드를 만들 때 이미 결정

제조업체별 고유 번호: IEEE에서 각 제조업체에게 고유한 번호를 할당
전 세계 유일성: 지구상에 동일한 MAC 주소는 존재하지 않음 (이론적으로)
변경 불가능: 하드웨어에 물리적으로 새겨져 있어 기본적으로 변경할 수 없음

MAC 주소 구조:

00:1A:2B:3C:4D:5E
↑--OUI--↑ ↑-NIC-↑
(제조업체) (개별식별자)

2. 계층이 없는 단일 구조
IP 주소와 달리 MAC 주소는 계층적 구조가 없음
IP 주소 (계층적):

`192.168.1.100` → 네트워크 부분(192.168.1) + 호스트 부분(100)
네트워크를 먼저 찾고, 그 안에서 특정 장치를 찾음

MAC 주소 (단일 구조):

`AA:BB:CC:DD:EE:FF` → 그냥 하나의 고유한 이름
위치 정보가 없어서 "어디에 있는지" 알 수 없음

3. 직접 이어진 곳에만 연결 가능(로컬 통신)

MAC 주소는 같은 네트워크 내에서만 통신 가능

[컴퓨터A] ---- [스위치] ---- [컴퓨터B]
     ↑                           ↑
MAC: AA:AA:AA            MAC: BB:BB:BB

MAC 주소는 직접 연결된 장비끼리만 사용 가능
라우터를 넘어가면 IP 주소 기반 라우팅 필요

왜 이런 제약이 있을까?

라우터는 MAC 주소 전달 ❌
모든 MAC 주소를 저장하는 건 비효율적보안상 로컬에서만 식별하도록 설계

대표적인 장비 및 프로토콜

장비: 브릿지, 스위치, 이더넷
프로토콜: 이더넷, HDLC, ADCCP, LLC, ALOHA

예시:

유튜브 영상이 안 나와서 확인했더니, 그 PC만 인터넷이 안 되는 경우
→ 랜카드 불량, 스위치 포트 문제, MAC 주소 충돌 등으로 해당 컴퓨터만 데이터를 못 받음
→ 데이터 링크 계층에서 오류가 발생했을 수 있음

📌2계층 요약
전송단위 : 프레임(Frame)
장비 : 브릿지, 스위치, 이더넷
역할 : 오류 제어, 흐름 제어, MAC 주소 기반 통신
핵심 : 브릿지나 스위치를 통해 MAC 주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달

3계층 - 네트워크 계층(Network Layer)

1·2계층까지의 데이터를 보냈다고 해서
목적지 서버(예: 유튜브 서버)까지 자동으로 가는 게 아닙니다.

왜냐하면 실제로는 여러 네트워크를 거쳐서 가야 하기 때문이에요.

그래서 "어떤 경로로 목적지까지 갈지"를 정해주는 GPS 같은 역할이 필요하죠.

즉, 네트워크 계층은

IP 주소를 기반으로 최적의 경로를 찾아주는 '길 안내자' 역할을 합니다.

유튜브 서버까지 어떤 경로로 갈지(IP 주소 기반으로 길을 찾는 계층)

이 계층은 인터넷 전체를 바라보며, 목적지까지의 라우팅을 처리해요.

주요 역할

데이터를 `패킷(Packet)` 단위로 나누어 처리
IP 주소를 기반으로 목적지를 식별
라우터를 통해 경로를 결정 (라우팅)
서로 다른 네트워크를 연결 (인터네트워킹)
네트워크 혼잡 방지, 단편화 등 부가 기능 제공

2계층이 건물 안에서 배달이라면, 3계층은 도시 간 이동 경로를 짜는 택배 물류 시스템이에요.

핵심 기능

라우팅 : 여러 노드를 중 최적 경로 선택
세그멘테이션 : 큰 데이터 → 작은 패킷으로 나눠 전송 후 재조립
흐름 제어 : 네트워크 혼잡 방지
오류 제어 : 전송 중 오류 검출 및 처리
QoS(Quality of Service) : 데이터의 중요도에 따라 우선순위 조절

IP 주소

IP 주소는 인터넷상에서 장비의 위치를 나타내는 논리적 주소입니다.

고정되어 있는 MAC 주소와 달리 변경 가능
`계층적 구조`: 네트워크 + 호스트 부분으로 나뉨

🎈예시: `192.168.10.15`
`192.168.10`은 지역/건물 (네트워크)
`15`는 해당 집/호수 (호스트)

구분	MAC 주소	IP 주소
지정 방식	공장 출고 시 고정	수동/자동 설정 가능
구조	단일	계층적
변경 가능성	거의 없음	가능
사용 범위	로컬 네트워크	전 세계

대표적인 장비 및 프로토콜

장비: 라우터, Layer 3 스위치
프로토콜:
- `IP`: 패킷 전달
- `ICMP`: 오류 감지 및 진단 (`ping`, `traceroute`)
- `라우팅 프로토콜`: RIP, OSPF, BGP 등

IP 프로토콜

핵심 기능

`IP 주소 지정`과 `패킷 전달`
라우팅 기반 데이터 전송

주요 특징

Best-Effort : 최대한 노력은 하지만, 신뢰 보장 없음(손실/지연 가능)
비연결성 : 데이터 전송 전 별도 연결 설정 X
비신뢰성 : 패킷 유실/순서 바뀔 수 있음
단편화 : 너무 큰 데이터는 쪼개서 보내고 나중에 조립
헤더 포함 : 수신/발신 IP, 프로토콜 정보 포함

예시:

유튜브 말고 다른 사이트는 잘 되는데, 유튜브만 접속 안 된다면?
→ 유튜브 서버로 가는 경로(IP 라우팅)에 문제가 있는 것일 수 있어요

📌3계층 요약
전송단위: 패킷(Packet)
장비: 라우터, L3 스위치
역할: 논리적 주소(IP)를 기반으로 목적지까지 데이터 전달
특징: 최적 경로 탐색 및 네트워크 간 연결

4계층 - 전송 계층(Transport Layer)

3계층(네트워크 계층)까지는 어떻게 목적지까지 갈지를 결정했다면,

이제는 “그 데이터가 정확히, 빠짐없이 도착했는가”가 중요해집니다.

데이터가 순서 없이 도착하거나,
중간에 누락되거나,
전혀 재생이 안 되는 상태라면?

→ 도착은 했지만 제대로 된 통신은 아님!!

전송 계층은 데이터가 순서대로, 정확히, 끊김 없이 전달되도록 품질을 관리하는 계층으로,

양 끝 사용자(End-to-End) 간의 신뢰성 있는 통신을 보장합니다.

유튜브 영상을 끊김 없이, 순서대로 재생되도록

TCP 또는 UDP를 이용해 통신 품질을 조절하는 것이 전송 계층의 역할이에요.

주요 역할

세그먼트 단위 전송 (전송 단위: `세그먼트(Segment)`)
데이터 분할/재조립 : 큰 데이터를 쪼개어 보내고, 받은 쪽에서 다시 조립
오류 제어 : 누락된 데이터는 다시 요청 (TCP의 재전송 기능)
순서 제어 : 데이터 순서를 시퀀스 넘버로 정렬
흐름 제어 : 수신자 처리 속도에 맞춰 송신 속도 조절
포트 기반 구분 : 어떤 프로그램과 통신 중인지 구분
종단간(End-to-End) 통신: 양 끝단 사용자 간 직접 통신
상태 관리: 연결의 시작/종료 상태 추적

TCP vs UDP 비교

	TCP (연결지향형)	UDP (비연결형)
연결 방식	연결 설정 필요 (3-way handshake)	연결 설정 없이 전송
신뢰성	보장 (순서, 재전송, 중복 처리)	없음 (순서·재전송 처리 X)
속도	느림 (신뢰성 확보로 인한 오버헤드)	빠름 (단순 구조)
용도	웹, 메일, 파일 전송 등	게임, 스트리밍, DNS 등
헤더 크기	20바이트	8바이트
흐름 제어	있음	없음
오류 제어	있음	없음

예시:

유튜브 영상을 재생하는 중인데, 프레임이 깨지거나 멈추거나, 소리와 화면이 안 맞는다?
→ 전송 계층의 흐름 제어, 오류 복구 기능이 약하게 작동하거나,
→ UDP처럼 속도 우선 방식을 썼기 때문에 발생할 수 있어요.

🎈4계층 요약
전송단위 : 세그먼트(Segment)
프로토콜 : TCP, UDP
핵심 기능 : 패킷 생성, 오류 제어, 흐름 제어
역할: 종단간 신뢰성 있는 데이터 전송

5계층 -세션 계층(Session Layer)

우리가 유튜브나 화상회의 앱을 사용할 때,

단순히 데이터만 주고받는 것만으로는 부족해요.

“언제 통신을 시작하고, 얼마나 유지하며, 언제 종료할지”

대화의 흐름을 관리해주는 계층이 바로 세션 계층입니다.

세션 계층은 “앱과 서버가 지금 연결되어 있고 대화 중”이라는 사실을 기억하고 유지합니다.

주요 기능

세션 설정/유지/종료: 세션 시작 → 유지 → 종료 흐름 관리
연결 상태 유지 : 중간에 네트워크 흔들려도 연결 유지 시도
재연결/ 복구 기능 : 네트워크 문제가 발생해도 이전 상태에서 재시작 가능
통신 방식 제어: 양방향 통신 흐름 조율
TCP/IP 세션 생성을 주도

쉽게 말해,

“이 앱과 이 서버가 지금 대화 중이야” 라는 사실을 알고,

그 연결이 유지되도록 관리하는 계층이에요.

통신 방식의 종류

단방향(Simplex): 한 쪽에서만 데이터를 전송 가능한 방식 (ex. 방송)
반이중 (Half-Duplex): 한 번에 한 방향으로만 데이터를 전송할 수 있는 방식 (ex. 무전기)
전이중 방식(Full Duplex): 양방향으로 동시에 독립적으로 데이터를 전송할 수 있는 방식 (ex. 전화, 영상통화)

예시:

유튜브를 보다가 갑자기 끊기고, 다시 재생하니 중간부터 이어서 재생된다면?
→ 이건 세션 계층이 연결 상태를 기억하고 있었다는 증거예요.
화상회의 앱이 연결 끊겼다가 자동 복구되며 이어지는 것도
→ 세션 계층의 복구 기능 덕분

📌5계층 요약
전송단위: 데이터(Data)
장비: 게이트웨이
역할: 세션 설정, 유지, 종료 및 통신 관리

6계층 - 표현 계층(Presentation Layer)

서버와 클라이언트는 서로 운영체제도 다르고, 문자 인코딩 방식도 다르고, 보안 설정도 다를 수 있어요.

그런데 서로 다른 형식의 데이터를 그대로 주고받으면?
→ 해석이 안 되거나, 깨진 정보가 전달될 수 있습니다.

그래서 필요한 게 바로,

서로 다른 시스템 간의 '데이터 형식'을 맞춰주는 통역사 역할입니다.

즉, 표현 계층은 데이터를 암호화하고, 압축하고, 형식을 변환해

양쪽 시스템이 이해할 수 있도록 도와주는 계층이에요.

주요 기능

암호화/복호화: 보안 연결을 위한 암호 처리 (ex: HTTPS)
데이터 포맷 변환: 서로 다른 인코딩(EBCDIC ↔ ASCII 등) 변환
압축/해제: 전송 속도를 높이기 위한 영상·문서 압축 및 해제

유튜브의 영상 데이터는 전송 효율을 위해 압축되어 전송되고, 우리 브라우저가 그걸 해석해서 화면에 보여주는 과정이 바로 이 계층에서 벌어져요.

예시:

유튜브 영상이 버벅이거나, 영상은 뜨는데 색이 이상하거나 깨진다?
→ 표현 계층에서 영상 포맷 해석이 실패했을 가능성이 있어요

📌6계층 요약
전송단위: 데이터(Data)
장비: 게이트웨이
역할: 데이터 암호화, 압축, 포맷 변환

7계층 - 응용 계층(Application Layer)

앞선 6계층까지는 데이터를 전송 가능한 형식으로 포장해서 준비했어요.

그럼 이제 마지막 단계는?

“사용자에게 보여주기”
“사용자가 뭔가 요청할 수 있게 하기”

즉, 응용 계층은 사용자와 네트워크가 만나는 지점,

우리가 실질적으로 '인터넷을 쓴다'고 느끼는 부분입니다.

우리가 유튜브 앱을 실행해 영상 요청을 보내는 순간, 바로 이 계층에서 작동을 시작합니다.

주요 역할

사용자 인터페이스 제공: 사용자가 요청/응답을 주고받을 수 있게 함
응용 서비스 지원: 웹, 이메일, 파일 전송 등 기능 실행
프로토콜 동작: HTTP, FTP, SMTP 등 실제 네트워크 규칙 수행
요청 생성 및 해석 : 예: "유튜브 영상 틀어줘!" → HTTP 요청으로 변환

브라우저, 유튜브 앱, 이메일 클라이언트 등은 응용 계층을 사용하는 도구일 뿐,

실제 통신은HTTP, FTP 같은 프로토콜이 수행합니다.

기능	사용되는 프로토콜
웹 접속	HTTP, HTTPS
파일 전송	FTP
이메일 송신	SMTP
이메일 수신	POP3, IMAP
원격 접속	Telnet

예시:

유튜브 앱을 켜고 ‘영상 추천 목록’을 클릭했어요.
그러자 화면이 멈추고, “서버에 연결할 수 없습니다.” 라는 오류가 떴습니다.
→ 앱은 열렸지만, 네트워크 요청을 처리하지 못한 상황 = 응용 계층 문제일 가능성 높습니다.

HTTP 요청 실패
로그인 토큰 만료
서버 인증 거절
API 응답 실패 등

📌7계층 요약
전송단위: 데이터(Data)
장비: 게이트웨이, 응용프로그램
역할: 사용자 인터페이스 제공, 응용 서비스 실행

정리하자면,

유튜브 영상이 내 화면에 재생되기까지,

OSI 7계층을 따라 데이터가 흐릅니다.

`7계층 – 응용 계층`
→ 유튜브 앱에서 영상 재생 버튼 클릭
`6계층 – 표현 계층`
→ 영상 데이터를 압축하고 암호화
`5계층 – 세션 계층`
→ 유튜브 서버와 세션(연결) 생성 및 유지
`4계층 – 전송 계층`
→ 데이터를 작게 나눠 전송하고, 오류/순서 보정
`3계층 – 네트워크 계층`
→ IP 주소 기반으로 유튜브 서버까지의 경로 탐색
`2계층 – 데이터 링크 계층`
→ MAC 주소 기반으로 가까운 라우터/스위치로 전송
`1계층 – 물리 계층`
→ 데이터를 전기 신호로 변환, 케이블 통해 전송

도착한 데이터는 1계층부터 다시 7계층까지 역순으로 올라오며 처리돼요.

마지막엔 브라우저나 앱 화면에 재생되는 영상으로 나타나죠.

참고

https://shlee0882.tistory.com/110

https://inpa.tistory.com/entry/WEB-🌐-OSI-7계층-정리

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