[Network] OSI 7계층과 예시

왜 OSI 7계층을 알아야 하는가

OSI(Open Systems Interconnection) 7계층 모델은 네트워크 통신을 이해하는 가장 기본적인 프레임워크입니다. 단순히 이론에 그치지 않고, 우리가 매일 사용하는 라우터, 스위치, 서버, 그리고 AWS, GCP 같은 클라우드 서비스가 모두 이 모델 위에서 동작합니다.

OSI 모델을 이해하면

• 네트워크 장애가 발생했을 때 어느 계층의 문제인지 파악할 수 있습니다

• 클라우드 아키텍처를 설계할 때 각 구성 요소의 역할을 명확히 이해할 수 있습니다

• 보안 정책을 수립할 때 어느 계층에서 방어해야 하는지 알 수 있습니다

이번 글에서는 OSI 7계층을 단계별로 살펴보고, 각 계층에 어떤 처리 기기나 클라우드가 사용되는 지 예시까지 알아보겠습니다.

OSI 7계층 개요

OSI 모델은 네트워크 통신 과정을 7개의 논리적 계층으로 나눈 표준 모델입니다. 각 계층은 특정한 역할을 담당하며, 상위 계층은 하위 계층의 서비스를 이용합니다. 물론 최근에는 TCP/IP 5계층 혹은 4계층을 더 적합한 모델로 보고있습니다.

계층별 상세 설명 + 관련 기기

1계층: 물리 계층 (Physical Layer)

역할: 데이터를 전기 신호, 광신호, 전파로 변환하여 물리적 매체를 통해 전송합니다.

관련 기기:

• 케이블: 이더넷 케이블(Cat5, 6, 7), 광케이블

• 허브(Hub): 들어온 신호를 모든 포트로 그대로 복사해서 전송

• 리피터(Repeater): 약해진 신호를 증폭, 광케이블 보급되며 안씀.

특징:

• 0과 1의 비트 스트림만 다룸

• 데이터의 의미는 전혀 모름

• 단순히 신호를 전달하는 역할만 수행

2계층: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

역할: 직접 연결된 두 노드 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당합니다. 프레임 단위로 데이터를 묶고, MAC 주소를 사용해 목적지를 식별합니다.

관련 기기:

• L2 스위치(Switch): MAC 주소를 학습하고, 해당 포트로만 데이터를 전송 (허브보다 지능적)

• 브리지(Bridge): 네트워크 세그먼트를 연결(옛날 허브 기반 네트워크에서 브로드캐스팅 범위 좁히기 목적)

• NIC(Network Interface Card): 각 장치에 고유한 MAC 주소 부여

핵심 개념:

• MAC 주소: 48비트 하드웨어 주소 (예: 00:1A:2B:3C:4D:5E)

• 프레임: 데이터를 포장한 단위

• 오류 검출: CRC(Cyclic Redundancy Check)를 통해 전송 오류 확인

예시: 집에 있는 스위치가 여러 기기(PC, TV, 프린터)를 연결할 때, 각 기기의 MAC 주소를 기억하고 해당 기기에만 데이터를 보냅니다.

3계층: 네트워크 계층 (Network Layer)

역할: 서로 다른 네트워크 간의 데이터 전송 경로를 결정합니다. IP 주소를 사용해 목적지를 식별하고 최적의 경로를 선택합니다.

관련 기기, 개념:

• 라우터(Router): 패킷의 IP 주소를 보고 최적 경로로 전송

• L3 스위치: 라우팅 기능이 추가된 스위치

• 방화벽: IP 기반 필터링 수행

핵심 프로토콜:

• IP(Internet Protocol): 주소 체계 (IPv4, IPv6)

• ICMP: Ping 명령어에서 사용 (연결 테스트)

• 라우팅 프로토콜: OSPF, BGP (경로 정보 교환)

예시:

• 집의 공유기(라우터)가 사설 IP(192.168.x.x)를 공인 IP로 변환(NAT)

• 인터넷으로 나가는 패킷이 여러 라우터를 거쳐 최종 목적지에 도달

4계층: 전송 계층 (Transport Layer)

역할: 종단 간(End-to-End) 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장합니다. 포트 번호로 애플리케이션을 구분합니다.

핵심 프로토콜:

TCP (Transmission Control Protocol):

• 연결 지향적 (3-way handshake)

• 신뢰성 보장 (재전송, 순서 보장)

• 흐름 제어 및 혼잡 제어

• 사용 예: 웹 브라우징(HTTP), 이메일(SMTP), 파일 전송(FTP)

UDP (User Datagram Protocol):

• 비연결형

• 빠르지만 신뢰성 없음

• 사용 예: 실시간 스트리밍, DNS, 온라인 게임

관련 개념:

• L4 스위치(로드 밸런서로 IP와 포트 기반으로 트래픽 분산, L7 스위치 보다는 제한적)

# Nginx 설정, L4 스위치 (stream 모듈 사용)stream {    upstream backend {        server 192.168.0.101:1935;        server 192.168.0.102:1935;    }    server {        listen 1935;        proxy_pass backend;    }}# Nginx 설정, L7 스위치http {    upstream backend {        server 192.168.0.101;        server 192.168.0.102;    }    server {        listen 80;        server_name example.com;        location /video/ {            proxy_pass http://backend;        }        location /image/ {            proxy_pass http://backend;        }    }}

관련 클라우드 서비스:

• NLB(Network Load Balancer, AWS)

예시: 넷플릭스를 볼 때 TCP로 영상 파일을 안정적으로 다운로드하고, Zoom 화상회의는 UDP로 실시간성을 우선합니다.

5계층: 세션 계층 (Session Layer)

역할: 애플리케이션 간의 연결(세션)을 설정, 유지, 종료합니다. 대화 제어와 동기화를 담당합니다.

주요 기능:

• 세션 설정 및 해제

• 체크포인트 설정 (중단 지점 기억)

• 동기화 (데이터 전송 중 오류 시 복구 지점)

관련 프로토콜:

• NetBIOS

• RPC (Remote Procedure Call)

• PPTP (VPN에서 사용)

예시: 앱에서 로그인 세션을 유지하거나, 파일 다운로드 중 연결이 끊겨도 이어받기가 가능한 것이 세션 계층의 역할입니다.

6계층: 표현 계층 (Presentation Layer)

역할: 데이터의 형식을 변환하고, 암호화/복호화, 압축/압축 해제를 수행합니다. 서로 다른 시스템 간 데이터 호환성을 보장합니다.

주요 기능:

• 인코딩/디코딩: ASCII, UTF-8, EBCDIC 변환

• 암호화/복호화: SSL/TLS (HTTPS의 S가 여기서 담당)

• 압축: JPEG, MPEG, GIF

• 데이터 표현 변환: JSON, XML, HTML

예시:

• HTTPS로 웹사이트에 접속할 때 SSL/TLS로 데이터를 암호화

• 이미지를 JPEG로 압축해서 전송

• 한글 인코딩(EUC-KR)을 UTF-8로 변환

7계층: 응용 계층 (Application Layer)

역할: 사용자와 직접 상호작용하는 계층입니다. 실제 애플리케이션에서 사용하는 프로토콜들이 여기에 속합니다.

주요 프로토콜:

• HTTP/HTTPS: 웹 브라우징

• FTP: 파일 전송

• SMTP/POP3/IMAP: 이메일

• DNS: 도메인 이름을 IP 주소로 변환

• SSH: 원격 서버 접속

관련 기기:

• L7 스위치 (로드 밸런서로 IP, 포트, HTTP 헤더, 쿠키, 헬스 체크 등을 기반으로 트래픽 분산)

관련 클라우드 서비스:

• ALB(Application Load Balancer, AWS)

관련 서비스:

• 웹 브라우저 (Chrome, Firefox)

• 이메일 클라이언트 (Outlook, Gmail)

• FTP 클라이언트 (FileZilla)

• API 게이트웨이

예시:

• 웹 브라우저 주소창에 "google.com"을 입력하면 DNS가 IP로 변환

• HTTP 프로토콜로 구글 서버와 통신

• 화면에 웹페이지가 렌더링

마무리

이제 OSI 7계층 모델을 통해서 각 계층별로 어떤 역할을 하는지 더 자세히 알게되었습니다. 실제로 클라우드 서비스를 통해 네트워크를 구축한다고 할 때에도 이 7계층 모델을 생각하고 어느 층에서 무엇을 적용하여 어떤 효과를 얻을지 잘 생각할 수 있어야 합니다. 예를 들면 DDOS 공격이 들어오는데 어느 계층에서 막는 것이 알맞을 지 판단하는데 중요한 근거가 될 수 있습니다.