OSI 7계층

OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 네트워크 통신 과정을 일곱 개의 계층으로 나눈 참조 모델이다. 계층마다 맡은 일이 정해져 있어, 문제가 생기면 어느 계층의 문제인지 좁혀 갈 수 있고 각 계층을 독립적으로 바꿀 수 있다.

1970년대에는 컴퓨터 제조사마다 자기만의 네트워크 구조를 내놓아 다른 회사 장비끼리는 연결되지 않았다. ISO가 이 폐쇄성을 풀려고 「이런 모양으로 만들라」는 기준(참조 모델)으로 정한 것이 OSI다.

외우는 순서: 물-데-네-전-세-표-응 (아래에서 위로)

계층별 정리

계층	이름	역할	대표 프로토콜·장비
7	응용 (Application)	사용자 응용 서비스와 연결, 정보 교환	HTTP, DNS, SMTP, FTP
6	표현 (Presentation)	데이터 형식 변환, 암호화·복호화, 압축	JPEG, MPEG, SSL/TLS 일부
5	세션 (Session)	연결 접속 유지, 동기화 제어	RPC, NetBIOS
4	전송 (Transport)	프로세스 간 전달, 분할·재조립, 흐름·혼잡·오류 제어	TCP, UDP
3	네트워크 (Network)	노드 간 전달, 최적 경로 설정(라우팅)	IP, ICMP, ARP, 라우터
2	데이터 링크 (Data Link)	인접 노드 간 전송, 오류·흐름 제어	이더넷, HDLC, 스위치
1	물리 (Physical)	비트를 전기·광 신호로 변환, 기계적·전기적 특성 정의	RS-232C, 케이블, 허브

ARP는 IP 주소와 MAC 주소를 잇는 프로토콜이라 2계층과 3계층 사이에 걸쳐 있다고 설명하기도 한다.

각 계층은 어디에 구현되나

계층	구현 위치
1 물리	NIC의 PHY 칩. 인코더·디코더가 함수가 아니라 회로다
2 데이터 링크	NIC(랜카드)와 그 드라이버
3 네트워크, 4 전송	운영체제 커널의 네트워크 스택(소프트웨어)
5~7	애플리케이션과 라이브러리(브라우저, TLS 라이브러리 등)

그래서 4계층 이하는 OS가 소켓 API로 제공하고, 애플리케이션은 그 위에서 HTTP 같은 응용 프로토콜만 다룬다. 커널 안의 흐름은 네트워크 기초의 「데이터가 커널과 NIC를 지나는 길」에 있다.

계층별로 기억할 포인트

물리 계층: 데이터의 의미는 모르고 0과 1을 신호로 바꿔 보내기만 한다.
데이터 링크 계층: 물리적으로 직접 연결된 두 노드 사이의 신뢰성 있는 전송을 맡는다(MAC 주소 사용).
네트워크 계층: 여러 네트워크를 거쳐 목적지 호스트까지 가는 경로를 결정한다(IP 주소 사용).
전송 계층: 호스트 안의 어느 프로세스에게 줄지 포트 번호로 구분하고, TCP라면 신뢰성을 보장한다.
세션 계층: 연결의 수립·유지·종료와 대화 방식(전이중·반이중·단방향)을 정하고, 긴 전송 중간에 동기점을 두어 끊기면 그 지점부터 다시 잇는다.
표현 계층: 응용이 이해하도록 데이터 형식을 맞춘다. 문자 인코딩(ASCII·UTF-8), 이미지·영상 형식(JPEG·GIF·MPEG), 압축, 암호화가 여기 속한다.
세션·표현·응용 계층: 실제 인터넷(TCP/IP 모델)에서는 보통 하나의 응용 계층으로 묶어서 다룬다.

계층별 자세한 내용: 2계층과 캡슐화는 네트워크 기초, IP·ARP·ICMP는 네트워크 계층, 4계층(TCP·UDP)은 전송 계층, 응용 계층은 HTTP

OSI 모델과 TCP/IP 모델

항목	OSI 7계층	TCP/IP 4계층
성격	ISO 표준 참조 모델. 통신 전반을 역할 기준으로 논리적으로 나눈다	실제 인터넷이 쓰는 프로토콜 묶음. 구현 기준으로 나눈다
표준의 종류	법률 표준(de jure): 공인 기구가 합의 절차로 제정	사실 표준(de facto): 공인 전에 널리 쓰여 표준이 됐다(이후 IETF RFC로 정리)
응용	응용 + 표현 + 세션 (7·6·5)	응용 계층 하나
전송	전송 (4)	전송 계층
네트워크	네트워크 (3)	인터넷 계층
링크	데이터 링크 + 물리 (2·1)	네트워크 접근(인터페이스) 계층

OSI는 전 세계 합의가 필요해 표준화가 더뎠다. 그사이 ARPANET에서 자란 TCP/IP가 1980년대 UNIX(BSD)에 기본 탑재되어 널리 퍼졌고, 1990년대 WWW가 사용량을 폭발시키면서 실제 인터넷은 TCP/IP로 굳었다. OSI는 프로토콜이 아니라 설명하는 말로 남았다.

둘 다 계층마다 역할을 정하고 아래 계층의 서비스를 위 계층이 쓰는 구조다. 문제를 진단할 때는 OSI 번호로 말하고("L4 로드 밸런서", "L2 스위치"), 구현은 TCP/IP 모델을 따른다.

캡슐화와 계층별 PDU

보낼 때 상위 계층에서 하위 계층으로 내려가며 헤더를 붙이고(캡슐화), 받을 때 아래부터 벗긴다(디캡슐화). 계층마다 데이터 단위(PDU, Protocol Data Unit)의 이름이 다르다.

계층	구성	PDU
응용	데이터	메시지
4 전송	TCP + 데이터	세그먼트 (UDP는 데이터그램)
3 네트워크	IP + TCP + 데이터	패킷
2 데이터 링크	Ethernet + IP + TCP + 데이터 + FCS	프레임
1 물리	신호	비트

이웃한 두 계층 사이에서는 같은 덩어리를 부르는 이름이 바뀐다. 위 계층(N+1)이 내려준 PDU는 N 계층에게 내용을 모르는 짐인 SDU(Service Data Unit)이고, N 계층이 여기에 자기 제어 정보 PCI(Protocol Control Information, 곧 헤더·트레일러)를 붙이면 N 계층의 PDU가 된다. 그래서 N-PDU = N-PCI + N-SDU이고, 하위 계층은 SDU 안이 어떻게 생겼는지 모른 채 통째로 나른다. 받는 쪽의 같은 계층만 그 PCI를 읽고 떼어 낸다.

HTTP 요청 하나가 장치 A에서 B로 가는 과정은 다음과 같다.

flowchart LR
    subgraph A["장치 A (캡슐화)"]
        direction TB
        a7["응용<br/>[HTTP 헤더|데이터]"] --> a4["전송 (포트·순서 번호)<br/>[TCP 헤더|HTTP|데이터]"]
        a4 --> a3["네트워크 (IP 주소)<br/>[IP 헤더|TCP|HTTP|데이터]"]
        a3 --> a2["데이터 링크 (MAC 주소)<br/>[MAC 헤더|IP|TCP|HTTP|데이터|FCS]"]
        a2 --> a1["물리<br/>010110..."]
    end
    subgraph Bd["장치 B (디캡슐화)"]
        direction BT
        b1["물리<br/>비트 수신"] --> b2["데이터 링크<br/>MAC 헤더 제거"]
        b2 --> b3["네트워크<br/>IP 헤더 제거"]
        b3 --> b4["전송<br/>TCP 헤더 제거"]
        b4 --> b7["응용<br/>HTTP 헤더를 읽고 데이터 전달"]
    end
    a1 -->|"전송"| b1

계층을 나누는 이유는 각 계층이 자기 헤더만 보고 일하게 하기 위해서다. 라우터는 IP 헤더만 보고 경로를 정하고, 그 안의 TCP 세그먼트나 HTTP 메시지가 무슨 뜻인지 알 필요가 없다. 그래서 한 계층의 기술(예: 유선 이더넷 → 와이파이)을 바꿔도 다른 계층은 그대로 쓴다.

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