[네트워크] 네트워크 참조 모델: OSI 모델과 TCP/IP 모델

네트워크 참조 모델

 

네트워크 통신은 단순히 데이터를 한 번에 보내는 과정이 아니다.

 

하나의 메시지가 상대방에게 전달되기까지 여러 단계의 처리가 필요하다.  

이 과정을 이해할 때 택배를 보내는 상황을 떠올리면 쉽다.

 

택배로 책을 보내는 과정

멀리 떨어진 영수에게 책을 택배로 보낸다고 하자.

책을 보내는 과정은 다음과 같다.

 

1. 선물할 책을 준비한다.
2. 책이 상하지 않도록 포장한다.
3. 포장된 책을 택배 상자에 담는다.
4. 택배 상자를 밀봉한다.
5. 택배 기사가 확인할 송장을 상자에 붙인다.
6. 택배 상자를 택배 기사에게 전달한다.

 

여기서 책은 실제로 보내고 싶은 내용이다.
네트워크로 보면 페이로드에 해당한다.

 

책을 포장하고 상자에 넣고 송장을 붙이는 과정은, 데이터를 전송하기 위해 필요한 부가 정보를 붙이는 과정과 비슷하다.

 

영수가 택배를 받는 과정은 반대로 진행된다.

1. 택배 상자를 전달받는다.
2. 송장을 확인한다.
3. 상자를 연다.
4. 포장을 제거한다.
5. 책을 꺼낸다.
6. 책의 내용을 확인한다.

 

보내는 쪽에서는 책을 여러 단계로 감싸서 보내고, 받는 쪽에서는 그 단계를 하나씩 벗겨내며 원래 내용을 확인한다.

 

네트워크 통신도 이와 비슷하다.

 

송신 측에서는 데이터를 여러 계층을 거치며 포장하고, 수신 측에서는 계층을 거꾸로 거치며 데이터를 해석한다.

 

 

네트워크 참조 모델

네트워크 통신 과정에는 정형화된 여러 단계가 있다.

이 단계들을 계층적으로 나누어 표현한 구조를 네트워크 참조 모델이라고 한다.

 

각 계층은 자신만의 역할을 가진다.
한 계층은 아래 계층의 기능을 이용하고, 위 계층에 서비스를 제공한다.

 

택배 과정에서도 포장, 상자 넣기, 송장 붙이기, 배송 같은 단계가 나뉘어 있듯이, 네트워크 통신도 여러 계층으로 나누어 볼 수 있다.

 

 

통신 과정을 계층으로 나누는 이유

네트워크 통신을 계층으로 나누는 이유는 크게 두 가지이다.

 

1. 네트워크 구성과 설계가 쉬워진다

각 계층의 역할이 명확하면, 계층별 목적에 맞게 프로토콜과 장비를 구성할 수 있다.

 

예를 들어 어떤 계층은 전기 신호나 비트 전송을 담당하고, 어떤 계층은 IP 주소를 이용해 목적지까지 경로를 찾는다.
또 다른 계층은 응용 프로그램이 사용하는 웹, 메일 같은 서비스를 담당한다.

 

이처럼 역할이 나뉘어 있으면 네트워크를 설계하기가 쉬워진다.

 

2. 문제 진단과 해결이 쉬워진다

네트워크 문제가 발생했을 때도 계층 구조는 도움이 된다.

 

예를 들어 인터넷이 안 된다고 하자.
이때 문제 원인이 랜 케이블인지, IP 설정인지, DNS 문제인지, 웹 브라우저 문제인지 확인해야 한다.

 

계층 구조를 알면 어느 계층에서 문제가 발생했는지 좁혀갈 수 있다.

계층별로 확인하면 문제를 더 체계적으로 진단할 수 있다.

 

 

대표적인 네트워크 참조 모델

대표적인 네트워크 참조 모델에는 두 가지가 있다.

OSI 모델
TCP/IP 모델

 

OSI 모델은 흔히 OSI 7계층이라고 부른다.
TCP/IP 모델은 TCP/IP 4계층, 인터넷 프로토콜 스위트, TCP/IP 프로토콜 스택이라고도 부른다.

OSI 모델은 네트워크 통신을 이론적으로 이해하는 데 유용하고, TCP/IP 모델은 실제 인터넷 구현에 더 가깝다.

 

 

OSI 모델

OSI 모델은 국제표준화기구 ISO에서 만든 네트워크 참조 모델이다.

OSI 모델은 네트워크 통신 과정을 7개의 계층으로 나눈다.

 

7계층 응용 계층
6계층 표현 계층
5계층 세션 계층
4계층 전송 계층
3계층 네트워크 계층
2계층 데이터 링크 계층
1계층 물리 계층

 

 

보낼 때는 보통 응용 계층에서 시작해 물리 계층 방향으로 내려가고, 받을 때는 물리 계층에서 시작해 응용 계층 방향으로 올라간다.

 

1계층: 물리 계층

물리 계층(Physical Layer)은 가장 기본적인 통신이 이루어지는 계층이다.

 

컴퓨터의 비트 신호를 실제 통신 매체를 통해 주고받는 역할을 한다.

 

여기서 다루는 것은 0과 1의 비트이다.
이 비트를 전기 신호, 빛 신호, 전파 신호 등으로 바꾸어 전송한다.

 

랜 케이블, 광섬유, 무선 신호 같은 물리적인 전송 매체와 관련이 깊다.

 

2계층: 데이터 링크 계층

데이터 링크 계층(Data Link Layer)은 같은 네트워크 안의 주변 장치끼리 정보를 올바르게 주고받도록 돕는 계층이다.

 

이 계층에서는 오류가 있는지 확인하거나, 같은 네트워크 안에서 어떤 장치에게 데이터를 보낼지 판단한다.

MAC 주소가 사용되는 계층이기도 하다.

 

물리 계층과 데이터 링크 계층은 LAN과 관련이 깊다.
같은 LAN 안에서 장치들이 데이터를 주고받는 데 필요한 기능을 담당한다.

 

3계층: 네트워크 계층

네트워크 계층(Network Layer)은 메시지를 다른 네트워크에 속한 수신지까지 전달하는 계층이다.

LAN 내부 통신을 넘어, 서로 다른 네트워크 사이에서 데이터를 주고받으려면 네트워크 계층이 필요하다.

 

이 계층에서는 IP 주소와 라우팅이 중요하다.

라우팅은 패킷이 목적지까지 가기 위해 어떤 경로를 지나야 할지 결정하는 과정이다.

 

4계층: 전송 계층

전송 계층(Transport Layer)은 송신지와 수신지 사이의 전송을 관리하는 계층이다.

특히 신뢰성 있고 안정적인 전송이 필요할 때 중요한 역할을 한다.

 

예를 들어 데이터가 중간에 손실되었는지 확인하거나, 순서가 뒤바뀐 데이터를 다시 정렬하거나, 필요한 경우 재전송을 요청할 수 있다.

TCP는 신뢰성 있는 전송을 제공하는 대표적인 프로토콜이고, UDP는 상대적으로 단순하고 빠른 전송을 제공한다.

 

5계층: 세션 계층

세션 계층(Session Layer)은 통신을 주고받는 호스트의 응용 프로그램 간 연결 상태를 관리하는 계층이다.

 

여기서 세션은 통신을 주고받는 응용 프로그램 사이의 연결 상태를 의미한다.

예를 들어 두 응용 프로그램이 통신을 시작하고, 유지하고, 종료하는 흐름을 관리하는 역할을 한다.

 

6계층: 표현 계층

표현 계층(Presentation Layer)은 데이터 표현 방식을 변환하는 계층이다.

문자를 컴퓨터가 이해할 수 있는 코드로 바꾸거나, 반대로 컴퓨터가 받은 데이터를 사람이 이해할 수 있는 형태로 바꾼다.

인코딩, 압축, 암호화 같은 작업도 표현 계층과 관련된다.

 

7계층: 응용 계층

응용 계층(Application Layer)은 사용자와 가장 가까운 계층이다.

사용자나 응용 프로그램이 네트워크 서비스를 사용할 수 있도록 돕는다.

웹 브라우저, 이메일 프로그램, 파일 전송 프로그램 등이 사용하는 다양한 프로토콜이 이 계층에 속한다.

 

웹 페이지를 주고받을 때 사용하는 HTTP, 파일 전송에 사용되는 FTP, 이메일 전송에 사용되는 SMTP 등이 응용 계층의 대표적인 프로토콜이다.

 

TCP/IP 모델

TCP/IP 모델은 실제 인터넷에서 널리 사용되는 네트워크 모델이다.

TCP/IP 4계층, 인터넷 프로토콜 스위트, TCP/IP 프로토콜 스택이라고도 부른다.

 

여기서 프로토콜 스위트 또는 프로토콜 스택은 함께 사용되는 프로토콜 묶음을 의미한다.

TCP/IP라는 이름은 TCP와 IP가 이 모델에서 중요한 역할을 하는 대표 프로토콜이기 때문에 붙었다.

 

OSI 모델이 이론적 설명에 강하다면, TCP/IP 모델은 실제 구현에 더 가깝다.

 

TCP/IP 모델은 보통 4개의 계층으로 나눈다.

4계층 응용 계층
3계층 전송 계층
2계층 인터넷 계층
1계층 네트워크 액세스 계층

 

1계층: 네트워크 액세스 계층

네트워크 액세스 계층(Network Access Layer)은 OSI 모델의 데이터 링크 계층과 유사하다.

링크 계층 또는 네트워크 인터페이스 계층이라고도 부른다.

 

같은 네트워크 안에서 데이터를 주고받기 위한 기능을 담당한다.

 

TCP/IP 모델에서는 OSI의 물리 계층을 별도로 엄격하게 분리하지 않는 경우가 많다.
실제 네트워크 인터페이스와 링크 기술을 묶어서 다루는 편이다.

 

2계층: 인터넷 계층

인터넷 계층(Internet Layer)은 OSI 모델의 네트워크 계층과 유사하다.

서로 다른 네트워크 사이에서 패킷을 목적지까지 전달하는 역할을 한다.

대표적인 프로토콜은 IP이다.

 

3계층: 전송 계층

TCP/IP 모델의 전송 계층은 OSI 모델의 전송 계층과 유사하다.

송신지와 수신지 사이의 데이터 전송을 관리한다.

대표적인 프로토콜은 TCP와 UDP이다.

 

4계층: 응용 계층

TCP/IP 모델의 응용 계층은 OSI 모델의 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층의 역할을 포함한다고 볼 수 있다.

사용자와 응용 프로그램이 네트워크 서비스를 사용할 수 있도록 한다.

 

TCP/IP 모델은 OSI 모델보다 계층 수가 적고, 실제 인터넷에서 사용되는 프로토콜 중심으로 구성되어 있다.

 

 

OSI 모델과 TCP/IP 모델 비교

OSI 모델은 7계층으로 나뉘고, TCP/IP 모델은 4계층으로 나뉜다.

두 모델은 완전히 같은 구조는 아니지만, 대략 다음과 같이 대응해서 볼 수 있다.

 

 

OSI 모델은 네트워크 통신 과정을 공부하기 좋게 세분화한 모델이다.
TCP/IP 모델은 실제 인터넷에서 사용되는 프로토콜 구조를 더 잘 반영한 모델이다.