OSI 7계층과 TCP/IP 모델 개념 정리

컴퓨터공학

OSI 7계층과 TCP/IP 모델 개념 정리

nyambu 2025. 3. 8. 19:00

1. OSI 7계층이란?

OSI 7계층(Open Systems Interconnection Model)은 네트워크 통신이 어떻게 이루어지는지 단계별로 정리한 표준 모델이다. ISO(국제 표준화 기구)가 정의하였으며, 각 계층은 독립적으로 작동하여 데이터 전송을 효율적으로 수행하도록 설계되었다.

✅ OSI 7계층의 역할

네트워크에서 데이터가 전송되는 과정을 7개의 계층으로 나누어 설명
각 계층이 특정 기능을 담당하며 하위 계층의 기능을 활용하여 상위 계층을 지원
표준화된 통신 방식을 제공하여 다양한 네트워크 장비와 프로토콜이 호환 가능하도록 설계

📌 OSI 7계층 구조

계층	계층 이름	역할 및 기능	프로토콜 예시
7계층	응용 계층(Application Layer)	사용자와 네트워크를 연결하는 인터페이스 제공	HTTP, FTP, SMTP, DNS
6계층	표현 계층(Presentation Layer)	데이터 형식 변환 및 암호화	JPEG, PNG, SSL, TLS
5계층	세션 계층(Session Layer)	통신 세션 관리 및 동기화	NetBIOS, RPC
4계층	전송 계층(Transport Layer)	데이터의 신뢰성 보장, 흐름 제어, 오류 검출	TCP, UDP
3계층	네트워크 계층(Network Layer)	IP 주소 기반 데이터 라우팅 및 패킷 전달	IP, ICMP, ARP
2계층	데이터 링크 계층(Data Link Layer)	MAC 주소를 기반으로 프레임 전송	Ethernet, Wi-Fi, PPP
1계층	물리 계층(Physical Layer)	하드웨어 전송 매체를 통해 비트 전송	광케이블, UTP 케이블, 리피터

2. OSI 7계층 상세 설명

각 계층은 특정 기능을 담당하며, 계층 간 데이터는 캡슐화(Encapsulation) 과정을 통해 변환된다.

2-1. 1계층: 물리 계층 (Physical Layer)

✅ 역할:

데이터를 0과 1의 전기적 신호 또는 광신호로 변환하여 전송
실제 하드웨어 전송 매체(케이블, 라우터, 스위치 등)를 담당

✅ 프로토콜 및 장비:

LAN 케이블 (UTP, 광케이블, 동축 케이블)
리피터(Repeater), 허브(Hub)

📌 실생활 예시
📡 전파를 이용한 무선 통신(Wi-Fi, LTE, 5G)도 물리 계층에서 처리됨

2-2. 2계층: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

✅ 역할:

MAC 주소 기반으로 장치 간 데이터 전송
오류 검출 및 수정 (에러 체크 기능 포함)
프레임(Frame) 단위로 데이터 전송

✅ 프로토콜 및 장비:

이더넷(Ethernet), Wi-Fi, PPP(Point-to-Point Protocol)
스위치(Switch), 브릿지(Bridge)

📌 실생활 예시
📶 Wi-Fi 연결 시 MAC 주소를 기반으로 특정 장치에 인터넷을 제공하는 과정이 데이터 링크 계층에서 이루어짐

2-3. 3계층: 네트워크 계층 (Network Layer)

✅ 역할:

IP 주소를 사용하여 데이터를 목적지까지 전달
패킷(Packet) 단위로 데이터 전송
라우팅(Routing) 기능 제공 (최적의 경로 선택)

✅ 프로토콜 및 장비:

IP(IPv4, IPv6), ICMP, ARP, RIP, OSPF
라우터(Router), L3 스위치

📌 실생활 예시
🌍 인터넷에서 웹사이트에 접속할 때, 라우터가 최적의 경로를 찾아 데이터를 전달하는 과정이 네트워크 계층에서 수행됨

2-4. 4계층: 전송 계층 (Transport Layer)

✅ 역할:

데이터를 송신/수신하는 장치 간 신뢰성을 보장
흐름 제어(Flow Control), 오류 제어(Error Detection) 수행
TCP(신뢰성 보장), UDP(빠른 데이터 전송) 사용

✅ 프로토콜:

TCP (Transmission Control Protocol) → 연결 지향, 신뢰성 보장
UDP (User Datagram Protocol) → 빠른 데이터 전송, 신뢰성 낮음

📌 실생활 예시
📩 이메일 전송(TCP 사용) vs 온라인 게임(UDP 사용)

이메일은 데이터 손실 없이 정확한 전송이 중요 → TCP 사용
온라인 게임은 빠른 반응이 중요 → UDP 사용

2-5. 5계층: 세션 계층 (Session Layer)

✅ 역할:

통신 세션(Session) 생성, 유지, 종료 관리
데이터 동기화 및 체크포인트 설정

✅ 프로토콜:

NetBIOS, RPC (Remote Procedure Call)

📌 실생활 예시
🔄 온라인 화상 회의(Zoom, MS Teams)에서 연결이 유지되는 과정이 세션 계층에서 처리됨

2-6. 6계층: 표현 계층 (Presentation Layer)

✅ 역할:

데이터 암호화, 압축, 인코딩/디코딩 수행
서로 다른 시스템 간의 데이터 변환을 담당

✅ 프로토콜:

SSL/TLS (암호화), JPEG, MPEG, ASCII, Unicode

📌 실생활 예시
🔐 웹사이트 접속 시 HTTPS(SSL/TLS 암호화) 적용

2-7. 7계층: 응용 계층 (Application Layer)

✅ 역할:

사용자와 네트워크 간 인터페이스 제공
브라우저, 이메일, 파일 전송 기능 수행

✅ 프로토콜:

HTTP/HTTPS (웹 브라우징), FTP (파일 전송), SMTP (이메일 송수신), DNS (도메인 네임 변환)

📌 실생활 예시
🌐 인터넷에서 웹사이트 접속 (HTTP/HTTPS), 이메일 송수신(SMTP, POP3)

3. TCP/IP 4계층 모델과 OSI 7계층 비교

OSI 7계층은 네트워크 통신을 이론적으로 설명하기 위해 만들어진 표준 모델이지만, 실제로 인터넷에서 사용되는 프로토콜은 TCP/IP 4계층 모델을 기반으로 동작한다.
TCP/IP는 실용성을 고려하여 OSI 모델을 간소화한 형태이며, 현재 인터넷 및 네트워크 통신에서 가장 널리 사용되는 모델이다.

3-1. TCP/IP 4계층 모델 개요

TCP/IP 모델은 4개의 계층으로 구성되며, OSI 7계층의 기능을 일부 통합하여 단순화하였다.

📌 TCP/IP 4계층 구조

TCP/IP 계층	OSI 대응	계층주요 역할	프로토콜 예시
응용 계층 (Application Layer)	OSI 7, 6, 5계층 (응용, 표현, 세션)	사용자와 직접 상호작용하는 데이터 전송	HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, DNS
전송 계층 (Transport Layer)	OSI 4계층 (전송)	송신/수신 호스트 간 데이터 흐름 관리	TCP, UDP
인터넷 계층 (Internet Layer)	OSI 3계층 (네트워크)	패킷 라우팅 및 IP 주소 관리	IP, ICMP, ARP, RIP
네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface Layer)	OSI 2, 1계층 (데이터 링크, 물리)	실제 네트워크 장비를 통해 데이터 전송	이더넷, Wi-Fi, PPP

✅ TCP/IP 모델의 특징

OSI 모델보다 단순하고 실용적이며, 현재 인터넷 환경에서 가장 많이 사용됨
각 계층에서 독립적으로 작동하여 다른 프로토콜과도 유연하게 결합 가능
데이터 전송 속도와 신뢰성을 고려하여 TCP(연결 지향)과 UDP(비연결 지향) 사용 가능

3-2. OSI 7계층과 TCP/IP 4계층 비교

OSI 7계층과 TCP/IP 모델은 역할은 비슷하지만, TCP/IP 모델이 실무에서 더 많이 사용된다.

📌 OSI 7계층 vs TCP/IP 4계층 비교

OSI 7계층	TCP/IP 4계층	설명
7. 응용 계층 (Application)	응용 계층 (Application)	사용자와 상호작용하며 데이터를 송수신
6. 표현 계층 (Presentation)	응용 계층 (Application)	데이터 포맷 변환 및 암호화 수행
5. 세션 계층 (Session)	응용 계층 (Application)	세션(연결) 설정 및 유지 관리
4. 전송 계층 (Transport)	전송 계층 (Transport)	TCP/UDP를 이용한 신뢰성 있는 데이터 전송
3. 네트워크 계층 (Network)	인터넷 계층 (Internet)	IP 주소를 기반으로 데이터 라우팅
2. 데이터 링크 계층 (Data Link)	네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface)	MAC 주소를 기반으로 데이터 전송
1. 물리 계층 (Physical)	네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface)	실제 하드웨어를 통해 데이터 전송

📌 OSI vs TCP/IP 차이점

✅ 1) OSI 모델은 개념적, TCP/IP 모델은 실제 사용되는 표준

OSI 모델은 네트워크 통신의 개념을 이해하기 위한 이론적인 모델
TCP/IP 모델은 실제로 인터넷에서 사용되는 프로토콜을 정의

✅ 2) 계층 구조의 차이

OSI 모델은 7계층으로 상세하게 나누어져 있음
TCP/IP 모델은 4계층으로 단순화되어 실용적으로 설계됨

✅ 3) 세션 및 표현 계층의 차이

OSI 모델은 세션 계층(Session)과 표현 계층(Presentation)이 독립적으로 존재
TCP/IP 모델에서는 이 두 계층이 응용 계층(Application Layer)과 통합됨

✅ 4) 데이터 전송 방식의 차이

OSI 모델은 이론적으로 계층 간 통신 방식을 설명
TCP/IP 모델은 패킷(Packet) 전송 방식을 실제로 구현하는 데 초점을 맞춤

4. TCP/IP 4계층 상세 설명

4-1. 네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface Layer)

✅ 역할

물리적인 네트워크 장비(이더넷, Wi-Fi, 광케이블)를 이용하여 데이터 전송
데이터 링크 계층과 물리 계층의 기능을 담당

✅ 프로토콜 및 장비

Ethernet(이더넷), Wi-Fi, PPP(Point-to-Point Protocol)
라우터(Router), 스위치(Switch), 허브(Hub)

📌 실생활 예시
와이파이(Wi-Fi) 연결 시, 신호를 통해 인터넷에 접속하는 과정이 네트워크 인터페이스 계층에서 처리됨

4-2. 인터넷 계층 (Internet Layer)

✅ 역할

IP 주소를 기반으로 데이터를 목적지까지 전달 (라우팅)
네트워크 간 연결 및 데이터 패킷의 최적 경로 선택

✅ 프로토콜

IP(IPv4, IPv6), ICMP(네트워크 오류 감지), ARP(주소 변환)

📌 실생활 예시
🌍 인터넷에서 웹사이트에 접속할 때, 라우터가 IP 주소를 이용해 최적 경로를 찾아 패킷을 전달하는 과정이 인터넷 계층에서 수행됨

4-3. 전송 계층 (Transport Layer)

✅ 역할

송신/수신 호스트 간 데이터 흐름을 제어하고 신뢰성을 보장
TCP와 UDP를 사용하여 연결 방식 결정

✅ 프로토콜

TCP (Transmission Control Protocol) → 연결 지향, 신뢰성 보장
UDP (User Datagram Protocol) → 빠른 전송, 신뢰성 낮음

📌 실생활 예시
📩 이메일 전송(TCP 사용) vs 온라인 게임(UDP 사용)

이메일은 데이터 손실 없이 정확한 전송이 중요 → TCP 사용
온라인 게임은 빠른 반응이 중요 → UDP 사용

4-4. 응용 계층 (Application Layer)

✅ 역할

사용자와 직접 상호작용하며 데이터를 송수신
다양한 애플리케이션 서비스 제공

✅ 프로토콜

HTTP/HTTPS (웹 브라우징), FTP (파일 전송), SMTP (이메일 송수신), DNS (도메인 네임 변환)

📌 실생활 예시
🌐 인터넷에서 웹사이트 접속 (HTTP/HTTPS), 이메일 송수신(SMTP, POP3)

5. TCP/IP 4계층의 장점과 한계

✅ TCP/IP 4계층 모델의 장점

1️⃣ 실제 인터넷 프로토콜과 호환 → OSI 7계층보다 실용적이며, 현재 대부분의 네트워크 시스템에서 사용됨
2️⃣ 유연성과 확장성 → 계층 구조가 단순하여 새로운 프로토콜을 쉽게 추가할 수 있음
3️⃣ 인터넷과 네트워크 전반에서 표준화된 방식 → 전 세계적으로 통용되는 인터넷 프로토콜 기반

✅ TCP/IP 4계층 모델의 한계

1️⃣ 이론적 설명이 부족 → OSI 7계층보다 계층 간 역할이 분명하지 않음
2️⃣ 보안 기능 부족 → TCP/IP 자체적으로 보안 기능이 없으며, 별도의 암호화 프로토콜(SSL/TLS) 필요