1. OSI 참조 모델
1) OSI 7계층 모델의 개념
OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 네트워크 통신을 7개의 계층으로 나누어 설계된 개념적인 모델이다. 각 계층은 특정한 역할을 수행하며, 계층 간에는 정해진 인터페이스를 통해 데이터를 주고받는다.
(1) 주요 용어 정의
- 계층 n 프로토콜: 같은 계층(n계층)에 있는 장치들끼리 데이터를 주고받을 때 사용하는 통신 규칙.
- 동료 프로세스(Peer Process): 네트워크 양단에서 동일 계층에서 실행되는 프로세스.
- 인터페이스(Interface): 상위 계층과 하위 계층 간의 연결 방식.
- 서비스(Service): 하위 계층이 상위 계층에 제공하는 기능.
(2) 데이터 흐름과 헤더 정보
- 송신 측: 데이터를 전송할 때, 각 계층에서 헤더(Header)를 추가하여 하위 계층으로 전달.
- 수신 측: 데이터를 받을 때, 각 계층에서 헤더를 제거하면서 상위 계층으로 전달.
- 이를 캡슐화(Encapsulation) 및 역캡슐화(Decapsulation) 과정이라고 한다.
(3) OSI 7계층의 중개 기능
OSI 모델에서는 네트워크 경로를 설정하고 데이터를 전달하는 기능이 포함된다.
- 라우팅(Routing): 네트워크 계층에서 최적의 데이터 경로를 결정하는 기능.
- 데이터 전송 및 오류 제어: 데이터 링크 계층에서 오류 검출 및 수정 기능을 수행.
2) OSI 7계층별 기능
각 계층은 특정한 역할을 담당하며, 계층 간 협력을 통해 안정적인 네트워크 통신이 가능하다.
계층 번호 계층 이름 주요 기능
| 7 | 응용 계층(Application) | 최종 사용자와 직접 상호작용 (HTTP, FTP, SMTP) |
| 6 | 표현 계층(Presentation) | 데이터 변환, 암호화, 압축 (JPEG, ASCII, SSL) |
| 5 | 세션 계층(Session) | 연결 설정 및 유지 (RPC, NetBIOS) |
| 4 | 전송 계층(Transport) | 신뢰성 있는 데이터 전송 (TCP, UDP) |
| 3 | 네트워크 계층(Network) | IP 주소 지정 및 경로 설정 (IP, ICMP, ARP) |
| 2 | 데이터 링크 계층(Data Link) | 프레임 전송 및 오류 제어 (MAC, Ethernet) |
| 1 | 물리 계층(Physical) | 실제 신호 전송 (UTP, 광케이블) |
OSI 모델은 시스템 공간(1~4계층)과 사용자 공간(5~7계층) 으로 나뉘며, 하위 계층이 상위 계층에 서비스를 제공하는 구조로 동작한다.
2. TCP/IP 모델
TCP/IP 모델은 실제 인터넷에서 사용되는 실용적인 네트워크 모델로, OSI 모델보다 간결하게 4계층으로 구성된다.
1) TCP/IP 계층 구조
OSI 모델과 달리 TCP/IP 모델은 계층을 합쳐 4개의 계층으로 구성된다.
TCP/IP 계층 OSI 계층 대응 주요 프로토콜
| 응용 계층 (Application) | 응용, 표현, 세션 계층 (7~5) | HTTP, FTP, SMTP, DNS |
| 전송 계층 (Transport) | 전송 계층 (4) | TCP(연결형), UDP(비연결형) |
| 인터넷 계층 (Internet) | 네트워크 계층 (3) | IP, ICMP, ARP |
| 네트워크 액세스 계층 (Network Access) | 데이터 링크, 물리 계층 (2~1) | 이더넷, Wi-Fi |
2) TCP와 UDP의 차이
- TCP(Transmission Control Protocol)
- 연결형 서비스 제공 (3-way handshake를 통한 연결 설정).
- 데이터의 신뢰성 보장 (패킷 손실 시 재전송).
- 웹 브라우징, 이메일, 파일 전송 등 신뢰성이 중요한 서비스에 사용됨.
- UDP(User Datagram Protocol)
- 비연결형 서비스 제공 (별도의 연결 설정 과정 없음).
- 빠른 전송이 가능하지만 데이터 손실 발생 가능.
- 실시간 스트리밍, 온라인 게임, VoIP 등 지연 시간이 중요한 서비스에 사용됨.
3) TCP/IP 모델의 주요 프로토콜
(1) ARP(Address Resolution Protocol)와 RARP(Reverse ARP)
- ARP: 네트워크에서 IP 주소를 물리 주소(MAC 주소)로 변환하는 프로토콜.
- 예: 호스트가 특정 IP 주소로 패킷을 전송하려면 해당 IP에 해당하는 MAC 주소를 알아야 함.
- 이를 위해 ARP 요청을 보내고, 해당 호스트가 응답하면 MAC 주소를 획득.
- RARP: ARP와 반대로 물리 주소(MAC 주소)를 IP 주소로 변환하는 프로토콜.
- IP 주소가 없는 장치(예: 디스크 없는 워크스테이션)가 부팅 시 IP를 할당받을 때 사용됨.
(2) ICMP(Internet Control Message Protocol)
- 네트워크에서 오류 메시지를 전달하는 프로토콜.
- 주로 핑(Ping) 명령에 사용되며, 패킷이 정상적으로 전송되지 않았을 경우 오류 정보를 제공.
- 주요 기능:
- Echo Request / Reply: 연결 확인 (Ping 테스트).
- Destination Unreachable: 목적지 도달 불가.
- Time Exceeded: TTL(Time to Live) 초과로 패킷 폐기.
- Redirect: 더 나은 경로로 변경 요청.
3. OSI 모델 vs TCP/IP 모델 비교
비교 항목 OSI 모델 TCP/IP 모델
| 계층 수 | 7계층 | 4계층 |
| 개념적 모델 | 이론적인 참조 모델 | 실질적인 구현 모델 |
| 설계 기반 | 독립적인 계층 설계 | 인터넷 프로토콜 기반 |
| 사용 프로토콜 | 다양한 프로토콜 포함 | TCP, UDP, IP 등 인터넷 표준 프로토콜 중심 |
| 활용 | 네트워크 개념 학습 및 연구 목적 | 실제 인터넷 및 네트워크 구현 |
4. 정리 및 요약
- OSI 7계층 모델은 네트워크 통신을 7개의 계층으로 나누어 각각의 역할을 수행하며, 시스템 공간(계층 1~4)과 사용자 공간(계층 5~7) 으로 구성된다.
- TCP/IP 모델은 실제 인터넷에서 사용되는 네트워크 모델로, 4계층 구조를 가진다.
- ARP와 RARP는 IP와 MAC 주소 변환에 사용되며, ICMP는 네트워크 오류 메시지를 전달하는 역할을 한다.