OSI 7계층과 TCP/IP 4계층

📝 개념 정의

OSI 7계층 모델

**국제표준화기구(ISO)**에서 개발한 네트워크 통신의 표준 모델입니다.

목적:

네트워크 통신을 7개 계층으로 표준화
계층별 독립적인 역할 분담
문제 발생 시 원인 파악 용이
각 계층의 독립적 발전 가능

TCP/IP 4계층 모델

실무에서 실제로 사용되는 네트워크 프로토콜 모델입니다.

특징:

프로토콜 집합 기반으로 구성
데이터 전송에 특화
인터넷의 표준 프로토콜

🎯 OSI 7계층 상세

계층별 특징

| 계층 | 이름 | PDU | 주요 기능 | 프로토콜 예시 | |------|------|-----|-----------|---------------| | 7 | 응용 계층 (Application) | Data | 사용자와 직접 상호작용 응용 프로그램 통신 제어 | HTTP, SMTP, FTP, DNS | | 6 | 표현 계층 (Presentation) | Data | 데이터 형식 정의 암호화, 압축, 인코딩 | JPEG, PNG, SSL/TLS | | 5 | 세션 계층 (Session) | Data | 통신 세션 구성 동기화, 에러 복구 | SSH, TLS | | 4 | 전송 계층 (Transport) | Segment | 신뢰성 있는 데이터 전송 흐름 제어, 오류 제어 | TCP, UDP | | 3 | 네트워크 계층 (Network) | Packet | 경로 설정 (라우팅)
논리 주소 지정 | IP, ICMP, ARP | | 2 | 데이터 링크 계층 (Data Link) | Frame | 물리적 주소 지정 오류 감지 | MAC, Ethernet | | 1 | 물리 계층 (Physical) | Bit | 전기 신호 변환 비트 전송 | 케이블, 모뎀, 허브 |

계층별 상세 설명

7계층: 응용 계층 (Application Layer)

역할: 사용자와 직접 상호작용하는 계층
기능: 응용 프로그램의 정보 활용 및 통신 제어
예시: 웹 브라우저(HTTP), 이메일(SMTP), 파일 전송(FTP)

6계층: 표현 계층 (Presentation Layer)

역할: 데이터 형식 정의 및 변환
기능:
- 데이터 암호화/복호화
- 압축/압축 해제
- 문자 인코딩 변환 (ASCII, UTF-8 등)
예시: JPEG, PNG, MPEG, SSL/TLS

5계층: 세션 계층 (Session Layer)

역할: 통신 세션 관리
기능:
- 포트 번호 기반 세션 구성
- 상호작용 및 동기화 제공
- 연결 세션의 에러 복구
예시: SSH, TLS, NetBIOS

4계층: 전송 계층 (Transport Layer)

역할: 노드 간 신뢰성 있는 데이터 전송
기능:
- 패킷 재전송
- 흐름 제어 (Flow Control)
- 혼잡 제어 (Congestion Control)
- 오류 제어 (Error Control)
PDU: Segment
프로토콜: TCP (신뢰성), UDP (속도)

3계층: 네트워크 계층 (Network Layer)

역할: 경로 설정 및 논리 주소 지정
기능:
- 최적 경로 설정 (라우팅)
- 패킷 전송
- 논리 주소(IP 주소) 관리
PDU: Packet
프로토콜: IP, ICMP, ARP

2계층: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

역할: 물리적 주소 지정 및 오류 감지
기능:
- MAC 주소 기반 통신
- 프레임 헤더/트레일러 추가
- 전송 오류 감지
PDU: Frame
프로토콜: MAC, Ethernet, PPP

1계층: 물리 계층 (Physical Layer)

역할: 물리적 신호 전송
기능:
- 디지털 비트를 전기/무선/광 신호로 변환
- 노드 간 데이터 전송
PDU: Bit
장비: 케이블, 모뎀, 허브, 리피터

🔄 캡슐화와 역캡슐화

캡슐화 (Encapsulation)

데이터 전송 시 상위 계층 → 하위 계층으로 내려가며 각 계층의 헤더를 추가하는 과정

Application Layer:  [Data]
   ↓
Transport Layer:    [TCP Header | Data]
   ↓
Network Layer:      [IP Header | TCP Header | Data]
   ↓
Data Link Layer:    [Frame Header | IP Header | TCP Header | Data | Frame Trailer]
   ↓
Physical Layer:     01010101... (Bits)

역캡슐화 (Decapsulation)

데이터 수신 시 하위 계층 → 상위 계층으로 올라가며 각 계층의 헤더를 제거하는 과정

🆚 OSI 7계층 vs TCP/IP 4계층

TCP/IP 4계층 구조

| TCP/IP 계층 | OSI 계층 대응 | 주요 프로토콜 | |-------------|---------------|---------------| | 4. 응용 계층 | 5, 6, 7계층 | HTTP, FTP, SMTP, DNS | | 3. 전송 계층 | 4계층 | TCP, UDP | | 2. 인터넷 계층 | 3계층 | IP, ICMP, ARP | | 1. 네트워크 인터페이스 | 1, 2계층 | Ethernet, Wi-Fi |

공통점

✅ 계층 구조: 둘 다 계층별로 역할 분담 ✅ 캡슐화: 데이터 전송 시 헤더 추가 ✅ 프로토콜 사용: 각 계층에서 프로토콜 정의 ✅ 다중화/역다중화: 여러 애플리케이션 동시 통신

차이점

| 특성 | OSI 7계층 | TCP/IP 4계층 | |------|-----------|--------------| | 개발 목적 | 표준화 모델 | 실무 구현 | | 계층 수 | 7개 | 4개 | | 구성 기준 | 역할 기반 | 프로토콜 기반 | | 사용 | 학습 도구, 표준 | 실제 인터넷 통신 | | 유연성 | 이론적으로 완벽 | 실용적 |

💡 실무 적용 예시

웹 서버 소프트웨어 (Apache, Nginx)

동작 계층:

7계층 (Application): HTTP 프로토콜 처리
4계층 (Transport): TCP 연결 관리

라우팅 기능

L4 라우팅 (Transport Layer)

TCP/UDP 포트 정보 기반
예시: Nginx upstream 블록으로 포트별 로드 밸런싱

L7 라우팅 (Application Layer)

HTTP URI 기반
예시: 서브 도메인별 라우팅, 리버스 프록시

❓ 면접 질문 예시

Q1. OSI 7계층을 나누는 이유는?

답변: 통신 과정을 단계별로 파악할 수 있어 문제 발생 시 해당 계층만 확인하면 되므로 트러블슈팅이 용이합니다. 또한 각 계층이 독립적으로 발전할 수 있어, 마치 자동차 타이어를 교체하듯이 특정 계층의 프로토콜만 변경할 수 있습니다.

Q2. OSI 7계층과 TCP/IP 4계층의 차이는?

답변: OSI 7계층은 네트워크 통신의 표준화 모델로 역할 기반으로 7개 계층으로 구성되어 있습니다. TCP/IP 4계층은 실제 인터넷에서 사용되는 프로토콜 집합으로, 프로토콜 기반으로 4개 계층으로 구성됩니다. OSI는 학습 도구와 표준으로, TCP/IP는 실무 구현에 사용됩니다.

Q3. 각 계층의 PDU는?

답변:

물리 계층: Bit
데이터 링크 계층: Frame
네트워크 계층: Packet
전송 계층: Segment
응용 계층: Data

Q4. 웹 브라우저에서 웹 서버에 접속할 때 거치는 계층은?

답변:

응용 계층: HTTP 요청 생성
전송 계층: TCP 연결 수립 (3-way handshake)
네트워크 계층: IP 주소로 라우팅
데이터 링크 계층: MAC 주소로 프레임 전송
물리 계층: 전기 신호로 변환 및 전송

Q5. 캡슐화와 역캡슐화란?

답변: 캡슐화는 데이터 전송 시 상위 계층에서 하위 계층으로 내려가며 각 계층의 헤더를 추가하는 과정입니다. 역캡슐화는 데이터 수신 시 하위 계층에서 상위 계층으로 올라가며 각 계층의 헤더를 제거하는 과정입니다.

Q6. L4 스위치와 L7 스위치의 차이는?

답변: L4 스위치는 전송 계층에서 동작하여 TCP/UDP 포트 정보를 기반으로 트래픽을 분산합니다. L7 스위치는 응용 계층에서 동작하여 HTTP URI, 쿠키 등의 정보를 기반으로 더 정교한 트래픽 분산이 가능합니다.

📚 원본 참고 자료

출처 1: 2023-CS-Study

링크: network_osi_7_layer.md
내용: OSI 7계층 각 계층 설명, TCP/IP 4계층 비교

출처 2: backend-interview-question

파일: /Users/PARK/Desktop/MyBook/backend-interview-question/README.md (라인 201-220)
내용: OSI 7계층 면접 질문, 웹 서버 동작 계층

CS Wiki

OSI 7계층과 TCP/IP 4계층

OSI 7계층과 TCP/IP 4계층

📝 개념 정의

OSI 7계층 모델

TCP/IP 4계층 모델

🎯 OSI 7계층 상세

계층별 특징

계층별 상세 설명

7계층: 응용 계층 (Application Layer)

6계층: 표현 계층 (Presentation Layer)

5계층: 세션 계층 (Session Layer)

4계층: 전송 계층 (Transport Layer)

3계층: 네트워크 계층 (Network Layer)

2계층: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

1계층: 물리 계층 (Physical Layer)

🔄 캡슐화와 역캡슐화

캡슐화 (Encapsulation)

역캡슐화 (Decapsulation)

🆚 OSI 7계층 vs TCP/IP 4계층

TCP/IP 4계층 구조

공통점

차이점

💡 실무 적용 예시

웹 서버 소프트웨어 (Apache, Nginx)

라우팅 기능

L4 라우팅 (Transport Layer)

L7 라우팅 (Application Layer)

❓ 면접 질문 예시

Q1. OSI 7계층을 나누는 이유는?

Q2. OSI 7계층과 TCP/IP 4계층의 차이는?

Q3. 각 계층의 PDU는?

Q4. 웹 브라우저에서 웹 서버에 접속할 때 거치는 계층은?

Q5. 캡슐화와 역캡슐화란?

Q6. L4 스위치와 L7 스위치의 차이는?

📚 원본 참고 자료

출처 1: 2023-CS-Study

출처 2: backend-interview-question

추가 학습 자료

⬅️이 문서를 참조하는 문서