OSI 7계층 모델 — 네트워크를 7개의 층으로 나누다

ISO가 1984년 발표한 OSI 7계층 모델. 각 계층이 왜 존재하는지, 어떤 역할을 맡는지, 그리고 현실에서 어떻게 활용되는지 설명한다.

Seobway · · 13분

왜 계층 모델이 필요한가

1970년대 초, 네트워크 장비들은 제조사마다 독자적인 프로토콜을 사용했다.
IBM 장비는 IBM끼리만, DEC 장비는 DEC끼리만 통신할 수 있었다.

이 호환성 문제를 해결하기 위해 ISO(국제 표준화 기구)는 1977년부터
"서로 다른 시스템이 어떻게 통신해야 하는가"에 대한 범용 표준을 만들기 시작했다.

그 결과가 OSI(Open Systems Interconnection) 모델이다.
1984년 ISO/IEC 7498-1로 국제 표준이 됐다.[1]

OSI 모델은 통신 기능을 7개의 계층으로 분리했다.
핵심 원칙은 각 계층이 위아래 계층에만 인터페이스를 제공하고, 내부 구현은 독립적으로 바꿀 수 있어야 한다는 것이다.

OSI 7계층 개요

%% desc: OSI 7계층 모델의 계층 구조와 각 계층의 역할 및 대표 프로토콜
flowchart TD
  subgraph HOST["호스트 계층 (상위 4계층)"]
    direction TB
    L7["7. 응용 (Application)\nHTTP, HTTPS, DNS, FTP, SMTP\n최종 사용자 서비스 제공"]
    L6["6. 표현 (Presentation)\nTLS/SSL, JPEG, MPEG, ASCII\n데이터 형식 변환·암호화·압축"]
    L5["5. 세션 (Session)\nNetBIOS, RPC, PPTP\n대화 제어·동기화 관리"]
    L4["4. 전송 (Transport)\nTCP, UDP\n프로세스 간 통신·신뢰성"]
  end

  subgraph MEDIA["미디어 계층 (하위 3계층)"]
    direction TB
    L3["3. 네트워크 (Network)\nIP, ICMP, ARP, OSPF, BGP\n논리 주소·경로 선택"]
    L2["2. 데이터링크 (Data Link)\nEthernet, Wi-Fi, PPP\n인접 노드 간 프레임 전달·오류 감지"]
    L1["1. 물리 (Physical)\n케이블, 광섬유, 전파, 허브\n비트를 물리 신호로 변환"]
  end

  L7 --- L6 --- L5 --- L4 --- L3 --- L2 --- L1

각 계층 상세 설명

7계층 — 응용 (Application)

사람이 직접 사용하는 네트워크 서비스를 제공한다.
웹 브라우저, 이메일 클라이언트, FTP 프로그램이 이 계층에서 동작한다.

역할: 사용자와 네트워크 사이의 인터페이스
PDU: 데이터(Data) / 메시지(Message)
대표 프로토콜: HTTP, HTTPS, DNS, FTP, SMTP, IMAP, SSH

6계층 — 표현 (Presentation)

응용 계층이 사용하는 데이터 형식을 네트워크 전송에 맞게 변환한다.
암호화(TLS), 압축, 인코딩(Base64, UTF-8)이 여기서 이루어진다.

OSI 모델에서는 별도 계층이지만, TCP/IP 모델에서는 응용 계층에 통합됐다.

역할: 데이터 형식 변환, 암호화/복호화, 압축
대표 기능: SSL/TLS, JPEG 인코딩, MPEG 압축, ASCII ↔ EBCDIC 변환

5계층 — 세션 (Session)

두 응용 프로세스 간의 대화(Session)를 관리한다.
연결을 언제 열고 닫을지, 통신이 끊겼을 때 어디서부터 다시 시작할지를 제어한다.

역할: 세션 수립·유지·종료, 동기화 포인트
대표 프로토콜: NetBIOS, RPC, PPTP

4계층 — 전송 (Transport)

프로세스 대 프로세스 통신을 담당한다.
포트 번호로 어느 애플리케이션에게 데이터를 전달할지 결정한다.

역할: 프로세스 식별(포트), 신뢰성, 흐름 제어, 혼잡 제어
PDU: 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP)
대표 프로토콜: TCP, UDP

3계층 — 네트워크 (Network)

호스트 대 호스트 통신을 담당한다.
여러 네트워크를 넘어 목적지까지 최적의 경로를 선택한다.

역할: 논리 주소(IP) 부여, 라우팅, 단편화
PDU: 패킷(Packet)
대표 프로토콜: IP, ICMP, OSPF, BGP

2계층 — 데이터링크 (Data Link)

인접한 두 노드 간의 신뢰성 있는 전달을 담당한다.
같은 LAN 내에서 어느 장치로 프레임을 보낼지 MAC 주소로 결정한다.

두 개의 하위 계층으로 분리된다.

역할: 프레임 생성, MAC 주소 지정, 오류 감지(CRC), 매체 접근 제어
PDU: 프레임(Frame)
대표 프로토콜: Ethernet (IEEE 802.3), Wi-Fi (IEEE 802.11), PPP

1계층 — 물리 (Physical)

데이터를 실제 물리 신호(전기, 빛, 전파)로 변환해 케이블이나 무선 매체로 전송한다.
비트(1과 0)를 어떻게 인코딩할 것인지, 커넥터 모양, 전압 레벨 등을 정의한다.

역할: 비트를 물리 신호로 변환·전송
PDU: 비트(Bit)
대표 장비/기술: 이더넷 케이블(Cat5e/Cat6), 광섬유, 무선 전파, 허브, 리피터

계층 간 데이터 흐름

%% desc: 송신 측에서 응용 계층부터 물리 계층까지 데이터가 내려가며 헤더가 추가되는 캡슐화 과정
sequenceDiagram
  participant APP as 응용 (7)
  participant TRANS as 전송 (4)
  participant NET as 네트워크 (3)
  participant DL as 데이터링크 (2)
  participant PHY as 물리 (1)

  APP->>TRANS: 데이터 (HTTP 메시지)
  Note over TRANS: TCP 헤더 추가 → 세그먼트
  TRANS->>NET: 세그먼트
  Note over NET: IP 헤더 추가 → 패킷
  NET->>DL: 패킷
  Note over DL: Ethernet 헤더+트레일러 → 프레임
  DL->>PHY: 프레임
  Note over PHY: 비트 → 전기/광/무선 신호

계층 독립성 — OSI 모델의 핵심 가치

OSI 모델의 진가는 계층 독립성이다.

예를 들어, 1990년대 초 Ethernet(10 Mbps)이 Fast Ethernet(100 Mbps)으로 바뀔 때,
1계층과 2계층 표준만 바꾸면 됐다.
TCP, IP, HTTP는 전혀 수정할 필요가 없었다.

마찬가지로 HTTP/1.1이 HTTP/2로 바뀔 때,
7계층만 변경됐고 하위 계층은 그대로였다.

OSI 모델의 현실

OSI 모델은 교육과 분석의 도구로 지금도 강력하게 사용된다.
하지만 실제 인터넷은 OSI 7계층 프로토콜 스택(X.400, X.500 등)이 아니라
더 단순한 TCP/IP 4계층 모델로 구현됐다.

흔히 하는 말: "OSI는 이론의 세계, TCP/IP는 현실의 세계"

OSI가 실패한 이유:

  1. ARPANET과 TCP/IP가 이미 1980년대 초에 널리 보급됐다
  2. OSI 표준이 너무 복잡하고 위원회 설계의 한계가 있었다
  3. 미국 국방부가 1982년 군 표준으로 TCP/IP를 채택해 시장을 선점했다

그러나 OSI의 7계층 추상화 모델은 지금도 문제를 진단하고 통신을 설명하는 데 사용된다.
"이 문제는 3계층 문제야", "4계층에서 다뤄야 해"처럼 계층 언어는 업계 공용어다.

참고

  1. OSI model, Wikipedia ↩

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