OSI 7계층 - 계층별 역할과 PDU 한눈에 정리

OSI(Open Systems Interconnection) 7계층은 서로 다른 회사가 만든 컴퓨터·장비끼리도 통신할 수 있도록, 통신에 필요한 기능을 7개의 계층으로 나눈 표준 모델입니다. 기능을 계층으로 나누면 각 계층을 따로 만들고 고칠 수 있어 편리합니다. 각 계층은 아래 계층이 제공하는 기능을 이용해 자기 역할만 처리하고, 고유한 데이터 단위(PDU¹)로 정보를 주고받습니다.

OSI 7계층 한눈에 보기

계층 번호는 위로 갈수록 커지며, 데이터를 실제로 주고받을 때는 위(응용)에서 아래(물리)로 내려갔다가, 받는 쪽에서 다시 아래에서 위로 올라옵니다.

표는 위(7계층)부터 아래(1계층) 순서지만, 아래 상세 설명은 기초가 되는 1계층부터 하나씩 올라갑니다. 계층마다 PDU 이름이 다른 이유는 맨 아래 캡슐화 부분에서 설명합니다.

물리 계층 (1계층) 기초

물리 계층(Physical Layer)은 가장 아래에 있는 계층으로, 데이터를 비트(Bit) 단위의 전기·광 신호로 바꿔 전송 매체 위로 흘려보내는 역할만 담당합니다. 데이터의 의미는 다루지 않습니다.

• 다루는 단위: 비트(0과 1)
• 전기적·기계적·기능적 특성을 정의합니다. (신호 전압, 케이블 규격, 커넥터 핀 배열 등)
• 대표 장비: 케이블, 허브(Hub), 리피터(Repeater)
• 아래 계층 보완: 맨 아래 계층이라 더 아래가 없습니다. 대신 위 모든 계층이 올라탈 '비트 전달'의 토대가 됩니다.
• 실제 예시: PC와 공유기를 랜선(LAN 케이블)으로 연결해 0과 1 신호를 주고받는 것

데이터 링크 계층 (2계층) 기초

데이터 링크 계층(Data Link Layer)은 직접 연결된 두 노드(인접한 장치) 사이의 데이터 전송을 관리하고 오류를 제어합니다. 사실 랜선(케이블)에는 0과 1의 비트만 흐릅니다. 데이터 링크 계층은 이 비트들을 의미 있는 덩어리인 프레임(Frame) 으로 다룹니다. 보낼 때는 데이터를 프레임으로 묶어 물리 계층에 내려보내고, 받을 때는 들어온 비트를 다시 프레임으로 재조립합니다.

• 다루는 단위: 프레임 (비트를 묶은 논리적 단위)
• 핵심 기능: 프레이밍(비트를 프레임으로 묶기), 흐름 제어(보내는 속도 조절), 오류 제어(깨진 데이터 감지·재전송), 물리 주소(MAC 주소²) 지정
• 대표 프로토콜: 이더넷, HDLC, PPP, 프레임 릴레이, ATM
• 대표 장비: 스위치(Switch), 브리지(Bridge)
• 아래 계층 보완: 물리 계층이 나른 '의미 없는 비트'에 경계·주소(MAC)·오류검사를 붙여 믿을 수 있는 프레임으로 만듭니다.
• 실제 예시: 같은 공유기(스위치)에 연결된 노트북과 프린터가 MAC 주소를 보고 서로 데이터를 주고받는 것

왜 비트를 프레임으로 묶을까?

물리 계층은 0과 1을 신호로 흘려보낼 뿐, 이 비트가 어디서 시작해 어디서 끝나는지, 누구에게 가는지, 중간에 깨졌는지는 알지 못합니다. 데이터 링크 계층은 비트를 프레임으로 묶으면서 다음 정보를 함께 붙여 이 한계를 보완합니다.

• 경계 표시(플래그): 프레임의 시작과 끝을 알려, 끊임없이 이어지는 비트에서 한 덩어리가 어디부터 어디까지인지 구분합니다.
• 주소(MAC 주소): 이 프레임을 받을 인접 장치가 누구인지 지정합니다.
• 오류 검사(FCS): 전송 중 비트가 깨지지 않았는지 확인합니다.

즉 물리 계층이 '비트를 나르는 길'이라면, 데이터 링크 계층은 그 위의 비트를 경계·주소·오류검사가 붙은 믿을 수 있는 덩어리로 만드는 층입니다. 이렇게 각 계층은 바로 아래 계층이 못 하는 일을 위에서 채워 주며 쌓입니다.

프로토콜별 특징과 오류 제어(FEC/BEC, CRC 등) 상세는 데이터 링크 프로토콜과 오류 제어 페이지에서 다룹니다.

네트워크 계층 (3계층) 기초

네트워크 계층(Network Layer)은 데이터가 여러 네트워크를 거쳐 최종 목적지까지 도달하도록 최적의 경로를 설정(라우팅)하고, 논리 주소(IP 주소)를 지정합니다.

• 다루는 단위: 패킷(Packet)
• 핵심 기능: 라우팅(경로 설정), 논리 주소 지정, 패킷 전달
• 대표 프로토콜: IP, ICMP, ARP, RARP, IGMP, 라우팅 프로토콜(RIP·OSPF·BGP)
• 대표 장비: 라우터(Router)
• 아래 계층 보완: 데이터 링크는 바로 옆(같은 네트워크) 장치까지만 전달합니다. 네트워크 계층은 IP와 라우팅으로 여러 네트워크를 건너 먼 목적지까지 길을 잇습니다.
• 실제 예시: 우리 집에서 멀리 있는 웹 서버까지 여러 라우터를 거쳐 IP 주소로 길을 찾아가는 것

IP·ARP·ICMP 등 프로토콜별 상세는 네트워크 계층 프로토콜 페이지를 참고하세요.

전송 계층 (4계층) 기초

전송 계층(Transport Layer)은 출발지와 목적지의 프로그램 사이(종단 간, End-to-End)에서 데이터를 신뢰성 있게(빠짐없이 순서대로) 전달하는 역할을 합니다. 어떤 프로그램에 데이터를 전달할지는 포트 번호³ 로 구분합니다.

• 다루는 단위: 세그먼트(Segment)
• 핵심 기능: 종단 간 흐름 제어, 오류 제어, 포트 번호로 프로그램 구분
• 대표 프로토콜
  • TCP: 연결형, 신뢰성 보장(순서·재전송)
  • UDP: 비연결형, 빠르지만 신뢰성 미보장
• 아래 계층 보완: 네트워크 계층은 패킷을 목적지 컴퓨터까지 보내지만 순서·도착을 보장하지 않습니다. 전송 계층이 재전송·순서 정렬로 신뢰성을 채우고, 포트 번호로 어느 프로그램에 줄지 구분합니다.
• 실제 예시: 파일 다운로드는 빠짐없이 받아야 하니 TCP, 실시간 영상통화는 조금 끊겨도 빨라야 하니 UDP를 쓰는 것

연결형(TCP)과 비연결형(UDP)의 차이는 네트워크 전송 방식 페이지에서 비교합니다.

세션 계층 (5계층) 심화

세션 계층(Session Layer)은 통신하는 두 프로그램 사이의 연결(세션)을 설정·유지·종료하고, 대화를 관리합니다. 통신이 끊겼을 때 어디서부터 다시 시작할지 정하는 동기화(체크포인트) 기능도 담당합니다.

• 핵심 기능: 세션 설정·유지·종료, 대화 제어⁴, 동기화
• 대표 프로토콜: RPC, NetBIOS⁵
• 아래 계층 보완: 전송 계층은 데이터를 주고받게만 해줍니다. 세션 계층은 그 주고받음을 하나의 '대화(세션)'로 묶어 시작·유지·종료와 동기화를 관리합니다.
• 실제 예시: 화상회의에 접속해 통화를 시작하고, 끝날 때까지 연결을 유지하다가 종료하는 것

표현 계층 (6계층) 기초

표현 계층(Presentation Layer)은 서로 다른 시스템이 데이터를 이해할 수 있도록 표현 형식을 맞춰 주는 계층입니다. 데이터의 압축, 코드 변환, 암호화·복호화를 담당합니다. 예를 들어 큰 사진을 JPEG로 압축하거나, 보낼 내용을 암호로 잠갔다가(암호화) 받는 쪽에서 다시 푸는(복호화) 일이 이 계층에서 일어납니다.

• 핵심 기능: 데이터 압축, 코드(포맷) 변환, 암호화·복호화
• 대표 형식: JPEG(이미지), MPEG(영상), ASCII(문자 코드)
• 아래 계층 보완: 아래 계층들은 데이터를 '그냥 바이트'로 나를 뿐입니다. 표현 계층은 압축·코드 변환·암호화로 양쪽이 같은 형식으로 이해하도록 맞춥니다.
• 실제 예시: 사진을 JPEG로 압축해 보내고, 카드 번호는 암호화해서 안전하게 전송하는 것

응용 계층 (7계층) 기초

응용 계층(Application Layer)은 가장 위에 있는 계층으로, 사용자(응용 프로그램)와 직접 맞닿아 네트워크 서비스를 제공합니다. 웹 브라우저, 메일 프로그램이 사용하는 프로토콜이 여기에 속합니다.

• 핵심 기능: 사용자에게 직접 서비스 제공(웹, 메일, 파일 전송 등)
• 대표 프로토콜: HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, POP3, IMAP, DNS, Telnet, SSH
• 아래 계층 보완: 아래 여섯 계층은 데이터를 나르는 '배관'입니다. 응용 계층은 그 위에서 웹·메일처럼 사람이 직접 쓰는 서비스를 제공합니다.
• 실제 예시: 크롬 브라우저로 웹사이트에 접속(HTTP)하거나, 메일 앱으로 이메일을 보내는(SMTP) 것

포트 번호와 프로토콜별 특징은 응용 계층 프로토콜 페이지에서 정리합니다.

캡슐화와 PDU 심화

데이터를 보낼 때는 응용 계층에서 시작해 아래로 내려가며 각 계층이 자기 헤더(데이터 앞에 붙이는 택배 송장 같은 정보)를 덧붙이는데, 이 과정을 캡슐화⁶ 라고 합니다. 받는 쪽에서는 반대로 아래에서 위로 올라가며 헤더를 하나씩 벗겨 내는 역캡슐화⁷ 가 일어납니다.

• 계층을 내려갈 때마다 헤더가 붙으면서 PDU의 이름이 계층마다 달라집니다.
• 내려가는 순서대로 전송(세그먼트) → 네트워크(패킷) → 데이터 링크(프레임) → 물리(비트)로 점점 감싸입니다.
• 5 ~ 7계층(세션·표현·응용)의 데이터 단위는 따로 구분하지 않고 그냥 '데이터'라고 부릅니다.

정보처리기사 실기 대비 문제