[위클리 페이퍼] OSI 7 Layers & TCP/IP 4 Layers; TCP & UDP

이번주 위클리 페이퍼의 주제는

TCP/IP 4계층 모델과 OSI 7계층 모델에 대해 각각 설명하고, 두 모델을 비교해보자.

전송 계층에서 TCP와 UDP의 차이점은 무엇이며, 각각 어떤 상황에서 사용하는 것이 적절한지 설명하자.

 

OSI 모델이란

오픈 시스템 상호 연결(OSI) 모델은 네트워크 통신 기능을 7개의 계층으로 나누는 개념적 프레임워크입니다. 
OSI 데이터 모델은 컴퓨터 네트워킹을 위한 범용 언어를 제공하기 때문에 다양한 기술이 표준 프로토콜 또는 통신 규칙을 사용하여 통신할 수 있습니다.
상위 계층의 기술은 기본 구현 세부 사항에 대해 걱정할 필요 없이 하위 수준 기술을 사용할 수 있으므로 추상화의 이점을 누릴 수 있습니다.

출처: https://aws.amazon.com/ko/what-is/osi-model/

 

AWS의 OSI에 대한 설명이다.

OSI 모델은 7 계층으로 구성되어 있다.

 

OSI 7 Layers

계층 번호	계층 이름	주요 기능	예시 프로토콜/기술
7	응용 계층 (Application)	사용자 서비스 제공	HTTP, FTP, SMTP, DNS
6	표현 계층 (Presentation)	데이터 형식 변환, 암호화, 압축	JPEG, MPEG, TLS, SSL
5	세션 계층 (Session)	세션 설정/유지/종료	NetBIOS, RPC
4	전송 계층 (Transport)	신뢰성 있는 전송, 오류 제어	TCP, UDP
3	네트워크 계층 (Network)	경로 선택, 논리 주소(IP)	IP, ICMP, ARP
2	데이터링크 계층 (Data Link)	오류 검출/수정, 프레임 전송	Ethernet, PPP, Switch(MAC)
1	물리 계층 (Physical)	비트 전송(전기·광 신호)	케이블, 허브, 리피터

 

응용 계층 (Application Layer)

• 사용자와 가장 가까운 계층. 애플리케이션이 네트워크 기능을 사용하도록 지원.
• 예: HTTP, FTP, SMTP, DNS.

표현 계층 (Presentation Layer)

• 데이터의 표현 방식(부호화, 암호화, 압축 등) 통일.
• 예: JPEG, MPEG, SSL, TLS.

세션 계층 (Session Layer)

• 통신 세션의 설정, 유지, 종료 관리.
• 예: 로그인 세션 유지.

전송 계층 (Transport Layer)

• 송수신 간 신뢰성 있는 데이터 전송 보장.
• TCP(연결형, 신뢰성), UDP(비연결형, 속도) 포함.

네트워크 계층 (Network Layer)

• 목적지까지 데이터를 전달하기 위해 경로 선택(라우팅).
• IP 주소 사용, 라우터 동작.

데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

• 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류를 검출/수정, 프레임 단위 전송.
• MAC 주소 사용, 스위치 동작.

물리 계층 (Physical Layer)

• 전송 매체(케이블, 무선 등) 위에서 비트(0과 1) 단위 신호 전송.
• 하드웨어: 허브, 리피터, 케이블 등.

 

OSI 모델을 계층 별로 나눈 이유?

이렇게 OSI를 계층으로 나눠두면 계층별로 문제 원인을 구분하기 쉽고, 계층 별로 나누어 추적하면 다른 장비나 소프트웨어를 불필요하게 건들 필요가 없다.

 

↓ "계층별로 문제 원인을 구분하기 쉽다"에 대한 예시

<예시 시나리오: 회사에서 메일이 안 보내질 때>

직원들이 회사 메일(Outlook, Gmail 등)을 쓰는데 메일이 전송되지 않는다.

이때 어느 계층에서 문제가 생겼는지 단계적으로 확인 가능하다.

1. 7계층 (응용 계층):
   메일 서버 주소를 잘못 입력했거나 메일 클라이언트 설정이 잘못된 경우.
2. 4계층 (전송 계층):
   방화벽이 TCP 25번(메일 전송 포트)을 막아놓은 경우.
3. 3계층 (네트워크 계층):
   라우터 설정 오류로 특정 외부 IP와 연결이 되지 않는 경우.
4. 1계층 (물리 계층):
   랜선이 빠졌거나 케이블이 손상된 경우.

 

 

TCP/IP란

컴퓨터가 서로 통신하는 경우, 특정 규칙이나 프로토콜을 사용하여 순서대로 데이터를 전송 및 수신할 수 있습니다.
전세계를 통해 가장 일상적으로 사용되는 프로토콜 세트 중 하나가 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)입니다.

출처: https://www.ibm.com/docs/ko/aix/7.1.0?topic=management-transmission-control-protocolinternet-protocol

 

IBM의 TCP/IP에 대한 설명이다.

그렇다면 TCP/IP 4계층은 뭘까?

OSI 7 계층은 네트워크 통신 과정을 7단계로 나눈 국제 표준이라고 한다면 TCP/IP 4계층은 인터넷에서 실제로 사용하는 구현 중심의 모델이다. OSI 7계층을 단순화 하여 4계층으로 나누었다.

출처: https://www.ibm.com/docs/ko/aix/7.1.0?topic=protocol-tcpip-protocols

 

TCP/IP 4 Layers

계층 번호	계층 이름	주요 기능	예시 프로토콜/기술
4	응용 계층 (Application)	응용 서비스 제공 (OSI의 5~7계층 통합)	HTTP, FTP, SMTP, DNS
3	전송 계층 (Transport)	신뢰성 보장, 포트 기반 통신	TCP, UDP
2	인터넷 계층 (Internet)	목적지까지 데이터 전달, 라우팅	IP, ICMP, ARP
1	네트워크 액세스 계층 (Network Access)	물리적 전송 + 데이터 링크	Ethernet, Wi-Fi, ARP

 

응용 계층 (Application Layer)

• 사용자와 직접 상호작용하는 계층.
• HTTP, FTP, SMTP, DNS 등.

전송 계층 (Transport Layer)

• 송수신 간 데이터의 신뢰성, 순서 보장.
• TCP, UDP.

인터넷 계층 (Internet Layer)

• 데이터를 목적지까지 전달. IP 주소 기반.
• IP, ICMP, ARP, 라우팅.

네트워크 액세스 계층 (Network Access Layer)

• 물리적 전송 + 데이터 링크 기능.
• LAN, MAC, 이더넷, ARP 포함.

 

OSI 7계층과 TCP/IP 4계층을 비교한 표

OSI 7계층과 TCP/IP 4계층을 비교한 표 (출처: 위키독스)

 

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TCP와 UDP의 차이

TCP (Transmission Control Protocol)

• 3-way handshake로 연결 설정 (연결 지향적)
• 패킷 손실 시 재전송, 순서 보장을 통해 신뢰성을 가진다.
• 통신을 시작할 때 3-way handshake로 준비하고
• 통신을 마칠 땐 4-way handshake를 거친다.
• 흐름 제어·오류 제어·혼잡 제어 지원

TCP 적절한 사용 상황

• 데이터의 정확성과 순서가 중요한 경우
• 예시:
  • 웹 브라우징(HTTP/HTTPS)
  • 이메일(POP3, IMAP, SMTP)
  • 파일 전송(FTP)

UDP (User Datagram Protocol)

• 연결 설정 과정 없음
• 패킷 간의 순서가 없다. (순서 뒤바뀌거나 손실 가능)

UDP 적절한 사용 상황

• 속도가 중요하고, 고용량 데이터 다루는 경우
• 예시:
  • 실시간 스트리밍(영상, 음성)
  • DNS 조회

 

출처: https://www.dpstele.com/snmp/transport-requirements-udp-tcp.php

그림만 봐도 UDP가 빨라 보인다