OSI와 TCP/IP 모델 | 어느 것이 더 나은가요

OSI 및 TCP/IP 모델은 왜 사용되나요?

OSI와 TCP/IP는 모두 인터넷 모델이며, 인터넷의 초석으로 간주될 수 있습니다. 그렇다면 왜 이러한 인터넷 모델이 필요할까요? 왜 OSI 모델/TCP 모델을 사용하나요?

그것은 마치 어느 날 미국인과 일본인이 서로 만나는 것과 같습니다.

미국인이 말합니다: 안녕하세요

일본어로 말합니다: こんにちは

언어 차이 때문에 그들은 서로를 이해할 수 없습니다. 그래서 영어가 국제 분야에서 의사소통 언어로 점차 사용되고 있습니다. 인터넷과 유사하게, 서로 다른 아키텍처를 가진 네트워크는 인터넷 모델 없이는 상호 연결을 실현할 수 없습니다. 이는 마치 귀하의 휴대폰이 PC로 메시지를 보내지만 PC가 이를 받을 수 없는 것과 같습니다.

그 결과 OSI 및 TCP/IP와 같은 인터넷 모델의 등장은 컴퓨터 네트워크의 발전을 촉진하고 서로 다른 네트워크 구조와 시스템 간의 호환성 및 상호 연결 문제를 해결합니다.

OSI 모델

OSI 모델은 개방형 시스템 상호 연결 참조 모델(Open System Interconnection Reference Model)이라고 합니다. 이름에서 알 수 있듯이 OSI 모델은 개방형 표준을 강조하며, 즉 어떤 시스템이든 OSI 표준을 따르면 다른 시스템과 통신할 수 있습니다. 계층형 아키텍처 방식을 사용하여 OSI 모델은 크고 복잡한 시스템을 다루기 쉬운 여러 개의 작은 시스템으로 나눕니다. OSI 모델을 통해 각 계층의 네트워크 기능을 시각적으로 관찰하고 네트워크 전송의 전체 과정을 이해할 수 있습니다.

하지만 OSI 모델은 일부 개념만 표준화한 이상화된 이론 모델입니다. 각 계층에서 사용되는 프로토콜과 서비스를 자세히 설명하지 않습니다. 각 계층에서 무엇을 해야 하는지만 알려줄 뿐, 구체적인 구현 방법은 제공하지 않습니다.

OSI 계층이란 무엇인가

Layer 1 - 물리 계층

물리 계층은 OSI 모델의 최하위 계층으로, 전압, 물리적 데이터 속도, 최대 전송 거리, 물리적 커플러 등 시스템의 전기적, 기계적, 기능적 표준을 정의합니다. 물리 계층의 주요 기능은 전송 매체를 사용하여 데이터 링크 계층에 물리적 연결을 제공하고 데이터 흐름의 물리적 전송을 담당하는 것입니다.

물리 계층 전송의 기본 단위는 비트스트림, 즉 0과 1입니다. 다시 말해 가장 기본적인 전기 신호 또는 광 신호이며, 이는 가장 기본적인 물리적 전송 특징입니다.

계층 2 - 데이터 링크 계층

데이터 링크 계층의 주요 기능은 통신 엔터티 간에 데이터 링크 연결을 설정하고 네트워크 계층에 오류 제어 및 흐름 제어 서비스를 제공하는 것입니다. 데이터 링크 계층 전송의 기본 단위는 프레임입니다.

데이터 링크 계층은 MAC 서브레이어(매체 접근 제어 서브레이어)와 LLC 서브레이어(논리 링크 제어 서브레이어)로 구성됩니다. MAC 서브레이어는 물리 회선에서 프레임을 전송하는 방법을 지정합니다. LLC 서브레이어는 동일한 네트워크 링크에 있는 장치 간의 통신을 관리합니다. 데이터 링크 제어 서브레이어는 주로 다양한 프로토콜 유형을 식별하고 캡슐화하는 역할을 합니다. 즉, 데이터 링크 제어 서브레이어는 네트워크 프로토콜 데이터, 패킷 데이터그램을 받아들이고 더 많은 제어 정보를 추가하여 패킷을 대상 장치로 전송합니다.

계층 3 - 네트워크 계층

네트워크 계층은 노드 간 데이터 전송을 위한 논리적 링크를 생성하고 라우팅 알고리즘을 통해 패킷의 최적 경로를 선택하도록 설계되어, 혼잡 제어 및 네트워크 상호 연결 기능을 실현합니다.

네트워크 계층은 라우터를 최상위 노드로 하는 핵심 계층입니다. 소스 네트워크에서 대상 네트워크로 패킷을 라우팅하는 역할을 담당합니다. 인터넷은 여러 네트워크의 집합입니다. 네트워크 계층의 라우팅 기능을 통해 여러 네트워크 간 연결을 상호 연결하고 정보를 공유할 수 있습니다.

Layer 4 - 전송 계층

전송 계층은 ISO 모델에서 상위 계층과 하위 계층을 연결하는 인터페이스 계층입니다. 전송 계층의 주요 기능은 사용자에게 엔드투엔드 서비스를 제공하고 데이터그램 오류와 같은 전송 문제를 처리하는 것입니다. 

전송 계층은 OSI 모델의 핵심 계층입니다. 사용자가 물리 계층, 데이터 링크 계층 및 네트워크 계층의 세부 사항을 고려할 필요가 없도록 하위 데이터의 통신 세부 정보를 상위 계층으로부터 차단합니다.

Layer 5 - 세션 계층

세션 계층의 주요 기능은 두 노드 간의 전송 연결을 유지하고, 지점 간 전송을 보장하며, 데이터 교환을 관리하는 것입니다.

세션 계층은 세션을 설정, 관리 및 종료합니다. 또한 전이중 또는 반이중 통신과 같은 대화 제어를 통해 사용할 통신 모드를 결정할 수도 있습니다. 세션 계층은 RPC(원격 프로세스 호출) 프로토콜, X-Windows 시스템 프로토콜, AppleTalk 세션 프로토콜 및 DNA SCP 프로토콜과 같은 자체 프로토콜을 통해 요청과 응답을 조정합니다.

계층 6 - 프레젠테이션 계층

프레젠테이션 계층의 주요 기능은 두 통신 시스템 간에 교환되는 정보의 표현을 처리하는 것으로, 주로 데이터 형식 변경, 데이터 암호화 및 복호화, 데이터 압축 및 압축 해제 등을 포함합니다. 프레젠테이션 계층이 애플리케이션 계층에 제공하는 서비스에는 구문 변환, 구문 선택 및 연결 관리가 포함됩니다.

일정한 네트워크 대역폭을 전제로 할 때, 데이터 압축량이 작을수록 전송 속도는 더 빨라집니다. 따라서 표현 계층의 데이터 압축 및 압축 해제는 네트워크 전송 속도에 영향을 미치는 핵심 요소로 간주됩니다. 또한 표현 계층은 데이터 암호화 서비스도 제공하여 데이터의 안전한 전송을 보장합니다.

계층 7 - 애플리케이션 계층

애플리케이션 계층은 OSI 모델에서 가장 높은 계층으로, 사용자와 직접 마주하는 계층입니다. 사용자의 통신은 애플리케이션 프로세스에서 해결되어야 하며, 이를 위해 애플리케이션 계층은 다양한 유형의 애플리케이션 요구 사항을 해결하기 위해 서로 다른 애플리케이션 프로토콜을 채택해야 합니다.

애플리케이션 계층에는 서로 다른 네트워크 사용자 간의 통신을 위한 서비스를 제공하기 위해 여러 독립적인 사용자 서비스 프로토콜 모듈이 포함되어 있습니다. 애플리케이션 계층은 애플리케이션 자체가 아니라, 애플리케이션을 위한 서비스를 제공한다는 점에 유의해야 합니다.

TCP/IP 모델

TCP/IP는 가장 널리 사용되는 인터넷 모델입니다. TCP/IP의 전체 명칭은 Transmission Control Protocol/Internet Protocol이며, Internet protocol suite라고도 합니다. TCP/IP protocol suite에는 가장 중요한 두 가지 프로토콜인 TCP(Transmission Control Protocol)와 IP(Internet Protocol)가 있습니다. TCP는 원격 호스트와의 연결을 담당하고, IP는 주소 지정을 담당합니다. 이들은 모델의 핵심입니다. 따라서 이 모델은 TCP/IP 모델이라고 불립니다. TCP/IP 모델에서 사용되는 프로토콜에는 HTTP, TELNET, DNS, SMTP, UDP 등도 포함됩니다.

TCP/IP의 기원과 발전

TCP/IP 모델은 미국 국방부(DoD)의 자금 지원을 받아 개발되었습니다. TCP/IP의 설계 배경은 DoD가 언제 어떤 조건에서도 생존할 수 있는 네트워크를 필요로 했다는 데 있습니다. 이를 위해 네트워크는 케이블, 마이크로파, 광섬유, 위성 회선과 같은 다양한 연결 방식을 지원할 뿐만 아니라 우수한 호환성과 상대적 독립성도 갖추어야 했습니다. 이러한 까다로운 요구 사항은 TCP/IP 모델의 확립을 촉진했으며, TCP/IP가 전 세계 데이터 통신의 요구를 충족할 수 있게 했습니다.

TCP/IP의 계층은 무엇인가요

계층 1 - 네트워크 액세스 계층

네트워크 액세스 계층은 TCP/IP 모델의 최하위 계층입니다. 네트워크 액세스 계층의 주요 기능은 기본적으로 OSI 모델의 물리 계층 및 데이터 링크 계층과 일치합니다. 네트워크를 통해 데이터 패킷을 송수신하고 컴퓨터 간 정보를 전송하는 역할을 합니다.

계층 2 - 인터넷 계층

인터넷 계층은 TCP/IP 모델의 계층 2입니다. 데이터 전송 중 최적 경로 선택과 패킷 스위칭을 담당합니다. 전송 계층에 전송 경로 선택 및 트래픽 혼잡 제어 서비스를 제공합니다.

인터넷 계층의 관리 프로토콜은 IP (Internet Protocol)입니다.

계층 3 - 전송 계층

전송 계층은 주로 데이터 전송의 신뢰성과 흐름 제어 기능을 제공하도록 설계되었습니다.

전송 계층에는 두 가지 전송 프로토콜인  TCP (Transmission Control Protocol)와 UDP (User Datagram Protocol)가 있습니다. TCP는 높은 신뢰성이 요구되는 애플리케이션에 적용되는 반면, UDP는 낮은 신뢰성 요구 사항과 경제적인 전송에 적합합니다.

TCP는 안정적인 데이터 전송을 제공할 수 있어 데이터 흐름 전송, 안정성, 흐름 제어, 전이중 작동, 다중화와 같은 서비스를 가능하게 합니다. 일반적으로 전송할 데이터를 위한 채널을 미리 설정하고 연결한 다음 데이터를 전송하며, 마지막으로 채널을 해제합니다. 그러나 UDP는 데이터 손실, 순서 뒤바뀜, 오류를 일으킬 수 있지만, 유연하고 빠른 전송이라는 장점이 있습니다.

TCP 지원 애플리케이션 프로토콜에는 주로 Telnet, FTP, SMTP가 포함됩니다. 그리고 UDP 지원 애플리케이션 프로토콜에는 NFS, SNMP, DNS, TFTP가 포함됩니다.

레이어 4 - 애플리케이션 레이어

TCP/IP는 모든 애플리케이션 관련 콘텐츠를 애플리케이션 계층으로 분류하고 다음 계층을 위한 데이터 그룹화 및 패키징을 보장합니다. 애플리케이션 계층에는 TELNET, FTP 등과 같은 모든 상위 계층 프로토콜이 포함됩니다.

TCP/IP 모델 구조

OSI와 TCP/IP 모델의 차이점

OSI와 TCP 모델의 공통점은 계층 구조를 채택하고 동일한 계층에서 프로토콜 스택 개념을 사용한다는 점입니다. 그러나 두 모델은 구체적인 계층 구분과 기능 설계에서 차이가 있습니다.

OSI vs TCP/IP: 계층 구조

OSI와 TCP/IP는 모두 계층화된 아키텍처를 채택하지만, OSI는 7개의 계층을 가진 반면 TCP/IP는 4개의 계층만 가지고 있습니다. TCP/IP 모델은 OSI 모델의 상위 세 계층을 하나의 계층, 즉 애플리케이션 계층으로 결합합니다. 또한 OSI의 하위 두 계층을 하나의 계층, 즉 네트워크 액세스 계층으로 결합합니다. 분명히 TCP/IP 모델은 OSI 모델보다 더 단순화되어 있습니다.

OSI 계층 vs TCP/IP 계층

OSI와 TCP/IP: 적용 범위

OSI 모델은 특정 프로토콜이 제정되기 전에 설계되었기 때문에  모델 설계가 그다지 실용적이지 않습니다. 때로는 일부 프로토콜의 구현을 완전히 안내할 수 없습니다. 따라서 OSI 적용 범위는 제한적입니다. 반대로 TCP/IP 모델은 다양한 프로토콜이 설정된 후에 등장했으며, OSI 모델에 비해 애플리케이션에서 더 높은 유연성을 제공합니다. TCP/IP 모델은 인터넷 상호 연결의 사실상 국제 표준이자 산업 표준이 되었습니다.

OSI vs TCP/IP: 연결 지향 또는 비연결형

OSI 모델은 서비스 품질 보장 및 오류율과 같은 통신 신뢰성에 중점을 둡니다. 따라서 전송 계층에서 OSI 모델은 연결 지향 서비스만 고려하는 반면, TCP/IP 모델은 연결 지향 서비스(TCP)와 비연결 서비스(UDP)를 모두 지원하며 보다 실질적인 요구를 충족합니다.

미래 동향: OSI 또는 TCP/IP

TCP/IP 모델은 OSI와 대체로 유사하지만, 각각 고유한 특성을 가지고 있습니다. OSI와 TCP/IP 모두 완벽하지는 않습니다. OSI는 TCP/IP 모델과 비교할 때 더 이상주의적이고 복잡하며 실용성이 떨어지지만, 완전성과 엄밀성이라는 장점이 있습니다. OSI 모델은 교과서에 더 가까우며, 교육과 연구에서 큰 의미를 가집니다.

TCP/IP 모델은 인터넷의 발전을 성공적으로 촉진했으며, 반대로 인터넷의 발전도 TCP/IP의 영향력을 확대했습니다. 그러나 TCP/IP 역시 완벽하지는 않습니다. 주소 공간 부족, QoS 서비스 품질, 보안 등의 문제는 항상 TCP/IP를 괴롭혀 왔습니다. 현재 IPv6의 도입으로 일부 문제를 해결할 수 있지만, 여전히 개선이 필요합니다. 가까운 미래에 더욱 완벽하고 산업 표준에 부합하는 TCP/IP 모델을 보게 될 것이라고 믿습니다.

자주 묻는 질문

스위치와 라우터는 OSI 모델의 어느 계층에서 작동합니까?

스위치는 OSI 모델의 두 번째 계층인 데이터 링크 계층에서 작동합니다. 라우터는 OSI 모델의 세 번째 계층인 네트워크 계층에서 작동합니다.

(스위치와 라우터의 차이점은 무엇인가요)

TCP/IP 모델의 어느 계층에서 IP 프로토콜과 TCP 프로토콜이 작동합니까?

IP 프로토콜은 TCP/IP의 두 번째 계층인 인터넷 계층에서 작동합니다. TCP 프로토콜은 TCP/IP의 세 번째 계층인 전송 계층에서 작동합니다.

(IP 주소에 대해 자세히 알아보기)

참고: 콘텐츠 일부 참조: https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_protocol_suite