TCP/IP vs. OSI: 차이점은 무엇인가요?

이더넷 스위치는 컴퓨터 네트워킹에서 장치 간 데이터 전송에 중요한 역할을 하며, 일반 프로토콜의 계층을 의미하는 Open Source Interconnect (OSI) 모델의 다양한 계층에서 작동합니다. 일반 프로토콜 모델은 서로 다른 네트워크 계층 간에 패킷을 송수신하기 위한 공통 규칙을 지정합니다. 레이어 2 스위치 동일한 네트워크 내에서 MAC 주소를 사용하여 패킷을 전달하는 반면 레이어 3 스위치 서로 다른 네트워크 간에 데이터를 전송하기 위해 IP 주소를 사용합니다. OSI 모델 외에도 전송 제어 프로토콜(TCP) 및 인터넷 프로토콜(IP) 모델은 네트워크 통신을 설명하는 데 사용되는 또 다른 개념적 모델로, 네 개의 계층으로 구성됩니다. OSI는 7개 계층이고 TCP/IP는 4개 계층입니다. 이러한 모델을 이해하는 것은 효율적이고 안전한 네트워크 설계 및 구현에 필수적입니다.

OSI 참조 모델 계층

OSI 모델은 네트워크 통신에 관여하는 다양한 소프트웨어 및 하드웨어 구성 요소 간의 역할 분담과 상호 작용을 표준화하는 개념적 프레임워크로서 7개의 계층으로 구성됩니다.

계층 7: 애플리케이션 계층

OSI 모델의 응용 계층은 필요에 따라 소프트웨어 애플리케이션에 통신 기능을 제공하는 역할을 담당하며, 최종 사용자와 가장 가까운 계층입니다. 주요 기능으로는 데이터 전송을 원활하게 하기 위해 통신 자원과 통신 상대의 가용성을 확인하는 것이 있습니다. 또한 이 계층은 DNS, FTP, HTTP, IMAP, POP, SMTP, SNMP 및 Telnet (터미널을 에뮬레이션함)과 같은 최종 애플리케이션용 프로토콜을 정의합니다.

계층 6: 프레젠테이션 계층

데이터와 통신 리소스의 호환성은 프레젠테이션 계층에서 확인되며, 이 계층은 데이터를 애플리케이션 계층과 하위 계층 모두에서 허용 가능한 형식으로 변환할 수 있습니다. 수신 애플리케이션이 이해할 수 있는 방식으로 데이터를 포맷하여 데이터가 정확하게 전송되도록 보장합니다. 이 계층은 데이터 압축, 암호화 및 복호화를 담당하며, 서로 다른 문자 인코딩 체계 간의 데이터 변환도 처리합니다. 프레젠테이션 계층의 주요 목표는 전송에 사용되는 기본 네트워크 프로토콜과 관계없이 애플리케이션 계층이 수신한 데이터가 애플리케이션이 이해할 수 있는 형식으로 제공되도록 보장하는 것입니다. 프레젠테이션 계층은 데이터 전송의 무결성을 보호하고 데이터 전송 중 정확성과 보안을 보장하는 역할을 합니다.

계층 5: 세션 계층

세션 계층은 컴퓨터 간의 통신 연결을 관리합니다. 주요 기능은 로컬 애플리케이션과 원격 애플리케이션 간의 연결을 생성하고, 관리하고, 유지하고, 종료하는 것입니다. 또한 5계층 소프트웨어는 인증 및 권한 부여 과정을 처리하고 데이터가 성공적으로 전달되도록 보장합니다.

계층 4: 전송 계층

전송 계층은 소스 호스트에서 대상 호스트로 데이터 시퀀스를 전송하는 역할을 합니다. 오류 수정 및 유사한 기능을 통해 전송되는 데이터의 높은 품질과 무결성을 보장합니다. 전송 계층의 주요 기능 중 하나는 명시적 흐름 제어를 제공하는 것으로, 이는 네트워크 혼잡을 방지하기 위해 데이터가 송수신되는 속도를 관리하는 데 도움이 됩니다. TCP 및 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)은 OSI 모델을 엄격히 따르지는 않지만, 다양한 시나리오에서 데이터 전송을 처리할 수 있는 능력으로 인해 계층 4의 필수 프로토콜로 간주됩니다. 전송 계층은 데이터 전송이 더 효율적이고 안정적으로 이루어지도록 보장할 수 있습니다.

계층 3: 네트워크 계층

네트워크 계층은 논리적 주소 지정 및 스위칭 기능을 사용하여 패킷 라우팅을 관리합니다. 네트워크는 여러 노드를 연결하며 각 노드에는 주소가 있습니다. 새 메시지가 한 노드에서 다른 노드로 전송될 때 메시지 내용과 대상 노드의 주소를 제공하며, 네트워크는 메시지를 대상 노드로 전달합니다. 네트워크는 긴 메시지를 여러 세그먼트로 분할하여 개별적으로 전송할 수 있으며, 다른 노드를 통해 리디렉션할 수도 있습니다. 조각은 다른 노드에서 재조립됩니다.

계층 2: 데이터 링크 계층

데이터 링크 계층은 노드에서 노드로 데이터를 전송하는 수단으로, 정보를 프레임으로 패키징하고 언패키징하는 작업을 처리합니다. 또한 Point-to-Point Protocol (PPP)과 같이 물리적으로 연결된 장치 간의 연결 설정 및 종료를 위한 프로토콜을 정의합니다. 데이터 링크 계층은 일반적으로 두 개의 하위 계층으로 구성되며, 하나는 매체 접근 제어(MAC) 계층, 다른 하나는 논리 링크 제어(LLC) 계층입니다. MAC 계층은 네트워크의 장치가 매체에 접근하고 데이터 전송 권한을 얻는 방식을 관리하는 역할을 하며, 논리 링크 제어 계층은 네트워크 계층 프로토콜을 식별하고 캡슐화할 수 있을 뿐만 아니라 오류 검사와 프레임 동기화를 감독합니다.

레이어 1: 물리 계층

물리 계층은 데이터가 전송되는 매체를 정의하고, 모든 데이터 전송 링크의 전기적 및 물리적 사양을 모두 정의합니다. 예를 들어 전송 매체의 전압 레벨, 전류, 신호 속도와 광섬유 유형, 대역폭, 작동 파장과 같은 전송 매체의 특성이 있습니다. 또한 신호를 인코딩, 변조하고 오류를 감지함으로써 데이터의 정확한 송수신을 보장합니다. 궁극적으로 물리 계층은 디지털 데이터를 통신 매체를 통해 전송할 수 있는 신호로 변환하는 역할을 합니다.

TCP/IP 모델 계층

Internet protocol suite라고도 불리는 TCP/IP 모델은 4개의 계층으로 구성된 계층형 참조 모델입니다. TCP와 IP가 기본 프로토콜이며 이 모델의 이름이 되었지만, 이 프레임워크 내에서 활용되는 프로토콜은 TCP/IP 프로토콜뿐만 아니라 다른 프로토콜도 있습니다.

애플리케이션 계층

TCP/IP 모델에서 애플리케이션 계층은 애플리케이션이 다른 계층의 서비스에 접근할 수 있도록 하고, 애플리케이션이 데이터를 교환하는 데 사용하는 프로토콜을 설정합니다. 애플리케이션 계층의 잘 알려진 프로토콜로는 HTTP, FTP, SMTP, Telnet, DNS, SNMP 및 라우팅 정보 프로토콜(RIP)이 있습니다.

전송 계층

호스트 간 전송 계층은 전송 계층이라고도 하며, 애플리케이션 계층에 세션 및 데이터그램 통신 서비스를 제공하는 역할을 합니다. 이 계층에서 사용되는 주요 프로토콜에는 TCP와 UDP가 포함됩니다. TCP는 연결 지향적이고 일대일 방식의 신뢰할 수 있는 통신 서비스를 제공합니다. TCP는 전송된 패킷의 순서를 지정하고 확인 응답을 처리할 뿐만 아니라 전송 중 손실된 패킷을 복구하는 책임을 집니다. 반면 UDP는 비연결형, 일대일 또는 일대다 방식의 신뢰할 수 없는 통신 서비스를 제공합니다. UDP는 단일 패킷에 들어갈 수 있는 소량의 데이터를 전송할 때 일반적으로 사용됩니다.

인터넷 계층

인터넷 계층은 호스트 주소 지정, 패키징 및 라우팅 작업을 수행할 책임을 집니다. 주요 프로토콜에는 IP, ARP, ICMP 및 IGMP가 포함됩니다. 라우팅 가능한 프로토콜인 IP는 IP 주소 지정, 라우팅, 패킷 단편화 및 재조립을 처리합니다. 반면 ARP는 특정 인터넷 계층 액세스와 연결된 하드웨어 주소를 의미할 수 있는 네트워크 액세스 계층 주소를 검색합니다. ICMP는 IP 패킷 전달이 실패한 경우 진단 기능과 오류 보고를 제공합니다. IGMP는 IP 멀티캐스트 그룹을 관리합니다. IP 주소가 포함된 IP 헤더는 이 계층에서 패킷에 추가됩니다. 현재 32비트 IPv4와 128비트 IPv6 주소가 모두 사용되고 있습니다.

네트워크 액세스 계층

링크 계층이라고도 하는 네트워크 액세스 계층은 TCP/IP 패킷을 네트워크 매체에 배치하고 네트워크 매체에서 TCP/IP 패킷을 검색하는 역할을 합니다. TCP/IP는 네트워크 액세스 방식, 프레임 형식 및 매체에 구애받지 않도록 의도적으로 설계되었으며, 이는 특정 네트워크 기술에 종속되지 않는다는 의미입니다. 따라서 TCP/IP는 다양한 유형의 네트워크 간 통신을 지원할 수 있습니다.

데이터 전송 과정은 무엇이며, 그 과정에서 데이터는 어떻게 처리됩니까?

프로토콜 데이터 유닛(PDU)은 계층형 시스템의 서로 다른 계층 간에 데이터가 교환되는 형식입니다. 아래 표는 이러한 시스템에서 사용되는 다양한 유형의 PDU를 보여줍니다.

사용자가 기기에서 웹 브라우징 작업을 수행하면 원격 서버 소프트웨어는 요청된 데이터를 애플리케이션 계층에 제공하여 프로세스를 시작합니다. 그 후 데이터는 각 계층을 통해 순차적으로 처리됩니다. 네트워크 프로토콜의 개별 계층은 서로 다른 기능을 가지며, 데이터는 네트워크의 물리 계층을 통해 흐릅니다. 데이터가 계층을 따라 상승하면서 대상 서버이든 다른 장치이든 의도한 목적지에 도달하는 것이 보장됩니다. 각 계층은 수신 소프트웨어에서 최종적으로 활용될 때까지 할당된 작업을 수행합니다.

캡슐화는 전송 중 각 계층이 상위 계층에서 받은 Protocol Data Unit (PDU)에 헤더 또는 푸터, 또는 둘 다를 추가하는 프로세스입니다. 이렇게 추가된 정보는 패킷을 지시하고 식별합니다. 헤더(및 푸터)와 원본 데이터는 다음 하위 계층의 PDU를 구성합니다. 이 프로세스는 최하위 계층(물리 계층 또는 네트워크 액세스 계층)에 도달할 때까지 반복되며, 그곳에서 데이터가 수신 장치로 전송됩니다.

데이터를 수신하면 수신 장치는 각 계층에서 헤더 및 푸터 정보를 추출하여 데이터를 역캡슐화하며, 이 정보는 역캡슐화 프로세스를 지시합니다. 마지막으로 애플리케이션은 추출된 데이터를 사용합니다. 전체 프로세스는 송신 및 수신을 포함한 데이터 전송의 전체 과정에 수반됩니다.

TCP/IP 및 OSI 모델을 통한 문제 해결

네트워크 계층 구조를 이해하면 연결 실패의 원인을 진단할 수 있습니다. 일반적으로 문제 해결은 가장 높은 계층에서 시작하기보다는 네트워크의 가장 낮은 계층에서 시작하여 위로 진행하는 것이 좋습니다. 이는 각 계층이 그 위의 계층을 지원하도록 설계되어 있어 다음 계층에서 발생하는 문제를 더 쉽게 처리할 수 있기 때문입니다.

네트워크 문제가 발생한 경우 첫 번째 단계는 물리 계층을 확인하는 것이어야 합니다. 여기에는 네트워크 케이블이 제대로 연결되어 있는지 확인하고, 무선 액세스 포인트(WAP)가 다음에 연결되어 있는지 확인하는 것이 포함됩니다. 스위치, 그리고 RJ45 핀이 양호한 상태인지 확인합니다.

TCP/IP 모델 vs. OSI 모델

앞서 살펴본 것처럼 TCP/IP 모델과 OSI 모델 사이에는 많은 차이점이 있습니다. 다음 예는 이들 간의 대응 관계를 보여줍니다.

TCP/IP 모델의 계층을 OSI 모델의 계층과 비교하면, TCP/IP 모델의 애플리케이션 계층이 OSI 모델의 5, 6, 7계층에 해당한다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 TCP/IP 모델에는 프레젠테이션 계층과 세션 계층을 나타내는 별도의 계층이 없습니다. TCP/IP의 전송 계층은 OSI 전송 계층의 기능과 OSI 세션 계층의 일부 측면을 담당합니다. 한편, TCP/IP의 네트워크 액세스 계층은 OSI 모델의 물리 계층과 데이터 링크 계층을 포괄합니다. 반면, OSI 모델의 데이터 링크 계층에서 제공되는 순서 지정 및 확인 응답 서비스는 TCP/IP 모델의 인터넷 계층에서 사용되지 않습니다.

OSI 모델과 TCP/IP 모델은 네트워크상의 장치 간 통신이 어떻게 구조화되어야 하는지를 정의하는 두 가지 네트워킹 모델입니다. 두 모델 모두 유사한 기능을 수행하는 유사한 계층을 가지고 있지만, OSI 모델은 더 이론적이며 네트워킹을 위한 표준화된 프레임워크를 제공하는 반면, TCP/IP 모델은 인터넷에서의 네트워킹에 실제로 사용됩니다. OSI 모델의 개발은 서로 다른 장치들이 더 쉽게 통신할 수 있도록 하는 범용 프레임워크를 만드는 것을 목표로 했습니다. 반면 TCP/IP 모델은 현대 인터넷의 전신인 ARPANET을 위해 특별히 개발되어, 상호 연결된 컴퓨터 네트워크 전반에서 안정적인 통신을 제공했습니다. 차이점에도 불구하고 두 모델은 오늘날에도 여전히 사용되며, 그 개념과 원칙은 현대 네트워킹 프로토콜과 표준에 통합되어 있습니다.

결론

이 문서에서는 모든 형태의 네트워크 통신을 설명하기 위해 고안된 추상 프레임워크인 TCP/IP 모델과 OSI 모델을 모두 포괄적으로 개괄했습니다. 특히 TCP/IP는 인터넷 운영을 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다. 네트워크 장비 계층 2, 3, 7을 논의할 때는 일반적으로 OSI 모델을 참조합니다. 한편 TCP/IP 모델은 현대 인터넷 인프라의 모델 역할을 하며 모든 네트워크 전송을 관리하는 표준 규정 세트를 확립합니다.