(CS/컴퓨터공학) OSI 7계층 각 계층이 하는 일과 예시

09 November 2025 - 3 mins read time
Tags: CS

✨ 개요

OSI 7계층은 네트워크 통신을 역할별로 나눈 개념적 모델입니다.
아래 표 한 장으로 역할, 대표 프로토콜·장비, 데이터 단위(PDU)를 빠르게 정리합니다.

1. 한 장 요약 표

계층	역할(무슨 일?)	대표 기능	대표 프로토콜/기술	대표 장비/소프트웨어	데이터 단위(PDU)
7. 응용(Application)	사용자·앱과 직접 소통	HTTP 요청/응답, 메일 송수신, 파일 전송	HTTP/HTTPS, SMTP, IMAP/POP3, FTP, DNS, MQTT, gRPC, WebSocket	브라우저, 메일 서버, API 서버	Data
6. 표현(Presentation)	표현 형식 변환/암복호화	인코딩/디코딩, 압축, TLS 암복호화	TLS/SSL, MIME, JPEG/MP3/JSON(형식)	OpenSSL, 코덱/직렬화 라이브러리	Data
5. 세션(Session)	세션 수립/유지/종료	대화 제어, 체크포인트, 재동기화	(현실에선 4/7계층에 흡수) TLS 세션, RPC 세션	인증/세션 미들웨어, RPC 프레임워크	Data
4. 전송(Transport)	끝점 간 신뢰/흐름/혼잡 제어	연결지향, 재전송, 순서 보장, 포트	TCP, UDP, QUIC(전송역할 포함)	OS 커널(소켓), 로드밸런서(L4)	Segment(TCP), Datagram(UDP)
3. 네트워크(Network)	경로 선택·IP 라우팅	논리 주소(IP), 라우팅, 단편화	IP(v4/v6), ICMP, OSPF/BGP, IPSec	라우터, L3 스위치, 방화벽	Packet
2. 데이터링크(Data Link)	로컬 링크 전송·프레이밍	MAC 주소, 오류검출(FCS), 스위칭	Ethernet, ARP, 802.1Q(VLAN), PPP	스위치, NIC, 무선 AP(L2 기능)	Frame
1. 물리(Physical)	비트 신호 전달	인코딩, 전압/광 신호, 속도(대역폭)	UTP/광 케이블, 802.11 PHY, 전송 규격	케이블, 허브/리피터, 트랜시버	Bit

메모: 실제 인터넷은 TCP/IP 4계층(응용·전송·인터넷·링크) 모델을 주로 사용하지만, 학습·분석은 OSI가 더 세분화되어 편합니다.

2 계층별 핵심 이해 포인트

7️⃣ 응용계층

무엇을 보낼지 정의(REST API, 메일, 파일).
예: 브라우저가 GET /index.html을 전송 → 서버가 HTML 반환.

6️⃣ 표현계층

어떻게 표현할지(문자셋·압축·암호화).
예: HTTPS의 TLS 암복호화, JSON/ProtoBuf 직렬화.

5️⃣ 세션계층

대화(세션)의 생명주기 관리. 실제 구현에선 4/7계층과 겹침.
예: TLS 세션 재개, 애플리케이션 세션 토큰 관리.

4️⃣ 전송계층

끝점-끝점 신뢰(TCP) 또는 경량 전송(UDP).
예: TCP의 3-way handshake, 혼잡제어, 포트(HTTPS: 443).

3️⃣ 네트워크계층

IP 라우팅으로 최적 경로 선택.
예: 라우터가 목적지 IP를 보고 다음 홉으로 패킷 전달.

2️⃣ 데이터링크계층

같은 네트워크 세그먼트 내 전달, MAC 주소 기반 스위칭.
예: ARP로 IP→MAC 해석, VLAN 태깅(802.1Q).

1️⃣ 물리계층

비트 신호(전기/광/무선)로 실제 전송.
예: CAT.6 케이블, 광 모듈, Wi-Fi 물리 계층.

3 OSI ↔ TCP/IP 매핑 빠르게

OSI	TCP/IP
7 응용 + 6 표현 + 5 세션	응용(Application)
4 전송	전송(Transport)
3 네트워크	인터넷(Internet)
2 데이터링크 + 1 물리	링크(Link/Network Access)

4. 트러블슈팅 관점(현업 감각)

L1–L2: 링크 불량/속도 미스매치/듀플렉스 문제, VLAN 설정 오류
L3: 라우팅 테이블/게이트웨이, 서브넷 마스크 불일치, ICMP 차단
L4: 포트 차단/방화벽, SYN backlog, MTU/MSS 문제(TCP 세그먼트 재전송)
L7: CORS/쿠키/헤더/프로토콜 버전, 인증·압축 문제

빠른 진단 레시피 1) 케이블/링크 업 확인(L1/L2) → 2) 게이트웨이/라우팅(L3) → 3) 포트/방화벽(L4) → 4) 애플리케이션 로그(L7)

5. 캡슐화/역캡슐화 한눈도식

송신 측

App Data
↓ (L7~L5 처리: 포맷/암복호화/세션)
TCP/UDP 헤더 붙임 → [Segment]
↓ (L3) IP 헤더 → [Packet]
↓ (L2) Ethernet 헤더/트레일러 → [Frame]
↓ (L1) 신호 전송

수신 측: 반대로 헤더 제거하며 상위 계층으로 전달

6. 예시 시나리오: “브라우저에서 https://example.com 열기”

L7: 브라우저가 HTTP 요청 생성, DNS로 IP 조회
L6: TLS 핸드셰이크로 암호화 세션 수립
L4: TCP 연결(3-way) 후 요청 세그먼트 전송
L3: 라우팅을 거쳐 목적지 IP로 패킷 전달
L2: 스위치가 MAC 기반 프레임 전달
L1: 케이블/무선으로 비트 전송

7. 키워드 요약

주소: MAC(L2) ↔ IP(L3) ↔ Port(L4)
단위: Bit(L1) → Frame(L2) → Packet(L3) → Segment/Datagram(L4) → Data(L5~7)
보안: TLS(L6), FW(보통 L3/L4/L7 정책), IPSec(L3)

8. 결론

OSI는 학습 프레임: 실제 구현은 TCP/IP 4계층에 더 가깝지만, 문제 원인 파악·설계 설명에 OSI가 유용합니다.
장비/로그를 볼 때 “어느 계층에서 문제인가?”를 먼저 가르면, 원인 축소와 해결 속도가 훨씬 빨라집니다.