[Network] OSI 7 Layer: 각 계층의 의미와 실전 매핑

OSI 7 Layer, OSI 모델, L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, TCP/IP stack

정의

OSI 7 Layer 모델 은 네트워크 통신을 7 계층으로 추상화 한 ITU-T 표준 (1984). 실제 인터넷은 TCP/IP 4-5 계층 이지만, OSI 의 개념적 분리 가 디버깅 / 도구 분류 의 토대.

7 Layer 매트릭스

Layer	이름	단위	예	도구
L7	Application	message	HTTP, gRPC, DNS, SMTP, MQTT, SSH	curl, postman
L6	Presentation	data	TLS, JSON, Protobuf, MIME, gzip	openssl
L5	Session	session	NetBIOS, RPC, 대부분 통합	-
L4	Transport	segment	TCP, UDP, QUIC	netstat, ss, tcpdump
L3	Network	packet	IP, ICMP, BGP, OSPF	traceroute, ping
L2	Data Link	frame	Ethernet, WiFi, ARP, MAC	arp, wireshark
L1	Physical	bit	케이블, 무선 신호, 전기/광 신호	-

TCP/IP 와의 매핑

실제 인터넷은 4-5 계층 의 TCP/IP. OSI 의 5/6/7 이 Application 으로 통합:

flowchart TB
    subgraph OSI["OSI 7 Layer"]
        O7[L7 Application]
        O6[L6 Presentation]
        O5[L5 Session]
        O4[L4 Transport]
        O3[L3 Network]
        O2[L2 Data Link]
        O1[L1 Physical]
    end
    subgraph TCPIP["TCP/IP 4 Layer"]
        T4[Application]
        T3[Transport]
        T2[Internet]
        T1[Link]
    end
    O7 --> T4
    O6 --> T4
    O5 --> T4
    O4 --> T3
    O3 --> T2
    O2 --> T1
    O1 --> T1

각 계층 깊게

L7 Application

사용자 의도와 가장 가까운 계층. HTTP, gRPC, DNS, SMTP, SSH.

• HTTP: GET /api/users HTTP/1.1
• DNS: A example.com → 93.184.216.34
• gRPC: /shop.Shop/GetItem over HTTP/2

자세한 건 HTTP/1.1, HTTP/2, HTTP/3, gRPC, network-dns.

L6 Presentation

데이터 표현 변환. 직렬화, 압축, 암호화.

• TLS (실제로는 L4-L7 사이)
• JSON, Protobuf, MessagePack
• gzip, deflate

L5 Session

세션 관리. 현대에서는 L7 의 일부 또는 애플리케이션 자체 가 담당. (HTTP cookie, JWT 등)

L4 Transport

end-to-end 신뢰성 + flow control.

프로토콜	신뢰성	순서	흐름제어	사용
TCP	O	O	O	HTTP, FTP, SSH
UDP	X	X	X	DNS, VoIP, 게임, QUIC
QUIC	O	O (stream 별)	O	HTTP/3
SCTP	O	옵션	O	WebRTC DataChannel

자세한 건 TCP, UDP, QUIC.

L3 Network

IP 라우팅. 어떤 경로로 패킷이 갈지. 라우터의 영역.

• IPv4, IPv6
• ICMP (ping, traceroute)
• BGP (인터넷 라우팅 프로토콜)
• OSPF, IS-IS (내부 라우팅)

자세한 건 IP.

L2 Data Link

같은 LAN 안 의 MAC 주소 기반 통신. Switch, WiFi AP.

• Ethernet (IEEE 802.3)
• WiFi (IEEE 802.11)
• ARP (IP → MAC 매핑)
• VLAN (Virtual LAN)

L1 Physical

실제 전기 / 광 신호. 케이블, 무선, 광섬유.

패킷의 캡슐화

flowchart TB
    L7Msg["L7 HTTP: GET /api/x"]
    L7Msg -->|L6/L5| L7Frame["+ TLS 암호화"]
    L7Frame -->|L4 TCP| L4Frame["TCP header + payload"]
    L4Frame -->|L3 IP| L3Frame["IP header + TCP segment"]
    L3Frame -->|L2 Ethernet| L2Frame["Ethernet header + IP packet + FCS"]
    L2Frame -->|L1| Bit[bits on wire]

각 계층이 자기 header 를 덧붙임. 수신 측은 역순으로 벗겨 올라간다.

실전: 어디서 무엇이 깨졌나?

문제 진단의 층 별 도구:

flowchart TB
    Issue{문제 발생} --> Q1{ping 가능?}
    Q1 -->|아니오| L3Layer["L3 문제<br/>routing, firewall, DNS"]
    Q1 -->|예| Q2{telnet/nc port?}
    Q2 -->|아니오| L4Layer["L4 문제<br/>port closed, firewall"]
    Q2 -->|예| Q3{TLS handshake OK?}
    Q3 -->|아니오| L6Layer["L6 문제<br/>cert, SNI"]
    Q3 -->|예| Q4{HTTP 200?}
    Q4 -->|아니오| L7Layer["L7 문제<br/>application, auth"]
    Q4 -->|예| AppLogic["애플리케이션 로직"]

도구	본 계층
ping	L3 (ICMP)
traceroute	L3
nc / telnet host port	L4
nmap	L4
openssl s_client	L6 (TLS)
curl -v	L7 (HTTP)
dig / nslookup	L7 (DNS)
tcpdump / wireshark	L2-L7 (raw)

흔한 함정

관련 위키

• TCP, UDP, QUIC
• IP, TLS
• HTTP/1.1, HTTP/2, HTTP/3
• network-cidr-subnetting
• network-dns