(네트워크)OSI 7계층 – 프로토콜의 모듈화 *예제 유튜브 시청 흐름 예제

OSI 7계층 – 프로토콜의 모듈화  *예제 유튜브 시청 흐름 예제

🔸 프로토콜이란?

• 네트워크 상에서 통신이 가능한 형식과 규칙을 의미합니다.
• 서로 다른 장치나 소프트웨어 간 데이터 형식, 인증 방식, 전송 방식, 오류 처리 등을 표준화하여 호환 가능하게 합니다.

예:

• HTTP – 웹 데이터 요청/응답
• TCP – 데이터 전송 신뢰 보장
• IP – 목적지 지정
• Ethernet – 물리적 전송 방식

→ 이런 다양한 역할을 하나의 프로토콜로 다룰 수 없기에, 기능별로 나누어 레이어 구조로 만든 것이 OSI 7계층입니다.

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🔸 OSI 7계층 상세 설명 (하위 → 상위, Encapsulation 기준)

 

계층	설명	대표 프로토콜
7. Application	사용자에게 보이는 소프트웨어 레벨의 인터페이스. 웹 브라우저, 메신저, 이메일 등	HTTP, DNS, FTP, SMTP
6. Presentation	데이터 표현 형식 관리. 서로 다른 시스템 간 인코딩, 압축, 암호화 등의 차이 극복	JPEG, MPEG, SSL/TLS
5. Session	연결 수립, 유지, 종료 등 통신 세션 관리	RPC, NetBIOS, SQL세션
4. Transport	데이터의 신뢰성, 순서, 흐름 제어	TCP, UDP
3. Network	목적지 IP 주소 기반의 라우팅 (라우터가 처리)	IP, ICMP
2. Data Link	MAC 주소 기반 통신. 같은 네트워크 내에서 프레임 전달 (스위치가 처리)	Ethernet, ARP
1. Physical	실제 전기 신호, 광 신호를 통해 비트 단위 전송	UTP, 광섬유, 전기 신호

 

실제 장비 기준:

• 라우터: 3계층 (IP 라우팅)
• 스위치: 2계층 (MAC 주소 기반 전송)
• 허브: 1계층 (물리적 신호만 전달)

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🔸 TCP/IP 4계층과 OSI 7계층 비교

 

TCP/IP	OSI 계층	주요 기능
Application	5~7 계층	웹/이메일/FTP 등
Transport	4계층	TCP/UDP
Internet	3계층	IP 주소 지정 및 라우팅
Link	1~2계층	물리적 전송 및 MAC 주소

 

실제 구현에서는 TCP/IP 모델이 더 많이 사용됩니다.

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🔸 Encapsulation & Decapsulation (캡슐화 / 역캡슐화)

데이터를 보낼 때는 각 계층이 자신의 헤더를 덧붙이며 캡슐화(Encapsulation)
데이터를 받을 때는 각 계층이 자신의 헤더를 제거하며 디캡슐화(Decapsulation)

예시:
유튜브에서 영상 재생 요청 시,

[사용자]  
YouTube 영상 요청 (HTTP 메시지)
↓  
+ TCP 헤더 → 세그먼트  
↓  
+ IP 헤더 → 패킷  
↓  
+ Ethernet 헤더 + 트레일러 → 프레임  
↓  
→ 전기 신호로 변환되어 물리적 전송

→ 이 모든 데이터는 서버에 도착해서 반대 순서로 분해되어 애플리케이션까지 도달.

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🔸 유튜브 스트리밍 예제: OSI 7계층 따라 흐름 정리

사진 출처- 유튜브 쉬운코드

 

자세한 과정을 담기가 힘들어 출처 및 유튜브 링크 공유 드립니다.

https://www.youtube.com/watch?v=6l7xP7AnB64&list=PLcXyemr8ZeoT-_8yBc_p_lVwRRqUaN8ET&index=68

 

 

▶ 사용자 → 유튜브 서버 요청 (브라우저에서 영상 클릭)

 

OSI 계층	실제 동작	프로토콜
7 (Application)	사용자가 웹브라우저에서 YouTube 영상 클릭	HTTP GET 요청
6 (Presentation)	브라우저에서 텍스트/이미지/JSON 인코딩	HTML, TLS
5 (Session)	TCP 세션 연결 유지 (영상 다운로드 중 연결 유지)	TCP 세션
4 (Transport)	HTTP 메시지를 TCP 세그먼트로 나눠 신뢰성 있게 전송	TCP
3 (Network)	목적지 IP(YouTube 서버)로 패킷 라우팅	IP
2 (Data Link)	MAC 주소 기반으로 프레임 구성 → 스위치 전달	Ethernet, ARP
1 (Physical)	전기 신호로 변환되어 공유기 → ISP → 백본망 → YouTube 서버	전기/광신호

 

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◀ 유튜브 서버 → 사용자 응답 (영상 데이터 스트리밍)

OSI 계층	실제 동작	프로토콜
7 (Application)	HTTP/HTTPS로 영상 데이터 스트리밍 (MPEG-DASH, HLS 등)	HTTP
6 (Presentation)	비디오 압축 포맷 (MPEG4, VP9), TLS 복호화 등	TLS, Codec
5 (Session)	클라이언트가 스트리밍 세션 유지	TCP 세션
4 (Transport)	영상 스트리밍 데이터 전송 (UDP 가능)	TCP/UDP
3 (Network)	사용자 IP 주소로 전달	IP
2 (Data Link)	해당 라우터, 스위치까지 MAC 주소 전송	Ethernet
1 (Physical)	영상 데이터가 비트 단위로 사용자에게 전달	전기 신호

 

 

 

데이터의 전송

 

1. 발신자 : (Encapsulation) 응용 -> 표현 -> 세션 -> 전송 -> 네트워크 -> 데이터링크 -> 물리 

2. 전송 매체를 통해 발신자 -> 수신자 전송

3. 수신자 : (Decapsulation) 물리 -> 데이터링크 -> 네트워크 -> 전송 -> 세션 -> 표현 -> 응용

 

 

 

응용 계층 (Application Layer)

• 발신자 : 데이터가 생성되며 해당 데이터에 응용 계층의 헤더와 데이터가 추가된다. 데이터는 메시지나 패킷으로 구분된다.
• 수신자 : 데이터를 수신하고 해당 데이터를 해석하여 사용한다.
• 프로토콜 : HTTP (Hypertext Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), DNS (Domain Name System), DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
• TCP/IP Model의 경우 Application + Presentation + Session을 묶어서 Application Layer로 표현한다.
• 사용자가 네트워크를 통해 데이터를 송수신하고 응용 프로그램 간의 통신을 지원, 최종 사용자가 직접 상호 작용하는 응용 프로그램 및 서비스를 제공

표현 계층 (Presentation Layer)

• 발신자 : 응용 계층에서 받은 데이터를 표현 계층에서 적절한 형식으로 변환하고, 필요한 경우 데이터를 압축하거나 암호화한다.
• 수신자 : 받은 데이터를 해석하고 필요한 경우 데이터를 해독하고 압축을 해제한다.
• 프로토콜 : SSL/TLS (Secure Sockets Layer/Transport Layer Security)

세션 계층 (Session Layer)

• 발신자 : 데이터를 세션에 맞게 나누거나 조합하여 세션을 관리한다.
• 수신자 : 받은 데이터를 세션에 맞게 조합하고 관리한다.
• 프로토콜 : SSH (Secure Shell), NetBIOS (Network Basic Input/Output System)

전송 계층 (Transport Layer)

• 발신자 : 데이터를 세그먼트(Segment)로 분할하고, 각 세그먼트에 대한 헤더를 추가하여 목적지까지 전송한다.
• 수신자 : 받은 세그먼트를 다시 합치고, 데이터의 무결성을 확인하여 손상된 세그먼트를 복구한다.
• 프로토콜 : TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol)
• 양 끝 노드의 프로세스-프로세스간의 논리적 통신 제공, 네트워크 계층에서 설정한 경로로 하나의 프로세스에서 다른 프로세스로 전송한다. 효율적 데이터 전송, 데이터의 신뢰성 검사

네트워크 계층 (Network Layer)

• 발신자 : 데이터를 패킷으로 분할하고, 각 패킷에 대한 헤더를 추가하여 목적지까지 전송한다.
• 수신자 : 받은 패킷을 다시 합치고, 데이터를 목적지로 전달하기 위해 경로를 선택한다.
• 프로토콜 : IP (Internet Protocol), ICMP (Internet Control Message Protocol), ARP (Address Resolution Protocol)
• 한 호스트에서 다른 호스트로 라우팅(경로설정+경로결정), 망구조 네트워크에서 최적의 데이터 경로를 설정함 
• Network layer은 호스트 간의 통신 및 문제 해결, Transport layer은 프로세스 간의 통신 및 문제 해결

데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

• 발신자 : 데이터를 프레임(Frame)으로 분할하고, 각 프레임에 대한 헤더와 트레일러를 추가하여 목적지까지 전송한다.
• 수신자 : 받은 프레임을 다시 합치고, 데이터의 무결성을 확인하고 오류를 수정한다.
• 프로토콜 : Ethernet 등
• 경로 상의 인접 네트워크 노드 간의 데이터 전송, 링크를 안정적으로 사용할 수 있도록 서비스 제공. 오류 발생시 복원 또는 재전송 또는 폐기 등을 지원. 접근제어. 물리계층으로부터 일정 거리까지 안정적으로 보내주는 역할

물리 계층 (Physical Layer)

• 발신자 : 전송 매체를 통해 데이터를 전송하고, 해당 데이터를 신호로 변환하여 전송한다.
• 수신자 : 물리 계층에서 받은 신호를 데이터로 변환하고, 이를 상위 계층으로 전달한다.
• 프로토콜 : IEEE 802.3 (Ethernet), IEEE 802.11 (Wi-Fi) 등
• 데이터의 전송은 송신자의 물리 계층과 수신자의 물리 계층 사이에서 이루어진다. 데이터가 디지털 신호로 변환되어 통신 매체를 통해 비트 스트림 형태로 전송되며, 이는 전기 신호(유선) 또는 전파(무선)로 변환된다.

출처: https://sjh9708.tistory.com/184 [데굴데굴 개발자의 기록:티스토리]

 

 

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🔸 Data Link 계층의 Trailer란?

**헤더(Header)**는 데이터 앞부분에 위치하여 출발지/목적지 주소 등을 포함하며,
**트레일러(Trailer)**는 프레임의 끝에 붙으며 **오류 검출용 (CRC 등)**으로 사용됩니다.

• Ethernet Frame 구성 예:

[Ethernet Header][IP Header][TCP Header][Data][Trailer(CRC)]

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🔸 마무리 요약

• OSI 7계층은 통신 기능을 역할별로 분리하여 설계된 추상 모델
• 실제 구현은 TCP/IP 4계층 기반으로 동작
• 사용자 ↔ 서버 간 통신은 캡슐화 & 디캡슐화 과정을 통해 레이어를 거쳐 전달
• 실무에서는 **3계층(IP 라우팅)**과 **4계층(TCP/UDP 신뢰성)**이 특히 중요
• 영상 스트리밍은 Application(HTTP), Transport(TCP/UDP), Network(IP) 계층이 밀접히 관여