OSI

OSI 모델은 컴퓨터 네트워크의 통신 기능을 개념적으로 7개의 계층으로 나눈 참조 모델이다. 국제표준화기구(ISO)에서 제정한 표준으로, 네트워크 시스템의 설계와 운영, 그리고 서로 다른 시스템 간의 통신을 이해하고 설명하기 위한 공통의 틀을 제공한다. 이 모델은 네트워크 프로토콜을 계층별로 분리하여 각 계층이 독립적인 기능을 수행하도록 하며, 복잡한 통신 과정을 체계적으로 분석할 수 있게 한다.

모델의 핵심 목적은 이기종 시스템 간의 원활한 상호 연결과 통신을 가능하게 하는 것이다. 서로 다른 하드웨어나 소프트웨어를 가진 컴퓨터들이 네트워크를 통해 데이터를 교환하려면 표준화된 규칙, 즉 프로토콜이 필요하다. OSI 모델은 이러한 통신 과정에 필요한 모든 기능을 추상화하여 계층화함으로써, 프로토콜 설계와 문제 해결을 체계적으로 접근할 수 있는 기반을 마련했다.

이 모델은 특정 기술이나 프로토콜을 규정하기보다는 통신이 어떻게 이루어져야 하는지에 대한 개념적 지침을 제시한다. 따라서 실제 인터넷의 근간을 이루는 TCP/IP 프로토콜 스택은 OSI 모델과 완전히 일치하지는 않지만, 네트워크 통신을 학습하고 분석하는 데 있어 가장 널리 사용되는 기본적인 참조 모델로 자리 잡았다.

1970년대 후반, 컴퓨터 네트워킹 기술은 급속히 발전했으나 각 벤더는 자신만의 독자적인 통신 프로토콜과 아키텍처를 개발하고 있었다. IBM의 SNA, DEC의 DECnet, 제록스의 XNS 등이 대표적인 예이다. 이러한 이기종 시스템 간의 상호 연결은 매우 어려웠으며, 네트워크의 확장성과 유연성을 크게 저해하는 요인이었다.

이러한 호환성 문제를 해결하고, 네트워크 시스템의 설계, 구현, 운영을 표준화하기 위해 ISO가 1977년에 OSI 참조 모델 개발 프로젝트를 시작하였다. 이 모델은 서로 다른 시스템이 표준화된 방식으로 통신할 수 있도록 하는 개념적 틀을 제공하는 것을 목표로 했다. 1984년에 ISO 7498 표준으로 공식 발표된 OSI 모델은 네트워크 기능을 7개의 계층으로 나누어 각 계층의 역할과 상호 작용을 명확히 정의하였다.

OSI 모델의 등장은 네트워크 기술 교육과 논의에 공통된 언어를 제공했다는 점에서 큰 의의를 가진다. 복잡한 네트워크 통신 과정을 계층별로 분해하여 설명함으로써, 문제 해결과 기술 이해를 체계적으로 할 수 있게 되었다. 비록 이후 실질적인 산업 표준은 TCP/IP 모델이 자리 잡았지만, OSI 모델은 네트워크 프로토콜과 아키텍처를 이해하는 가장 근본적인 개념적 모델로 자리매김하였다.

OSI 모델은 네트워크 통신을 7개의 논리적 계층으로 구분한 참조 모델이다. 각 계층은 특정한 기능을 담당하며, 하위 계층은 상위 계층에 서비스를 제공하는 계층적 구조를 이룬다. 이 구조는 복잡한 네트워크 통신 과정을 모듈화하여 이해하고 설계하기 쉽게 만든다.

하위 계층(1-4계층)은 데이터 전송의 기본 기능을, 상위 계층(5-7계층)은 응용 프로그램을 위한 처리 기능을 주로 담당한다. 예를 들어, 웹 브라우저는 응용 계층에서 HTTP를 사용하며, 이 요청은 하위 계층을 통해 표현 계층에서 암호화되고, 전송 계층에서 세그먼트로 나뉘며, 네트워크 계층에서 IP 패킷으로 캡슐화된 후 최종적으로 물리 계층을 통해 전송된다. 각 계층은 독립적으로 설계되어 특정 계층의 기술이 변경되더라도 다른 계층에 큰 영향을 주지 않는다는 장점이 있다.

데이터 캡슐화는 송신 측에서 상위 계층의 데이터를 하위 계층으로 전달할 때, 해당 계층의 프로토콜이 규정한 특정한 제어 정보를 추가하는 과정이다. 이 제어 정보는 일반적으로 헤더와 트레일러의 형태를 띤다. 각 계층은 상위 계층으로부터 받은 데이터 단위를 PDU라고 하며, 여기에 자신의 계층 헤더(및 트레일러)를 덧붙여 새로운 PDU를 생성한 후, 다시 한 단계 아래 계층으로 전달한다. 이 과정은 데이터가 물리 계층을 통해 실제 전송 매체로 나갈 때까지 반복된다.

데이터는 응용 계층에서 시작하여 물리 계층에 도달할 때까지 다음과 같은 이름과 형태로 변환된다. 각 계층에서의 데이터 단위 명칭은 다음과 같다.

역캡슐화는 수신 측에서 물리 계층으로 들어온 비트 스트림을 상위 계층으로 전달하면서, 각 계층에서 해당하는 제어 정보(헤더/트레일러)를 제거하고 해석하는 반대 과정이다. 데이터 링크 계층은 수신된 비트를 프레임으로 재조합하고, FCS를 이용해 오류를 검사한 후 헤더와 트레일러를 제거한다. 그 후 네트워크 계층으로 패킷을 전달한다. 네트워크 계층은 IP 헤더를 확인하고, 전송 계층으로 세그먼트를 전달한다. 이 과정은 최종적으로 응용 계층에서 원본 사용자 데이터를 수신할 때까지 계속된다.

이러한 캡슐화와 역캡슐화 과정은 계층별로 독립적인 프로토콜의 구현과 상호 운용성을 가능하게 하는 핵심 메커니즘이다. 각 계층은 자신의 헤더 정보만을 처리하면 되므로, 다른 계층의 내부 동작을 알 필요 없이 효율적인 통신이 이루어진다.

OSI 모델은 네트워크 통신을 개념적으로 이해하고 설계하는 데 있어서 표준화된 틀을 제공한다는 점에서 큰 장점을 지닌다. 이 모델은 복잡한 통신 과정을 7개의 논리적 계층으로 분리하여, 각 계층이 독립적인 기능을 담당하도록 정의한다. 이러한 계층화는 시스템 설계와 개발을 단순화하며, 특정 계층의 기술이 변경되더라도 다른 계층에 미치는 영향을 최소화한다. 결과적으로 호환성과 상호 운용성을 크게 향상시킨다.

이 모델의 가장 큰 의의는 네트워크 통신에 대한 보편적인 언어를 제시했다는 점이다. OSI 모델이 등장하기 전에는 각 벤더별로 독자적인 네트워크 아키텍처가 존재하여 서로 다른 시스템 간 통신이 매우 어려웠다. OSI 모델은 국제 표준 기구인 ISO가 제정한 국제 표준으로, 서로 다른 하드웨어와 소프트웨어를 가진 시스템들이 효율적으로 통신할 수 있는 개념적 기반을 마련했다. 이는 네트워크 기술 교육과 학습의 표준 교과 과정이 되었으며, 네트워크 문제를 계층별로 분석하고 해결하는 체계적인 방법론을 제공한다.

비록 현대 인터넷의 실질적인 표준이 TCP/IP 모델이지만, OSI 모델의 이론적 체계는 여전히 네트워크 프로토콜과 기술을 설명하고 이해하는 데 널리 사용된다. 네트워크 장비의 기능(예: 라우터는 3계층, 스위치는 2계층)을 구분하거나, 통신 과정에서 발생하는 문제의 원인을 계층별로 추적할 때 OSI 7계층 참조 모델은 여전히 유효한 프레임워크로 자리 잡고 있다. 따라서 OSI 모델은 실용적 구현보다는 교육과 개념적 표준화를 통해 네트워크 산업 전반에 지속적인 영향을 미쳤다고 평가할 수 있다.

OSI 모델과 TCP/IP 모델은 모두 네트워크 통신을 계층적으로 설명하는 참조 모델이지만, 그 기원, 구조, 그리고 실제 적용 측면에서 뚜렷한 차이를 보인다. OSI 모델은 국제표준화기구(ISO)에 의해 설계된 이론적이고 이상적인 표준 모델인 반면, TCP/IP 모델은 인터넷의 실제 동작을 바탕으로 실용적으로 진화한 프로토콜 스택이다.

두 모델의 가장 큰 차이는 계층 수와 각 계층의 범위에 있다. OSI 모델은 명확히 구분된 7계층 구조를 채택했으나, TCP/IP 모델은 4계층으로 구성된다. 이에 대한 대응 관계는 다음과 같다.

표에서 보듯, TCP/IP 모델의 응용 계층은 OSI의 응용, 표현, 세션 계층의 기능을 모두 포괄한다. 또한 TCP/IP의 네트워크 접속 계층은 OSI의 데이터 링크 계층과 물리 계층을 통합한 개념이다. 이처럼 TCP/IP 모델은 계층을 더 적게, 더 포괄적으로 정의하여 실용성을 중시했다.

접근 방식에서도 차이가 있다. OSI 모델은 통신 과정을 엄격하게 모듈화하고 각 계층의 역할과 서비스 인터페이스를 명확히 정의하는 데 중점을 두었다. 반면 TCP/IP 모델은 프로토콜이 먼저 개발되고, 그 후에 이를 설명하는 모델이 정립된 '프로토콜 중심' 접근법을 취했다. 결과적으로 OSI 모델은 교육과 네트워크 시스템의 개념적 이해에 널리 사용되지만, TCP/IP 프로토콜 스택이 현대 인터넷의 실질적인 표준으로 자리 잡았다.

OSI 모델은 표준화를 위한 참조 모델로 설계되었으며, 완전히 순수한 형태로 상용 제품에 구현되는 경우는 드물다. 대부분의 실제 네트워크 프로토콜과 시스템, 특히 인터넷의 기반이 되는 TCP/IP 스택은 OSI의 7계층 구조와 정확히 일치하지 않는다. TCP/IP는 보다 실용적으로 발전했으며, OSI의 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층의 기능이 하나의 응용 계층으로 통합되는 등 계층 구조가 다르게 구성되어 있다[2].

그럼에도 불구하고 OSI 모델은 네트워크 기술의 교육, 설계, 문제 해결에서 광범위하게 적용된다. 네트워크 엔지니어는 복잡한 통신 문제를 계층별로 분해하여 접근하는 계층화 원칙을 활용한다. 예를 들어, 특정 응용 프로그램의 연결 오류가 발생했을 때, 물리 계층의 케이블 연결부터 네트워크 계층의 라우팅, 전송 계층의 포트 상태, 응용 계층의 프로토콜 설정에 이르기까지 체계적으로 원인을 규명하는 데 이 모델이 핵심적인 프레임워크를 제공한다.

다수의 현대 네트워크 기술과 프로토콜은 OSI 모델의 특정 계층과 연관되어 설명된다. 다음은 그 예시이다.

결국 OSI 모델은 이론과 현실 사이의 가교 역할을 한다. 완벽한 구현체는 아니지만, 네트워크 통신의 복잡한 상호작용을 체계적으로 이해하고 설명하는 데 없어서는 안 될 보편적인 언어이자 개념적 도구로 자리 잡았다.

• Wikipedia - OSI 모형

• Wikipedia - Open Systems Interconnection model

• TechTarget - What is the OSI Model?

• Cisco - The OSI Model

• 국제표준화기구(ISO) - ISO/IEC 7498-1:1994

• KISA - 네트워크 보안과 OSI 7계층

• GeeksforGeeks - Layered Architecture in Computer Networks