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OSI·TCP/IP 계층과 캡슐화

OSI 참조 모델 · OSI model · TCP/IP 모델 · TCP/IP model

통신 기능을 계층별 책임으로 나누어 이해하는 모델이다. OSI는 7계층의 참조 모델이며 인터넷 통신은 /IP 계층과 실제 프로토콜의 조합으로 동작한다.

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01무엇이고, 어떤 일을 하나

응용 데이터·전송 연결·IP 경로·링크 전달이 맡는 일을 구분해 장애 범위를 좁힌다.
서로 다른 매체와 운영체제가 공통 프로토콜 인터페이스로 통신하도록 기능을 분리한다.
각 계층의 헤더가 가진 주소와 식별자를 연결해 하나의 요청을 끝까지 추적한다.

02어떤 순서로 동작하나

목적지와
가상 호스트 192.0.2.10/24가 통신한다고 하자. 이름을 사용했다면 로 IP를 얻은 뒤 경로를 찾고, 192.0.2.20처럼 직접 연결된 목적지인지 게이트웨이 192.0.2.1을 거쳐야 하는지 결정한다.
다음 홉 MAC 해석
같은 링크의 .20이면 .20을, 원격 주소이면 게이트웨이 .1을 한다. 이름 해석과 다음 홉 MAC 해석은 별도다.
첫 프레임 생성
IP 목적지는 최종 서버로 유지한다. 목적지는 선택한 다음 홉의 MAC으로 채운다.
라우터의 IP 처리
라우터는 수신 프레임을 벗겨 경로를 조회한다. TTL을 줄이고 헤더 체크섬을 갱신한다.
출력 링크에 재캡슐화
출력 인터페이스와 다음 홉의 MAC으로 새 프레임을 만든다. 이후 라우터에서도 링크별 프레임과 종단 IP를 구분한다.

03먼저 알아둘 용어와 구성요소

: 특정 계층이 해석하고 전달하는 프로토콜 데이터 단위다.
: 상위 데이터를 하위 프로토콜의 데이터로 넣고 필요한 헤더·트레일러를 붙이는 과정이다.
: 수신한 프로토콜 번호·포트 등을 따라 데이터를 올바른 처리기나 연결에 넘기는 일이다.
홉: 패킷이 다음 라우터 또는 링크로 이동하는 전달 단계이며 링크 헤더는 홉마다 달라질 수 있다.
: 사용자 프로그램의 통신 목적과 메시지 형식을 다루는 계층이다. HTTP· 같은 프로토콜이 대표적이다.
: 호스트 안의 통신 종단을 포트 등으로 구분하고 · 같은 전달 서비스를 제공하는 계층이다.
: IP 주소와 경로 정보를 이용해 여러 링크 사이로 패킷을 전달하는 계층이다.
: 하나의 링크 또는 브리지 망에서 프레임과 링크 주소를 이용해 데이터를 주고받는 계층이다.
: 비트가 전기·광·무선 신호로 매체를 통과하도록 하는 기능 계층이다.

LEARN THROUGH PRACTICE

실습: 두 라우터 사이에서 IP와 링크 주소의 역할 나누기

목적지 IP는 끝까지 유지하면서 각 링크의 전달 방식이 바뀌는 과정을 구성도와 첫 홉 명령으로 추적한다.

실습 구성과 전제

두 LAN은 192.168.0.0/24와 192.168.2.0/24이며 중간 192.168.1.0/24는 Serial 링크다.
명령은 실제 구성도의 정상 동작을 재현하도록 정리한 예시다. 그림만으로 통신 성공을 주장하지 않는다.

주소·마스크로 첫 홉 결정
- PC1의 192.168.0.2/24에서 PC2의 192.168.2.2는 다른 네트워크다. 따라서 PC2를 직접 하지 않고 게이트웨이 192.168.0.1을 찾는다.
- 최종 목적지 PC2와 다음 홉 R2의 192.168.1.2는 서로 다른 역할이다.
text
```
PC1> show ip
PC1> ip 192.168.0.2/24 192.168.0.1
```
실습 흐름을 재구성한 명령 예시. 장치·인터페이스 이름은 구성에 맞춰 사용한다.
원본 크기로 보기 ↗
- 양쪽 PC는 서로 다른 /24에 있고 LAN마다 Hub가 있다.
- R1–R2는 Serial 연결이며 양끝 LAN의 Ethernet과 다른 링크다.
확인 기준
게이트웨이가 없거나 마스크가 다르면 라우터 설정 이전의 로컬 판단부터 달라진다.
목적지와 반환 경로 연결
- R1은 PC2 LAN을 R2로 보내고 R2는 PC1 LAN으로 돌아가는 경로를 알아야 한다. 기본 경로가 없을 때 한쪽만 등록하면 요청 또는 응답이 끊긴다.
- 경로표의 프리픽스와 next hop은 스위치 MAC 학습표와 별개다.
text
```
R1(config)# ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.1.2
R2(config)# ip route 192.168.0.0 255.255.255.0 192.168.1.1
R1# show ip route
R2# show ip route
```
실습 흐름을 재구성한 명령 예시. 장치·인터페이스 이름은 구성에 맞춰 사용한다.
확인 기준
R1·R2에서 서로 반대 LAN의 S 경로와 중간 연결 경로를 확인한다.
ICMP와 링크 헤더 별도 관찰
- LAN에서 는 게이트웨이의 주소를 준비하고 는 IP 안에서 전달된다. 가 없는 이 구성에서는 출발지·목적지 IP가 유지된다.
- MAC은 링크마다 바뀔 수 있다. Serial 구간에 MAC 교체 설명을 그대로 적용하지 않는다.
text
```
PC1> ping 192.168.2.2
Wireshark 표시 필터: arp || icmp
```
구성도의 확인 명령과 표시 필터
확인 기준
왕복 응답과 양끝 캡처를 확인한다. 링크가 초록색이라는 사실만으로 성공을 판단하지 않는다.

실습에서 확인한 동작 원리

은 다음 홉을 정하고 링크 계층은 그 다음 홉까지 전달한다.
요청과 반환 경로를 따로 설명해야 성공 조건을 완성할 수 있다.

관련 개념·전체 실습 화면 이어서 읽기 →

동작·명령 참고 문서

RFC 1122 ↗

04예제로 따라가기

192.0.2.10:51000과 192.0.2.10:51001이 198.51.100.20:443에 각각 연결을 만든 계산용 예다. 서버 IP와 포트가 같아도 두 연결의 4-tuple은 다르다. 첫 연결에서 응용 데이터 100바이트를 보낸다. 옵션 없는 20바이트와 20바이트를 더하면 IP Total Length는 140바이트다.
태그 없는 에서는 헤더 14바이트와 FCS 4바이트를 더해 158바이트가 된다. FCS를 제외하는 일반 캡처라면 저장된 프레임 길이는 154바이트일 수 있다. 와 터널이 없는 경로라면 IP 주소와 포트는 유지되고 TTL 및 체크섬이 변한다. 다음 링크에는 새로운 출발지·목적지 MAC과 FCS가 사용된다.
서버가 헤더의 목적지 443을 읽은 뒤 상대 192.0.2.10:51000인 연결 상태를 찾는다. 51001 연결의 순서 번호나 버퍼와 혼합하지 않는다.

05혼동하기 쉬운 점과 확인 기준

다음 홉 MAC을 얻었다는 사실은 로컬 링크에서 해당 이웃을 식별했다는 증거다. 원격 서버 경로, 서버의 리스닝 상태, 응용 인증 성공까지 입증하지는 않는다.
SYN에 대응하는 SYN·ACK는 그 시점에 왕복 통신과 수신 연결 처리가 진행됐다는 증거다. 이후 큰 데이터가 문제로 막히거나 응용 처리가 실패할 수 있다.
서버의 HTTP 오류 응답을 받았다면 해당 요청에 대한 응답 경로는 동작했다. 오류 코드·요청 대상·인증 조건으로 범위를 좁히는 편이 케이블부터 다시 조사하는 것보다 정확하다.

06상세 노트 · 실습 자료

헤더 구조, 설정 예시, 수치 계산과 수업 캡처는 아래 노트에서 이어집니다.

OSI 계층·TCP/IP와 홉별 캡슐화계층의 역할을 주소·포트·프로토콜 식별자와 실제 패킷의 변화로 연결한다. 단말·스위치·라우터를 통과하는 한 요청을 통해 신호, 프레임, 패킷, 연결, 응용 메시지의 범위를 구분한다.상세 노트 읽기 →

공식 문서 · 표준

기초 개념과 동작 설명을 대조한 자료입니다. 제품 버전과 실제 설정에 따른 차이는 본문 및 원문에서 확인하세요.