1. 들어가며
여러분이 웹사이트에 회원가입을 할 때, 입력한 정보가 어떻게 서버로 전송되는지 궁금했던 적이 있으신가요? 단순히 이름과 이메일을 입력하고 '회원가입' 버튼을 누르는 이 과정은 사실 매우 복잡한 통신의 과정을 거칩니다. 오늘은 우리가 평소에 무심코 사용하는 인터넷 서비스의 이면에 숨겨진 OSI 모델을 통해 회원가입 과정이 어떻게 이루어지는지 자세히 알아보겠습니다.
2. OSI 모델이란?
OSI 모델(Open Systems Interconnection Model)은 컴퓨터 네트워크에서 통신이 어떻게 이루어지는지를 설명하는 7계층 구조의 표준 모델입니다. 이 모델은 네트워크 통신을 각 계층별로 나누어 설명하며, 각각의 계층이 수행하는 역할과 기능을 명확하게 정의합니다.
그렇다면 이 모델을 바탕으로 우리가 회원가입 버튼을 눌렀을 때 발생하는 일을 단계별로 살펴볼까요?
3. 회원가입 과정: OSI 모델로 풀어보는 비밀의 여정
1) 응용 계층: '회원가입' 버튼을 눌렀을 때
응용 계층은 사용자가 직접적으로 상호작용하는 계층입니다. 우리가 브라우저에서 회원가입 페이지를 열고 정보를 입력한 뒤, '회원가입' 버튼을 누르는 순간 이 계층이 활발히 움직입니다. 브라우저는 우리가 입력한 정보를 HTTP 프로토콜을 사용해 요청 메시지로 만들어 서버에 전달할 준비를 합니다.
- 사용자는 웹 브라우저에서 www.signup.com 사이트의 회원가입 페이지로 이동합니다.
- 사용자는 이름, 이메일, 비밀번호를 입력하고 제출 버튼을 클릭합니다.
- 브라우저는 회원가입 정보가 담긴 HTTP POST 요청을 생성합니다.
POST /signup HTTP/1.1 Host: www.signup.com Content-Type: application/x-www-form-urlencoded name=JohnDoe&email=john@example.com&password=secret123 - 이 요청 메시지는 다음 계층으로 전달됩니다.
예를 들어, name=JohnDoe&email=john@example.com&password=secret123와 같은 데이터가 생성되죠. 이 데이터가 인터넷을 타고 서버까지 도달하는 여정을 떠납니다.
2) 표현 계층: 데이터를 암호화하다
이제 브라우저는 이 정보를 적절한 형식으로 변환합니다. 만약 우리가 HTTPS를 통해 회원가입을 시도했다면, 데이터는 안전한 전송을 위해 암호화됩니다. 이 과정은 데이터를 안전하게 보호하기 위한 중요한 단계로, 중간에 누군가가 데이터를 가로채더라도 쉽게 내용을 확인할 수 없게 만듭니다.
- 데이터 인코딩/디코딩:
- 예를 들어, 웹 서버가 이미지 파일을 전송할 때 JPEG나 PNG 같은 형식으로 데이터를 인코딩하여 전송합니다. 클라이언트(예: 웹 브라우저)는 이 데이터를 수신하여 디코딩한 후 사용자가 볼 수 있는 이미지로 변환합니다.
- 텍스트 데이터를 전송할 때 UTF-8 인코딩을 사용하여 전송하면, 수신 측에서 UTF-8로 디코딩하여 정확한 텍스트를 보여줍니다.
- 암호화/복호화:
- HTTPS 연결을 사용할 때 SSL/TLS 프로토콜을 통해 데이터가 암호화됩니다. 예를 들어, 온라인 쇼핑몰에서 결제 정보를 입력할 때, 사용자의 신용카드 정보는 암호화된 상태로 전송되어 중간에 도청을 방지합니다. 서버는 이 데이터를 받아 복호화하여 정보를 이해할 수 있는 상태로 만듭니다.
- 데이터베이스와 애플리케이션 간의 통신에서도 암호화가 사용되며, 표현 계층에서 이러한 암호화와 복호화 과정을 처리합니다.
- 데이터 압축/해제:
- 동영상 스트리밍 서비스에서 대역폭을 절약하기 위해 H.264 또는 H.265 코덱을 사용하여 동영상을 압축한 후 전송합니다. 클라이언트는 이 압축된 데이터를 수신하여 압축을 해제한 후 동영상을 재생합니다.
- 파일 전송 시 ZIP 또는 GZIP과 같은 압축 방식을 사용하여 데이터를 전송하고, 수신 측에서 이를 해제하여 원래 파일로 복원합니다.
- 파일 형식 변환
- 예를 들어, PDF 파일을 웹 페이지에 임베드할 때, 표현 계층에서 PDF를 HTML로 변환하여 웹 브라우저가 이를 올바르게 렌더링할 수 있도록 합니다.
- 비디오 파일을 재생할 때, AVI 형식을 MP4 형식으로 변환하여 재생하거나, 다양한 오디오 형식을 통합하여 출력하는 과정도 표현 계층의 역할에 해당합니다.
이러한 과정을 통해 데이터의 구조나 표현 형식을 변경하고 최적화하여, 송신자와 수신자가 데이터를 올바르게 이해하고 사용할 수 있게 합니다. 표현 계층이 없다면, 서로 다른 형식의 데이터가 혼재되어 통신에 문제가 생길 수 있습니다.
3) 세션 계층: 안전한 연결을 확립하다
브라우저와 서버 간의 세션이 설정되고, 두 장치가 서로 통신할 수 있는 채널이 열립니다. 마치 택배 상자에 배송지와 보내는 사람의 정보를 적는 것처럼, 세션 계층은 안전하게 데이터를 주고받을 수 있는 '연결'을 담당합니다.
다음 예시를 보며 이해합시다.
- 화상 통화 (Video Call):
- 화상 통화 애플리케이션(예: Zoom, Microsoft Teams)은 세션 계층에서 세션을 설정하여 두 사용자가 안정적으로 연결될 수 있게 합니다.
- 통화 중에 네트워크 문제가 발생해도, 세션 계층에서 세션이 유실되지 않도록 연결을 유지하거나 재연결을 시도합니다. 따라서 잠깐의 끊김이 있더라도 통화가 계속 이어질 수 있습니다.
- 파일 전송 중단 및 재개:
- 대용량 파일을 전송하는 경우(예: FTP나 HTTP 파일 다운로드), 중간에 네트워크가 끊겨도 파일 전송을 이어서 할 수 있습니다.
- 예를 들어, 1GB 파일을 다운로드하다가 700MB에서 네트워크가 끊긴다면, 세션 계층은 이전의 상태를 기억하고 재연결된 후 700MB부터 다시 다운로드를 시작할 수 있도록 합니다.
- 원격 데스크톱 연결:
- 원격 데스크톱(예: RDP) 세션은 사용자가 원격 컴퓨터에 접속하여 작업을 수행할 수 있게 합니다. 세션 계층은 사용자의 연결 상태를 유지하고, 중간에 네트워크 연결이 끊어지더라도 재연결 시 이전 작업 상태를 복원합니다.
- 예를 들어, 원격 데스크톱에서 문서 작업을 하던 중 연결이 끊겼다가 재연결되면, 작업하던 문서 상태가 그대로 유지됩니다.
- 온라인 게임 세션 관리:
- 온라인 게임에서 플레이어가 특정 게임 서버에 접속하여 게임 세션을 유지합니다. 게임 중간에 네트워크 지연이나 일시적인 연결 끊김이 발생해도, 세션 계층은 플레이어가 게임에 계속 참여할 수 있도록 세션 상태를 관리합니다.
- 예를 들어, 게임 도중 일시적인 인터넷 문제가 발생하더라도, 세션이 유지되어 게임이 종료되지 않고 이어질 수 있습니다.
- 웹 서버와의 세션 관리:
- 웹사이트에서 사용자 로그인 세션을 관리할 때 사용됩니다. 사용자가 로그인한 후 일정 시간 동안 세션을 유지하여, 다시 로그인하지 않고도 다양한 페이지를 탐색할 수 있습니다.
- 예를 들어, 쇼핑몰에서 사용자가 로그인 후 여러 페이지를 돌아다닐 때마다 로그인 정보를 다시 입력할 필요 없이, 로그인 상태가 유지됩니다.
- 동기화된 오디오 및 비디오 스트리밍:
- 화상 회의나 스트리밍 서비스에서 오디오와 비디오가 동시에 스트리밍되는데, 세션 계층은 이 두 개의 데이터 스트림이 동기화되어 전송되도록 관리합니다.
- 예를 들어, 온라인 강의에서 강사의 목소리와 비디오가 동시에 맞춰져 스트리밍될 수 있도록 세션 계층이 동기화 상태를 유지합니다.
이러한 예시들은 세션 계층이 애플리케이션 간의 연결을 안정적으로 유지하고, 데이터가 정확하게 교환될 수 있도록 관리하는 역할을 잘 보여줍니다. 세션 계층 덕분에 사용자는 통신 도중에도 안정적이고 일관된 서비스를 받을 수 있습니다.
4) 전송 계층: 데이터의 안전한 분배자
여기서부터는 데이터가 네트워크를 타고 이동할 수 있도록 준비하는 단계입니다. 전송 계층은 데이터를 작은 조각(세그먼트)으로 나누고, 각 조각에 번호를 붙여 안전하게 전송할 수 있도록 합니다. 이로 인해 데이터가 순서대로 도착하지 않더라도 재조립할 수 있게 됩니다. 포트 번호도 이 단계에서 지정되는데, 예를 들어, HTTPS의 경우 443번 포트를 사용합니다.
전송 계층(Transport Layer)은 두 시스템 간의 데이터 전송을 담당하며, 신뢰성 있는 데이터 전송과 흐름 제어, 오류 제어를 관리합니다. TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)라는 두 가지 주요 프로토콜을 사용하여 데이터가 정확하고 효율적으로 전달되도록 합니다. 아래는 전송 계층의 역할을 잘 설명할 수 있는 다양한 예시들입니다.
- TCP 기반 웹 페이지 로딩:
- 상황: 사용자가 웹 브라우저에서 www.example.com에 접속하여 웹 페이지를 요청할 때.
- 과정:
- TCP 프로토콜을 사용하여 웹 서버와 클라이언트(브라우저) 간에 연결을 설정합니다(3-way Handshake).
- 데이터는 여러 개의 작은 세그먼트로 나누어 전송됩니다. TCP는 각 세그먼트가 제대로 도착했는지 확인하고, 도착하지 않은 세그먼트가 있다면 재전송을 요청합니다.
- 이러한 신뢰성 덕분에, 사용자는 웹 페이지를 완전하게 로딩할 수 있습니다.
- UDP 기반 비디오 스트리밍:
- 상황: 사용자가 유튜브나 넷플릭스와 같은 스트리밍 서비스를 이용할 때.
- 과정:
- 스트리밍 서비스는 실시간으로 데이터가 전송되는 것을 중요하게 생각하기 때문에, TCP보다 속도가 빠르고 오버헤드가 적은 UDP 프로토콜을 사용합니다.
- UDP는 수신 여부를 확인하지 않고 데이터를 전송하므로, 몇 개의 패킷이 손실되더라도 전체적으로 끊김 없이 비디오나 오디오가 재생됩니다.
- 예를 들어, 실시간 스포츠 방송 중 몇 개의 프레임이 손실되어도 전체 방송이 끊기지 않고 시청할 수 있습니다.
- 파일 다운로드(FTP):
- 상황: 사용자가 FTP 클라이언트를 이용하여 서버에서 파일을 다운로드할 때.
- 과정:
- FTP(File Transfer Protocol)는 TCP를 사용하여 신뢰성 있는 파일 전송을 보장합니다.
- 파일이 여러 세그먼트로 나누어져 전송되며, 수신된 각 세그먼트는 오류 검사 및 재조립 과정을 거칩니다.
- 파일 전송 도중 네트워크 연결에 문제가 발생하면, TCP는 손실된 데이터 세그먼트를 다시 요청하여 정확한 파일이 다운로드되도록 합니다.
- 전자메일 전송 (SMTP):
- 상황: 사용자가 이메일 클라이언트를 통해 이메일을 전송할 때.
- 과정:
- 이메일 전송 프로토콜인 SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)는 TCP를 사용하여 수신자 메일 서버와의 연결을 설정합니다.
- 이메일이 여러 세그먼트로 나누어져 전송되며, TCP는 각 세그먼트가 올바르게 도착했는지 확인합니다.
- 이를 통해 이메일의 내용이 손상되거나 누락되지 않고 안전하게 도착할 수 있습니다.
- 온라인 게임 연결:
- 상황: 사용자가 온라인 게임에 접속하여 플레이할 때.
- 과정:
- 게임에서 실시간으로 데이터를 빠르게 주고받아야 하므로, UDP 프로토콜을 주로 사용합니다. UDP는 데이터 손실이 발생해도 속도가 중요하기 때문에 재전송을 요구하지 않습니다.
- 예를 들어, 슈팅 게임에서 플레이어의 위치 정보를 전송할 때, 몇 개의 패킷이 손실되더라도 즉각적인 반응이 중요하므로 UDP가 사용됩니다.
- 반면, 로그인 시 계정 정보 전송이나 결제 정보 처리와 같이 신뢰성이 중요한 경우에는 TCP를 사용하여 데이터를 정확하게 전송합니다.
- VoIP 통화:
- 상황: 사용자가 인터넷을 통해 음성 통화를 할 때 (예: Skype, WhatsApp).
- 과정:
- VoIP(Voice over IP) 통화에서는 음성 데이터를 빠르게 전송하는 것이 중요하기 때문에 UDP 프로토콜을 사용합니다.
- 데이터가 전송되는 과정에서 약간의 손실이 발생하더라도, 통화의 연속성을 유지하기 위해 재전송을 요구하지 않습니다. 이는 통화 품질을 일정 수준으로 유지하게 도와줍니다.
- HTTP와 HTTPS 연결:
- 상황: 사용자가 웹사이트에 접속할 때.
- 과정:
- HTTP와 HTTPS는 둘 다 TCP를 사용하여 웹 서버와 클라이언트 간의 데이터를 주고받습니다.
- HTTP는 평문으로 데이터를 전송하지만, HTTPS는 데이터를 암호화하여 보안성을 더 높입니다.
- TCP 연결을 통해 신뢰성 있는 데이터 전송이 보장되므로, 사용자는 웹 페이지의 모든 요소(텍스트, 이미지 등)를 빠짐없이 받아볼 수 있습니다.
이처럼 전송 계층은 데이터가 안정적으로 전송되고, 필요한 경우 빠른 속도로 데이터를 전송하는 역할을 합니다. TCP는 신뢰성과 정확성을, UDP는 속도와 효율성을 중시하는 특성이 있어, 다양한 상황에서 각각의 프로토콜이 적절히 사용됩니다.
5) 네트워크 계층: 최적의 경로를 찾아라
이제 데이터를 목적지로 보낼 차례입니다. 네트워크 계층은 IP 주소를 사용하여 데이터를 최적의 경로로 전송합니다. 여기서는 출발지와 목적지의 IP 주소를 확인하고, 여러 네트워크 장비(예: 라우터)를 거쳐 최종 목적지(서버)에 도달할 때까지 최선의 경로를 찾습니다. 마치 택배가 여러 물류센터를 거쳐 최종 목적지에 도착하는 것과 비슷하죠.
네트워크 계층(Network Layer)은 데이터를 목적지까지 전달하는 데 필요한 경로 설정(라우팅)과 데이터 패킷을 전송하는 역할을 합니다. IP 주소를 사용하여 서로 다른 네트워크 간의 데이터 전송을 관리하며, 패킷 전달이 올바르게 이루어지도록 합니다. 네트워크 계층의 대표적인 프로토콜로는 IP(Internet Protocol), ICMP(Internet Control Message Protocol), 그리고 라우팅 프로토콜들이 있습니다. 아래는 네트워크 계층의 역할을 잘 설명할 수 있는 다양한 예시들입니다.
- IP 주소를 이용한 데이터 전송:
- 상황: 사용자가 웹 브라우저에서 www.example.com에 접속할 때.
- 과정:
- 사용자가 웹 주소를 입력하면, 브라우저는 DNS(Domain Name System)를 통해 해당 웹사이트의 IP 주소(예: 203.0.113.10)를 찾습니다.
- 네트워크 계층은 사용자의 IP 주소(예: 192.168.1.2)와 웹 서버의 IP 주소(203.0.113.10)를 패킷에 포함하여 데이터를 전송합니다.
- 이때, 데이터는 라우터를 통해 최적의 경로를 찾아 서버까지 전달됩니다.
- 라우팅 (Routing):
- 상황: 한 국가에 위치한 컴퓨터에서 다른 국가의 서버에 접속할 때.
- 과정:
- 데이터 패킷이 출발지에서 목적지까지 전달되기 위해 여러 네트워크 장비(라우터)를 거치게 됩니다.
- 라우터는 자신이 가진 라우팅 테이블을 참고하여 패킷이 목적지로 가는 가장 효율적인 경로를 선택합니다.
- 예를 들어, A라는 컴퓨터에서 B라는 서버로 가는 패킷이 중간에 여러 개의 라우터를 거쳐 가면서 각각의 라우터가 패킷의 최적 경로를 설정해줍니다.
- ICMP를 이용한 네트워크 진단 (Ping):
- 상황: 사용자가 네트워크 상태를 확인하기 위해 특정 서버에 Ping 명령을 실행할 때.
- 과정:
- 사용자가 ping www.google.com 명령을 실행하면, 컴퓨터는 ICMP 패킷을 생성하여 해당 서버로 전송합니다.
- 서버는 이를 수신한 후 응답 패킷을 되돌려 보냅니다.
- 이를 통해 네트워크가 정상적으로 연결되어 있는지, 지연 시간(Ping Time)이 얼마나 되는지 등을 확인할 수 있습니다.
- 네트워크 주소 변환 (NAT):
- 상황: 여러 대의 컴퓨터가 하나의 공인 IP 주소를 통해 인터넷에 접속할 때.
- 과정:
- NAT(Network Address Translation) 라우터는 내부 네트워크의 사설 IP 주소를 공인 IP 주소로 변환하여 인터넷에 접속할 수 있게 합니다.
- 예를 들어, 회사 내부의 컴퓨터(192.168.0.10)가 외부 서버에 접속할 때 NAT 장치는 이 사설 IP 주소를 회사의 공인 IP 주소(203.0.113.100)로 변환하여 데이터를 전송합니다.
- 외부 서버는 이 공인 IP 주소로 응답을 보내며, NAT 장치는 다시 내부 IP 주소로 변환하여 적절한 컴퓨터로 데이터를 전달합니다.
- VPN (Virtual Private Network):
- 상황: 사용자가 원격지에서 회사 내부 네트워크에 접속하여 작업할 때.
- 과정:
- VPN은 사용자의 데이터를 암호화하여 터널링을 통해 안전하게 회사 네트워크로 전달합니다.
- VPN 서버는 사용자의 공인 IP 주소와 회사 내부의 사설 IP 주소 간의 매핑을 관리하며, 사용자가 마치 회사 내부에 있는 것처럼 네트워크에 접속할 수 있도록 합니다.
- 이 과정에서 네트워크 계층의 IP 주소가 안전하게 전달되며, 사용자와 회사 네트워크 간의 안전한 통신이 이루어집니다.
- 이동 중인 기기의 IP 주소 변경 (Mobile IP):
- 상황: 사용자가 이동하면서 Wi-Fi와 셀룰러 네트워크를 전환할 때.
- 과정:
- 사용자가 Wi-Fi에서 셀룰러 데이터로 전환할 때 IP 주소가 변경됩니다.
- Mobile IP 프로토콜은 이러한 상황에서 홈 에이전트(Home Agent)와 외부 에이전트(Foreign Agent)를 사용하여, 변경된 IP 주소에도 불구하고 사용자가 계속해서 연결된 상태를 유지하도록 도와줍니다.
- 예를 들어, 사용자 A가 화상 회의 중 Wi-Fi에서 셀룰러 데이터로 전환해도 통화가 끊기지 않고 연결이 유지됩니다.
- 네트워크 간의 연결과 라우팅 프로토콜:
- 상황: 여러 라우터가 연결된 대규모 네트워크에서 데이터가 최적의 경로를 통해 전달될 때.
- 과정:
- 라우터들은 OSPF(Open Shortest Path First) 또는 BGP(Border Gateway Protocol)와 같은 라우팅 프로토콜을 사용하여 네트워크 간의 경로 정보를 교환합니다.
- 예를 들어, OSPF는 네트워크 내부의 여러 라우터가 최단 경로를 설정할 수 있게 도와주고, BGP는 인터넷 상에서 서로 다른 자율 시스템(Autonomous System) 간의 경로 정보를 교환하여 전 세계적으로 데이터가 최적의 경로를 통해 전달될 수 있게 합니다.
이러한 예시들을 통해 네트워크 계층이 데이터의 정확하고 효율적인 전송을 위해 어떻게 동작하는지, 그리고 IP 주소를 기반으로 다양한 기능들을 수행하는지 알 수 있습니다. 네트워크 계층은 인터넷 통신의 핵심적인 역할을 하며, 우리가 일상적으로 사용하는 모든 네트워크 서비스의 기초가 됩니다.
6) 데이터 링크 계층: 근거리 네트워크의 영웅
데이터 링크 계층은 물리적으로 가까운 장치 간의 데이터 전송을 담당합니다. 네트워크 계층에서 전달된 패킷을 프레임으로 감싸고, 이더넷이나 Wi-Fi 같은 로컬 네트워크에서 전송할 수 있게 준비합니다. 이때 출발지와 목적지의 MAC 주소가 사용되며, 네트워크 스위치 같은 장치가 이 데이터를 처리합니다.
데이터 링크 계층(Data Link Layer)은 네트워크에서 이웃한 두 장치 간에 데이터 전송을 관리하고, 오류 검출 및 수정, 프레임(frame) 전송 등을 담당합니다. 물리 계층에서의 신호 전송을 보완하고, 신뢰성 있는 데이터 링크를 제공하는 역할을 합니다. MAC 주소를 사용하여 네트워크 내의 장치들을 식별하며, LAN(Local Area Network) 환경에서 주로 중요한 역할을 합니다. 아래는 데이터 링크 계층의 역할을 잘 설명할 수 있는 다양한 예시들입니다.
- 이더넷 (Ethernet) 통신:
- 상황: 회사나 가정의 네트워크에서 컴퓨터들이 이더넷 케이블로 연결되어 있을 때.
- 과정:
- 각 컴퓨터는 이더넷 프레임을 생성하여 데이터 링크 계층에서 MAC 주소를 이용해 서로 데이터를 주고받습니다.
- 예를 들어, A 컴퓨터가 B 컴퓨터로 파일을 전송할 때, 데이터 링크 계층은 출발지 MAC 주소(A의 MAC 주소)와 목적지 MAC 주소(B의 MAC 주소)를 포함하는 프레임을 생성하여 데이터를 전송합니다.
- 스위치는 이러한 프레임을 받아 목적지 MAC 주소에 해당하는 포트로 데이터를 전달합니다.
- Wi-Fi 통신:
- 상황: 무선 네트워크 환경에서 스마트폰이 Wi-Fi를 통해 인터넷에 접속할 때.
- 과정:
- 스마트폰은 액세스 포인트(AP)와 데이터 링크 계층을 통해 통신을 시작합니다.
- 데이터가 전송될 때, 스마트폰과 AP는 서로의 MAC 주소를 사용하여 데이터를 프레임으로 캡슐화하여 무선으로 전송합니다.
- 예를 들어, 스마트폰에서 웹사이트를 요청할 때, 요청 데이터는 스마트폰의 MAC 주소와 AP의 MAC 주소를 포함한 프레임으로 변환되어 무선으로 전송됩니다. AP는 이 프레임을 받아서 인터넷으로 전송합니다.
- MAC 주소 필터링:
- 상황: 네트워크 관리자 또는 가정에서 특정 장치만 네트워크에 연결할 수 있도록 설정할 때.
- 과정:
- 데이터 링크 계층의 MAC 주소를 이용해 네트워크에 접근할 수 있는 장치를 제한할 수 있습니다.
- 예를 들어, 네트워크 관리자가 라우터나 스위치에서 MAC 주소 필터링 기능을 설정하여, 허용된 MAC 주소를 가진 장치들만 네트워크에 접속할 수 있게 합니다.
- 이를 통해 불필요한 네트워크 접근을 방지하고, 네트워크 보안을 강화할 수 있습니다.
- 스위치의 MAC 주소 테이블:
- 상황: 스위치가 연결된 장치들의 데이터를 관리하고 전달할 때.
- 과정:
- 스위치는 각 포트에 연결된 장치들의 MAC 주소를 저장하고 관리합니다. 이를 MAC 주소 테이블 또는 CAM(Content Addressable Memory) 테이블이라고 합니다.
- 예를 들어, A 컴퓨터가 B 컴퓨터로 데이터를 전송하려고 할 때, 스위치는 수신한 프레임의 목적지 MAC 주소를 확인하여 해당 MAC 주소가 연결된 포트로만 데이터를 전송합니다.
- 이를 통해 스위치는 네트워크 트래픽을 효율적으로 관리하고, 충돌을 최소화합니다.
- VLAN (Virtual LAN):
- 상황: 하나의 물리적 네트워크를 여러 개의 논리적 네트워크로 분할하여 사용할 때.
- 과정:
- VLAN은 데이터 링크 계층에서 서로 다른 네트워크 세그먼트 간의 트래픽을 분리하여 관리할 수 있도록 합니다.
- 예를 들어, 회사 내에서 관리 부서와 영업 부서의 네트워크를 논리적으로 분리하여 각 부서의 트래픽이 서로 영향을 미치지 않도록 설정할 수 있습니다.
- 이는 스위치의 포트를 VLAN ID로 구분하여 설정하며, 데이터 링크 계층에서 태그를 추가하여 프레임을 특정 VLAN으로 전달합니다.
- ARP (Address Resolution Protocol):
- 상황: 컴퓨터가 동일 네트워크 내의 다른 컴퓨터와 통신할 때 IP 주소를 MAC 주소로 변환해야 할 때.
- 과정:
- A 컴퓨터가 동일 네트워크 내의 B 컴퓨터와 통신하려고 할 때, A는 B의 IP 주소를 알고 있지만 MAC 주소는 모를 수 있습니다.
- 이때 A는 ARP 요청을 네트워크에 브로드캐스트하여 “이 IP 주소를 가진 장치는 자신의 MAC 주소를 알려달라”고 요청합니다.
- B 컴퓨터는 자신의 MAC 주소를 포함한 ARP 응답을 A 컴퓨터로 보내고, A는 이를 통해 B의 MAC 주소를 알아낸 뒤 데이터를 전송할 수 있습니다.
- 프레임 재전송 (Frame Retransmission):
- 상황: 네트워크에서 데이터 충돌이 발생하여 프레임이 손실되었을 때.
- 과정:
- 이더넷과 같은 네트워크에서는 데이터 충돌이 발생하면 충돌을 감지한 장치가 전송을 중지하고, 무작위 시간 후에 다시 전송을 시도합니다.
- 예를 들어, 두 대의 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송하려다가 충돌이 발생하면, 데이터 링크 계층에서 이를 감지하고, 두 컴퓨터는 각각의 데이터를 재전송합니다.
- 이러한 방식은 네트워크 내에서 데이터 전송의 신뢰성을 높여줍니다.
- PPP (Point-to-Point Protocol):
- 상황: 사용자가 전화 접속이나 DSL 연결을 통해 인터넷에 접속할 때.
- 과정:
- PPP는 데이터 링크 계층에서 사용되는 프로토콜로, 두 장치 간의 직접 연결을 통해 데이터를 전송합니다.
- 예를 들어, 사용자가 전화선을 통해 인터넷에 접속할 때, PPP는 두 장치 간에 안정적인 데이터 링크를 설정하고 유지하여 데이터를 전송합니다.
- PPP는 오류 검출과 흐름 제어 기능도 제공하여, 안정적인 연결을 보장합니다.
7) 물리 계층: 데이터를 실제로 전송하다
마지막으로 물리 계층에서는 모든 데이터가 전기 신호나 무선 신호의 형태로 변환되어 실제 네트워크 매체(케이블, 무선)로 전송됩니다. 이 과정은 케이블을 통해 전류가 흐르거나, 무선 신호가 전파되어 데이터가 실제로 이동하는 단계를 의미합니다.
물리 계층(Physical Layer)은 네트워크에서 데이터를 전송하는 데 사용되는 물리적 매체와 신호를 정의하는 계층입니다. 비트 단위의 데이터를 전기적, 광학적, 무선 신호로 변환하여 실제 전송 매체를 통해 주고받는 역할을 합니다. 이 계층은 케이블, 커넥터, 전송 속도, 전압 수준, 신호의 물리적 특성 등을 포함하여 데이터를 어떻게 물리적으로 전달할지 규정합니다. 다음은 물리 계층의 예시들입니다.
- 이더넷 케이블:
- 상황: 사무실에서 여러 대의 컴퓨터가 이더넷 케이블로 연결되어 있을 때.
- 과정:
- CAT5e, CAT6, CAT7 등 다양한 유형의 이더넷 케이블은 데이터를 전기 신호로 변환하여 전송합니다.
- 예를 들어, 컴퓨터 A에서 전송된 데이터가 전기 신호 형태로 이더넷 케이블을 통해 컴퓨터 B로 전달됩니다.
- 케이블의 길이, 품질, 차폐 여부 등은 데이터 전송 속도와 안정성에 영향을 미칩니다.
- 광섬유 케이블 (Fiber Optic Cable):
- 상황: 대규모 데이터 센터 간의 고속 데이터 전송을 위해 광섬유 케이블이 사용될 때.
- 과정:
- 광섬유 케이블은 데이터를 빛의 형태로 변환하여 매우 높은 속도로 전송합니다.
- 예를 들어, 데이터 센터 A에서 B로 대용량 데이터를 전송할 때, 광섬유 케이블을 통해 빛의 형태로 데이터가 전달됩니다. 이는 전기적 간섭에 영향을 받지 않고, 먼 거리에서도 신호 손실 없이 고속 전송이 가능합니다.
- 단모드(single-mode)와 다중모드(multi-mode) 광섬유 케이블은 각각 긴 거리와 단거리 전송에 사용됩니다.
- 무선 신호 (Wi-Fi):
- 상황: 사용자가 Wi-Fi를 통해 무선 네트워크에 연결할 때.
- 과정:
- 무선 네트워크에서는 데이터를 전자기파(무선 신호)로 변환하여 공기 중으로 전송합니다.
- 예를 들어, 사용자가 스마트폰을 통해 무선 라우터에 접속할 때, 스마트폰의 네트워크 인터페이스 카드(NIC)는 데이터를 무선 신호로 변환하여 전송합니다. 라우터는 이를 수신하고 다시 디지털 데이터로 변환하여 네트워크로 전달합니다.
- 주파수 대역(예: 2.4GHz, 5GHz)과 신호 강도, 신호 간섭 등이 데이터 전송 품질에 영향을 줍니다.
- Bluetooth 통신:
- 상황: 사용자가 무선 이어폰을 스마트폰에 연결하여 음악을 들을 때.
- 과정:
- 스마트폰과 무선 이어폰은 Bluetooth 기술을 사용하여 데이터를 주고받습니다.
- 음악 데이터는 디지털 신호에서 무선 주파수(RF) 신호로 변환되어 공기 중으로 전송됩니다.
- Bluetooth는 단거리 데이터 전송에 사용되며, 신호의 전력 수준과 주파수 대역을 물리 계층에서 관리합니다.
- DSL 모뎀과 전화선:
- 상황: 가정에서 DSL 모뎀을 사용하여 인터넷에 접속할 때.
- 과정:
- DSL(Digital Subscriber Line) 모뎀은 데이터를 고주파 신호로 변환하여 기존 전화선을 통해 전송합니다.
- 예를 들어, 사용자가 인터넷에 접속할 때, 모뎀은 데이터를 전화선의 주파수 대역 중 하나를 사용하여 전송합니다. 이 신호는 전화선의 물리적 특성을 통해 ISP(인터넷 서비스 제공자)까지 전달됩니다.
- 전화선의 길이와 품질은 데이터 전송 속도와 신호 안정성에 영향을 미칩니다.
- RS-232 시리얼 통신:
- 상황: 산업용 기기나 구형 컴퓨터 장치에서 시리얼 포트를 통해 데이터를 전송할 때.
- 과정:
- RS-232는 직렬 통신을 위해 설계된 표준으로, 데이터를 비트 단위로 전송합니다.
- 예를 들어, 컴퓨터가 산업용 제어 장치에 데이터를 전송할 때, RS-232 케이블을 통해 전송됩니다. 이때 전압 레벨의 변화로 0과 1의 데이터를 표현합니다.
- 시리얼 통신의 속도와 전송 거리는 케이블 길이와 품질에 따라 결정됩니다.
- 광 네트워크에서의 레이저 다이오드:
- 상황: 광 통신 네트워크에서 레이저를 사용하여 데이터를 전송할 때.
- 과정:
- 레이저 다이오드는 광섬유 케이블을 통해 데이터를 전송하는 데 사용됩니다.
- 데이터는 전기 신호에서 빛 신호로 변환되며, 광섬유를 통해 고속으로 전송됩니다.
- 이러한 빛 신호는 데이터 센터 간 또는 국가 간의 장거리 데이터 전송에 사용됩니다.
- 물리적 연결 매체의 속도 차이:
- 상황: 사용자가 USB 2.0과 USB 3.0 포트에 외장 하드 드라이브를 연결하여 파일을 전송할 때.
- 과정:
- USB 2.0은 최대 480Mbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있지만, USB 3.0은 최대 5Gbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있습니다.
- 물리 계층에서 두 포트의 전송 속도와 물리적 매체(케이블)의 차이가 데이터 전송 속도에 영향을 줍니다. 이를 통해 파일 전송 속도가 달라지게 됩니다.
이러한 예시들은 물리 계층이 네트워크 상에서 데이터를 실제로 전송하고, 물리적인 매체와 신호를 어떻게 관리하는지 보여줍니다. 물리 계층은 네트워크 통신의 가장 기본적인 부분을 담당하며, 신호의 형태와 매체의 특성, 전송 속도 등이 이 계층에서 결정됩니다.
4. 서버에 도착한 데이터: 거꾸로 진행되는 여정
이렇게 전송된 데이터는 서버에서 거꾸로 같은 계층을 거쳐 원래의 HTTP 요청 메시지로 복원됩니다. 서버는 우리가 입력한 회원가입 정보를 분석하고 데이터베이스에 저장한 후, 성공적인 회원가입을 알리는 응답 메시지를 다시 우리에게 전송합니다.
5. 마무리하며: OSI 모델을 이해해야 하는 이유
일상 속에서 우리가 무심코 사용하는 회원가입, 로그인, 파일 전송 등의 모든 과정은 이처럼 OSI 모델을 기반으로 작동하고 있습니다. OSI 모델을 이해한다면, 네트워크의 문제를 파악하고 해결하는 데 큰 도움이 됩니다. 마치 빌딩의 구조를 알고 있으면 어디에 문제가 생겼는지 쉽게 찾을 수 있는 것처럼 말이죠.
인터넷 세상에서 우리가 클릭하는 매 순간, 수많은 데이터가 이러한 복잡한 과정을 거쳐 목적지에 도달합니다. 다음에 회원가입을 할 때, '이런 복잡한 과정이 숨어 있구나'를 떠올리며 조금 더 감사한 마음으로 데이터를 전송해 보는 건 어떨까요?
이제 여러분도 회원가입 과정 속에 숨겨진 네트워크의 비밀을 이해하게 되었기를 바랍니다! 네트워크의 기초를 더 깊이 알고 싶다면, 앞으로도 함께 탐구해 나가봐요! 😊
끝.
