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과 목 명

컴퓨터네트워크

OSI 참조 모델과 네트워크 장비의

상호작용에 관한 고찰

과 제 보 고 서

목      차

Ⅰ. 서론	2

Ⅱ. OSI 참조 모델의 개념과 계층 구조 개관	2

Ⅲ. 네트워크 장비와 OSI 계층의 상호작용	3

1. 물리 계층과 허브의 역할

2. 데이터 링크 계층과 스위치의 역할

3. 네트워크 계층과 라우터의 역할

4. 캡슐화·역캡슐화로 본 계층 간 상호작용

5. 장비별 기능 비교와 계층적 중요성

Ⅳ. 결론	5

Ⅴ. 참고문헌	6

Ⅰ. 서론

OSI(Open Systems Interconnection) 참조 모델은 서로 다른 제조사의 통신 장비와 소프트웨어가 상호 호환되어 통신할 수 있도록 국제표준화기구(ISO)가 제정한 개념적 프레임워크로, 네트워크 통신 과정을 물리 계층부터 응용 계층까지 총 7개의 계층으로 구분한다. 이 모델은 실제 프로토콜 구현체라기보다 네트워크 통신을 이해하고 설계하기 위한 참조 틀에 가깝지만, 라우터·스위치·허브와 같은 실제 네트워크 장비들이 어느 계층에서 동작하며 어떠한 기능을 수행하는지를 설명하는 데 매우 유용한 분석 도구로 활용된다.

본 과제에서는 OSI 참조 모델의 계층 구조를 간략히 개관한 뒤, 실제 네트워크 장비인 허브·스위치·라우터가 각각 어느 계층에서 동작하며 어떠한 방식으로 상호작용하는지를 살펴본다. 특히 데이터 링크 계층과 스위치의 관계, 물리 계층에서의 허브의 역할, 그리고 네트워크 계층에서의 라우터의 역할을 중심으로 각 장비의 기능과 그 중요성을 구체적으로 설명하고자 한다.

Ⅱ. OSI 참조 모델의 개념과 계층 구조 개관

OSI 참조 모델은 물리 계층(Physical Layer), 데이터 링크 계층(Data Link Layer), 네트워크 계층(Network Layer), 전송 계층(Transport Layer), 세션 계층(Session Layer), 표현 계층(Presentation Layer), 응용 계층(Application Layer)의 7개 계층으로 구성된다. 각 계층은 하위 계층이 제공하는 서비스를 이용하여 상위 계층에 새로운 서비스를 제공하는 계층적 구조를 이루며, 송신 측에서는 상위 계층에서 하위 계층으로 내려가며 데이터에 각 계층의 제어정보(헤더)가 추가되는 캡슐화(encapsulation)가, 수신 측에서는 그 반대 순서로 헤더가 제거되는 역캡슐화(decapsulation)가 이루어진다. 네트워크 장비는 이러한 계층 구조 중 특정 계층까지의 정보를 해석하고 처리함으로써 각기 다른 기능을 수행한다.

Ⅲ. 네트워크 장비와 OSI 계층의 상호작용

1. 물리 계층과 허브의 역할

허브(hub)는 OSI 모델의 최하위 계층인 물리 계층에서 동작하는 장비로, 전기적 신호를 단순히 수신하여 연결된 모든 포트로 재전송(broadcast)하는 역할을 수행한다. 허브는 데이터의 목적지나 내용을 전혀 해석하지 못하며, 단지 신호를 증폭하고 전달하는 리피터(repeater)의 확장된 형태로 볼 수 있다. 이 때문에 허브에 연결된 모든 장치는 하나의 충돌 도메인(collision domain)을 공유하게 되어, 다수의 장치가 동시에 데이터를 전송할 경우 충돌이 발생할 가능성이 높고 네트워크 효율이 저하된다는 한계를 가진다.

2. 데이터 링크 계층과 스위치의 역할

스위치(switch)는 OSI 모델의 데이터 링크 계층에서 동작하며, 프레임에 포함된 MAC(Media Access Control) 주소를 해석하여 목적지 포트로만 데이터를 선택적으로 전달하는 지능적인 장비이다. 스위치는 내부적으로 MAC 주소 테이블을 구축하고 유지함으로써, 허브와 달리 불필요한 포트로의 데이터 전송을 차단하고 포트별로 독립된 충돌 도메인을 형성한다. 이를 통해 네트워크 대역폭의 효율적 사용과 전송 속도의 향상이 가능해지며, 이는 스위치가 현대 근거리통신망(LAN) 구성의 핵심 장비로 자리잡게 된 주된 이유이다.

3. 네트워크 계층과 라우터의 역할

라우터(router)는 OSI 모델의 네트워크 계층에서 동작하는 장비로, 패킷에 포함된 IP 주소를 기반으로 서로 다른 네트워크 간의 최적 경로를 결정하고 데이터를 전달하는 역할을 수행한다. 라우터는 라우팅 테이블(routing table)과 라우팅 프로토콜을 이용하여 목적지 네트워크까지의 경로를 계산하며, 이를 통해 서로 다른 서브넷이나 광역통신망(WAN) 간의 통신을 가능하게 한다. 스위치가 동일 네트워크 내부의 통신을 담당한다면, 라우터는 서로 다른 네트워크를 연결하고 트래픽을 중계하는 상위 계층의 기능을 담당한다는 점에서 근본적인 차이가 있다.

4. 캡슐화·역캡슐화로 본 계층 간 상호작용

데이터가 송신 측 응용 계층에서 생성되어 물리 계층을 거쳐 실제 전송매체로 나가기까지, 각 계층은 자신의 헤더 정보를 데이터에 추가하는 캡슐화 과정을 거친다. 예를 들어 네트워크 계층에서는 IP 헤더가, 데이터 링크 계층에서는 MAC 주소를 포함한 프레임 헤더가 추가된다. 라우터는 이 중 네트워크 계층까지의 헤더(IP 헤더)를 해석하여 경로를 결정하고, 스위치는 데이터 링크 계층의 프레임 헤더(MAC 주소)를 해석하여 전달 경로를 결정하며, 허브는 이러한 헤더 정보를 전혀 해석하지 않고 물리적 신호 자체만을 그대로 전달한다. 이처럼 각 장비가 처리할 수 있는 헤더 정보의 범위가 곧 해당 장비가 속한 OSI 계층을 결정짓는다.

5. 장비별 기능 비교와 계층적 중요성

허브·스위치·라우터는 각각 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층에서 동작하며 처리 대상 정보의 수준이 점차 높아지는 계층적 구조를 이룬다. 허브는 신호 증폭과 단순 전달에 그치지만, 스위치는 MAC 주소 기반의 지능적 전달을, 라우터는 IP 주소 기반의 경로 결정과 네트워크 간 연결을 담당한다. 이러한 계층별 장비의 역할 분담은 대규모 네트워크를 효율적으로 설계하고 문제를 계층별로 분리하여 진단할 수 있게 해준다는 점에서 실무적으로도 큰 의의를 가진다. 예컨대 네트워크 장애가 발생했을 때, 물리적 배선 문제인지, 동일 네트워크 내 프레임 전달의 문제인지, 아니면 네트워크 간 라우팅의 문제인지를 OSI 계층별로 구분하여 접근함으로써 신속하고 체계적인 문제 해결이 가능해진다.

Ⅳ. 결론

OSI 참조 모델은 실제 프로토콜 구현체는 아니지만, 허브·스위치·라우터와 같은 네트워크 장비가 각각 어느 계층에서 어떠한 정보를 기반으로 동작하는지를 이해하는 데 매우 유용한 분석 틀을 제공한다. 물리 계층에서 신호를 단순 전달하는 허브, 데이터 링크 계층에서 MAC 주소 기반으로 지능적으로 프레임을 전달하는 스위치, 네트워크 계층에서 IP 주소를 기반으로 경로를 결정하는 라우터는 각기 다른 수준의 정보를 처리함으로써 서로 보완적인 역할을 수행한다. 이러한 계층적 이해는 네트워크를 설계하고 운영하며 장애를 진단하는 실무 전반에서 필수적인 기초 지식이라 할 수 있다.

Ⅴ. 참고문헌

Tanenbaum, A. S., & Wetherall, D. J. (2011). Computer Networks (5th ed.). Prentice Hall.

Kurose, J. F., & Ross, K. W. (2017). Computer Networking: A Top-Down Approach (7th ed.). Pearson.

Odom, W. (2020). CCNA 200-301 Official Cert Guide. Cisco Press.

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