S3) Unit 6. [네트워크] TCP/IP & 네트워크 계층 모델

📣  회선교환 방식

✔️ 회선교환 : 회선교환 방식은 발신자와 수신자 사이에 데이터를 전송할 전용선을 미리 할당하고 둘을 연결하는 방식

➰ 상대가 다른 상대와 연결중이라면, 상대는 다른 상대와의 전용선에 연결되어 있기 때문에 그 연결이 끊어지고 나서야 상대방과 연결할 수 있다.

➰ 회선이 끊어지는 경우 처음부터 다시 연결을 성립해야 한다.

➰ 즉시성이 떨어진다는 단점이 있다.

 

📣  패킷교환 방식

✔️ 패킷교환 : 패킷이라는 단위로 데이터를 잘게 나누어 전송하는 방식

➰ 각 패킷에는 출발지와 목적지 정보가 있고 이에 따라 패킷이 목적지를 향해 가장 효율적인 방식으로 이동할 수 있다.

➰ 특정 회선이 전용선으로 할당되지 않기 때문에 빠르고 효율적으로 데이터를 전송할 수 있다.

=> IP는 출발지와 목적지의 정보를 IP 주소라는 특정한 숫자값으로 표기하고 패킷단위로 데이터를 전송하게 되었다.

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📣  IP와 IP Packet

✔️ IP(인터넷 프로토콜)는 지정한 IP 주소에 패킷이라는 통신 단위로 데이터를 전달한다.

✔️ IP 패킷은 이를 데이터 통신에 적용한 것이라고 보면 된다.

➰ IP 패킷에는 출발지 IP, 목적지 IP와 같은 정보가 포함되어 있다.

➰ 복잡한 인터넷 망 상에서도 정확한 목적지로 패킷을 전송할 수 있다.

➰ 서버 역시 IP 패킷을 이용해 응답을 한다.

 

📣  IP 의 한계

1️⃣  비연결성

➰ 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능 상태여도, 클라이언트는 서버의 상태를 파악할 수 없기 때문에 패킷을 전송한다.

 

2️⃣  비신뢰성

➰ 중간에 패킷이 사라질 수 있다.

    ﹒ 이런 장애가 생겨도 클라이언트는 이를 파악할 방법이 없다.

➰ 패킷의 순서를 보장할 수 없다.

    ﹒ 패킷들은 중간에 서로 다른 노드를 통해 전달 될 수 있기 때문에 의도하지 않은 순서로 서버에 패킷이 도착할 수 있다.

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📣  네트워크 계층 구조

실제 네트워크 표준은 업계표준을 따르는 TCP/IP 4 계층에 가깝다.

✔️ TCP는 IP 프로토콜보다 더 높은 계층에 TCP 프로토콜이 존재하기 때문에 IP 프로토콜의 한계를 보완할 수 있다.

 

📣  네트워크 전달 과정

✔️ 채팅 프로그램에서 메시지를 보내는 경우

1. HTTP 메시지가 생성되면 Socket을 통해 전달된다.

(socket : 네트워크 환경에 연결할 수 있게 만들어진 연결부)

2. IP 패킷을 생성하기 전 TCP 세그먼트를 생성한다.

3. 이렇게 생성된 TCP/IP 패킷은 LAN 카드와 같은 물리적 게층을 지나기 위해 이더넷 프레임 워크에 포함되어 서버로 전송된다.

 

📣  TCP / IP 패킷

✔️ TCP(Transmission Control Protocol) : 전송 제어 프로토콜

➰ TCP 세그먼트에는 IP 패킷의 출발지 IP와 목적지 IP 정보를 보완할 수 있는 '출발지 PORT, 목적지 PORT, 전송 제어, 순서, 검증 정보' 등을 포함한다.

 

✔️ TCP의 특징

1️⃣ 연결 지향 - TCP 3 way handshake(가상 연결)

➰ 클라이언트는 서버에 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다.

-> 서버는 SYN 요청을 받고 클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK와 SYN가 설정된 패킷을 발송하고 클라이언트가 다시 ACK으로 응답하기를 기다린다.

-> 클라이언트가 서버에게 ACK을 보내면 이 이후로부터 연결이 성립되며 데이터를 전송할 수 있다.

(서버가 꺼져있는 경우 클라이언트가 SYN을 보내고 서버에서 응답이 없기 때문에 데이터를 보내지 않는다.)

 

2️⃣ 데이터 전달 보증

➰ TCP는 데이터 전송이 성공적으로 이루어진다면 이에 대한 응답을 돌려주기 때문에 비연결성을 보완할 수 있다.

 

3️⃣ 순서 보장

➰ 패킷이 순서대로 도착하지 않는다면 TCP 세그먼트에 있는 정보들을 토대로 다시 패킷 전송을 요청할 수 있어 비신뢰성을 보완할 수 있다.

 

4️⃣ 신뢰할 수 있는 프로토콜

 

📣  UDP

✔️ UDP(User Datagram Protocol) : 사용자 데이터그램 프로토콜

 

✔️ UDP의 특징

1️⃣ 하얀 도화지에 비유(기능이 거의 없다)

2️⃣ 비 연결지향 - 3 way handshake X

3️⃣ 데이터 전달 보증 X

4️⃣ 순서 보장 X

5️⃣ 단순하고 빠르다.

6️⃣ 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스(실시간 스트리밍)에 자주 쓰인다.

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📣  OSI 7계층 모델

✔️ ISO(International Orhanization for Standardization)라고 하는 국제표준화기구에서 제정한 표준 규격

➰ 제조사에 상관없이 공통으로 사용할 수 있는 네트워크 표준 규격을 정의했다.

➰ 표준화를 통해 포트, 프로토콜의 호환 문제를 해결하고, 네트워크 시스템에서 일어나는 일을 해당 계층 모델을 이용해 쉽게 설명할 수 있다.

➰ 네트워크 관리자가 문제가 발생 했을 때 원인이 어디에 있는지 범위를 좁혀 문제를 쉽게 파악할 수 있다.

➰ 1계층 - 물리 계층 : OSI 모델의 맨 밑에 있는 계층으로, 시스템 간의 물리적인 연결과 전기 신호를 변환 및 제어하는 계층

    ﹒ 디지털 또는 아날로그로 신호 변경

➰ 2계층 - 데이터링크 계층 : 네트워크 기기 간의 데이터 전송 및 물리주소(e.g. MAC 주소)를 결정하는 계층

    ﹒ 브리지 및 스위치, MAC 주소

➰ 3계층 - 네트워크 계층 : OSI 7 계층에서 가장 복잡한 계층 중 하나로서 실제 네트워크 간에 데이터 라우팅을 담당

    ﹒ 라우팅 : 최대한 빠르게 보낼 최적의 경로를 선택하는 과정

    ﹒ IP 패킷 전송

➰ 4계층 - 전송 계층 : 컴퓨터간 신뢰성 있는 데이터를 서로 주고받을 수 있도록 하는 서비스를 제공하는 계층

    ﹒ TCP/UDP 연결

➰ 5계층 - 세션 계층 : 세션 연결의 설정과 해제, 세션 메시지 전송 등의 기능을 수행하는 계층

➰ 6계층 - 표현 계층 : 응용 계층으로 전달하거나 전달받는 데이터를 인코딩 또는 디코딩하는 계층

    ﹒ 문자 코드, 압축, 암호화 등의 데이터 변환

➰ 7계층 - 응용 계층 : 최종적으로 사용자와의 인터페이스를 제공하는 계층

    ﹒ 이메일 및 파일 전송, 웹 사이트 조회

    ﹒ 대표적인 프로토콜로는 HTTP 가 있다.

 

📣  데이터 캡슐화

✔️ 캡슐화 : 헤더를 붙여나가는 것

✔️ 헤더 : 데이터를 상대방에게 보낼 때 각 계층에서 필요한 데이터를 추가한 정보

➰ 각 계층은 독립적이므로 데이터가 전달되는 동안에 다른 계층의 영향을 받지 않는다.

➰ 데이터를 전송하는 쪽은 데이터를 보내기 위해서 상위 계층에서 하위 계층으로 데이터를 전달한다.

➰ 마지막 물리 계층에 도달하면 송신 측의 데이터링크 계층에서 만들어진 데이터가 전기 신호로 변환되어 수신 측에 전송된다.

 

✔️ 역캡슐화 : 헤더를 제거해 나가는 것

➰ 역캡슐화를 거쳐 마지막 응용 계층에 도달하면 전달하고자 했던 원본 데이터만 남게 된다.

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📣  TCP/IP 4계층 모델

✔️ OSI 모델을 기반으로 실무적으로 이용할 수 있도록 현실에 맞춰 단순화된 모델

➰ 4계층 - 어플리케이션 계층 : OSI 계층의 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층에 해당하며 TCP/UDP 기반의 응용 프로그램을 구현할 때 사용

    ﹒ FTP, HTTP, SSH

➰ 3계층 - 전송 계층 : OSI 계층의 전송 계층에 해당하며 통신 노드간의 연결을 제어하고, 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당

    ﹒ TCP/UDP

➰ 2계층 - 인터넷 계층 : OSI 계층의 네트워크 계층에 해당하며 통신 노드 간의 IP 패킷을 전송하는 기능 및 라우팅을 담당

    ﹒ IP, ARP, RARP

➰ 1계층 - 네트워크 인터페이스 계층 : OSI 계층의 물리 계층과 데이터 링크 계층에 해당하며 물리적인 주소로 MAC을 사용

    ﹒ LAN, 패킷망 등에 사용

 

📣  응용 계층

✔️ 네트워크 모델의 최상위 계층으로 최종적으로 사용자와의 인터페이스를 제공하는 계층

➰ 이메일, 파일 전송, 웹 사이트 조회 등 어플리케이션에 대한 서비스를 사용자에게 제공한다.

➰ 클라이언트와 서버 모두 응용 계층에서 동작한다.

응용 계층의 클라이언트와 서버