TCP/IP 4계층 모델

프로토콜이란? 데이터 통신을 원활하게 하기 위해 필요한 통신 규약

인터넷 프로토콜 스위트는 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고 받는데 쓰이는 통신 규약의 집합이다

인터넷 프로토콜 스위트 중 TCP와 IP가 가장 많이 사용되므로 TCP/IP 프로토콜 스위트라고도 불린다

 

이를 TCP/IP 4계층 모델이라고 한다 이와 비슷한 개념으로 OSI 7계층 모델이 있다

OSI 7계층 / TCP IP 4계층 모델

해당 포스팅에서는 TCP/IP 4계층을 다루어보려고한다

💡 OSI 7계층은 해당 블로그를 참조하면 좋을 것 같다

OSI 7계층 정리

위의 각 계층들은 특정 계층이 변경되었을 때 다른 계층이 영향을 받지 않도록 설계되어있다. 예를들어 전송 계층에서 TCP를 UDP로 변경했다고 하여 인터넷 웹 브라우저를 다시 설치해야하는 것은 아니다.

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애플리케이션 계층

애플리케이션 계층은  FTP, HTTP, SSH, SMTP, DNS 등 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층이며 웹 서비스, 이메일 등 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 층 이다

• FTP 란? 장치와 장치간의 파일을 전송하는데 사용되는 표준 통신 프로토콜
• SSH 란? 보안되지 않은 네트워크에서 네트워크 서비스를 안전하게 운영하기 위한 암호화 네트워크 프로토콜
• HTTP 란? World Wide Web을 위한 데이터 통신의 기초이자 웹 사이트를 이용하는데 쓰는 프로토콜
• SMTP 란?  전자 메일 전송을 위한 인터넷 표준 통신 프로토콜
• DNS 란? 도메인 이름과 IP 주소를 매핑해주는 서버

전송 계층

전송 계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며, 애플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때의 중계 역할을 합니다 대표적으로 TCP, UDP가 있다

• TCP는 패킷 사이의 순서를 보장하고 연결지향 프로토콜을 사용해서 연결을 하여 신뢰성을 구축해서 수신 여부를 확인하며 '가상회선 패킷 교환 방식'을 사용한다
• UDP는 순서를 보장하지 않고 수신 여부를 확인하지 않으며 단순히 데이터만 주는 '데이터그램 패킷 교환 방식' 을 사용한다

가상회선 패킷 교환 방식

가상회선 패킷 교환 방식은 각 패킷에는 가상회선 식별자가 포함되며 모든 패킷을 전송하면 가상회선이 해제되고 패킷들은 전송된 '순서대로' 도착하는 방식

 

데이터그램 패킷 교환 방식

데이터그램 패킷 교환 방식은 패킷이 독립적으로 이동하며 최적의 경로를 선택하여 가는데, 하나의 메시지에서 분할된 여러 패킷은 서로 다른 경로로 전송될 수 있으며 도착한 '순서가 다를 수' 있는 방식

 

TCP 연결 성립 과정

TCP는 신뢰성을 확보할 때 3-웨이 핸드셰이크 라는 작업을 진행한다

3웨이 핸드셰이크 작업

• SYN 단계 : 클라이언트는 서버에 클라이언트의 ISN을 담아 SYN을 보낸다.  ISN은 새로운 TCP 연결의 첫 번째 패킷에 할당된 임의의 시퀀스 번호를 말한다
• SYN + ACK 단계 : 서버는 클라이언트의 SYN을 수신하고 서버의 ISN을 보내며 승인번호로 클라이언트의 ISN+1을 보낸다
• ACK 단계 : 클라이언트는 서버의 ISN+1 한 값인 승인번호를 담아 ACK를 서버에 보낸다

3웨이 핸드셰이크 과정을 거친 후 신뢰성이 구축 되고 데이터 전송을 시작한다 이 과정의 유무로인하여 TCP는 신뢰성있는 계층

UDP는 신뢰성없는 계층이라고 한다

 

TCP 연결 해제 과정

연결을 해제할 때는 4-웨이 핸드셰이크 과정이 발생한다

 

• 1번 : 먼저 클라이언트가 연결을 닫으려고 할 때 FIN으로 설정된 세그먼트(=데이터를 관리하는데 필요한 연산)를 보낸다 그리고 클라이언트는 FIN_WAIT_1 상태로 돌아가고 서버의 응답을 기다린다
• 2번 : 서버는 클라이언트로 ACK라는 승인 세그먼트를 보낸다 그리고 CLOSE_WAIT 상태에 들어간다. 클라이언트가 세그먼트를 받으면 FIN_WAIT_2 상태에 들어간다
• 3번 : 서버는 ACK를 보내고 일정 시간 이후에 클라이언트에 FIN이라는 세그먼트를 보낸다
• 4번 : 클라이언트는 TIME_WAIT 상태가 되고 다시 서버로 ACK를 보내서 서버는 CLOSED 상태가 된다
• 이후 클라이언트는 어느 정도의 시간을 대기한 후 연결이 닫히고 클라이언트와 서버의 모든 자원 연결이 해제된다

TIME_WAIT을 하는 이유?

1. 지연 패킷이 발생할 경우를 대비하기 위함

2. 두 장치가 연결이 닫혔는지 확인하기 위함

 

인터넷 계층

인터넷 계층은 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용되는 계층

IP, ARP, ICMP 등이 있으며 패킷을 수신해야 할 상대의 주소를 지정하여 데이터를 전달 한다

상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않는 비연결형적인 특징을 가지고 있다

 

링크 계층

링크계층은 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고받는 '규칙'을 정하는 계층 참고로 네트워크 계층이라고도 한다

물리 계층과 데이터 계층으로도 나누기도 한다

• 물리 계층은 무선 LAN 과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보내는 계층
• 데이터 링크 계층은 '이더넷 프레임'을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당하는 계층 
•  

계층 간 데이터 송수신 과정

애플리케이션 계층에서 전송 계층으로 전송하는 요청 값들이 캡슐화 과정을 거쳐 전달되고, 다시 링크 계층을 통해 해당 서버와 통신을 하고, 해당 서버의 링크 계층으로부터 애플리케이션까지 비 캡슐화 과정을 거쳐 데이터가 전송된다

 

캡슐화 과정

상위 계층의 헤더와 데이터를 하위 계층의 데이터 부분에 포함시키고 해당 계층의 헤더를 삽입하는 과정

 

비캡슐화 과정

하위 계층에서 상위 계층으로 가며 각 계층의 헤더 부분을 제거하는 과정 이후 최종 적으로 PDU 메세지로 전달된다

위에서 아래로 캡슐화 과정/ 아래에서 위로 비캡슐화 과정

PDU

네트워크의 어떠한 계층에서 계층으로 데이터가 전달될 대 한 덩어리의 단위를 말한다

PDU는 제어 관련 정보들이 포함된 '헤더', 데이터를 의미하는 '페이로드'로 구성되어있다

 

 

 

참고

rlacksals96.log

참고

면접을 위한 CS 전공지식노트