[CS] TCP / IP 4계층

1. TCP / IP 개념

IP (인터넷 프로토콜)

- 지정한 IP주소에 데이터의 조각들을 패킷 이라는 통신 단위로 최대한 빨리 목적지로 보내는 역할

- 조각들의 순서가 뒤바뀌거나 일부가 누락되더라도 크게 상관하지 않고 보내는데 집중을 한다

- 그래서 IP 프로토콜은 패킷의 순서 보장도 할 수 없고 패킷이 중간에 유실되도 이에 대한 방안이 없다

 

TCP (전송 제어 프로토콜)

- 패킷 데이터의 전달을 보증하고 보낸 순서대로 받게 해준다

- 도착한 조각을 점검하여 줄을 세우고 망가졌거나 빠진 조각을 다시 요청하는 식으로 순서를 보장한다

- TCP는 데이터를 상대방에게 확실하게 보내기 위해서 3 way handshake 라는 방법을 사용한다

(해당 방법은 패킷을 보내고 잘 보내졌는지 여부를 상대에게 확인하러 간다)

- 여기에서 고유의 SYN, ACK 라는 TCP 플래그를 사용한다

(일종의 확인 마크 정도로 이해하면 된다)

- 즉 TCP는 IP의 문제를 보완해준 방법이라고 보면된다

 

TCP	IP
IP 보다 느리지만 꼼꼼한 방식을 사용 도착한 데이터 조각을 점검하여 줄을 세우고 망가졌거나 빠진조각을 다시 요청한다	데이터의 조각들을 최대한 빨리 목적지로 보내는 역할 데이터가 뒤바뀌거나 누락되도 크게 상관하지 않는다

 

TCP 3 way handshake

본격적으로 상대 클라이언트와 연결되기 전에 가상 연결을 해서 패킷으로 보내서 확인하는 동작이다

 

SYN : 접속 요청

ACK : 요청 수락

 

이름	의미
SYN	연결을 생성할 때 클라이언트가 서버에 시퀀스 번호를 보내는 패킷
SYN-ACK	시퀀스 번호를 받은 서버가 ACK 값을 생성하여 클라이언트에게 응답하는 패킷
ACK	ACK 값을 사용하여 응답하는 패킷

 

 

1) 클라이언트 -> 서버 : SYN 패킷 전송

2) 서버 -> 클라이언트 : SYN + ACK 패킷 전송

3) 클라이언트 -> 서버 : ACK + 데이터 패킷 전송

4) 데이터 패킷 전송

 

TCP 순서 보장 방법

1) 클라이언트에서 패킷1, 패킷2, 패킷3 순서로 전송

2) 서버에서 패킷1, 패킷3, 패킷2 순서로 받음

3) 서버에서 패킷2 부터 다시 보내라고 클라이언트에게 요청 (TCP 기본 동작)

 

이렇게 패킷을 순서대로 제어 할 수 있는 이유는 TCP 데이터 안에 전송제어 순서, 정보드이 있기 떄문

그래서 TCP는 신뢰할 수 있는 프로토콜이라고 얘기한다

 

UDP (사용자 데이터그램 프로토콜)

- 비 연결지향적 프로토콜

- 데이터 전달을 보증하지 않는다

- 순서를 보장하지 않는다

- TCP에 비교해서 기능이 거의 없어 단순하지만 오로지 빠르게 패킷을 보내는데 목적이 있다

- IP와 거의 같다고 보면된다, PORT와 체크섬(메시지 검증해주는 데이터) 정도만 추가된 형태이다

- IP에 기능이 거의 추가되지 않은 하얀 도화지 같은 상태이기에 최적화 및 커스터마이징이 용이하다

 

 

TCP	UDP
연결지향형 프로토콜	비 연결지향형 프로토콜
바이트 스트림을 통한 연결	메세지 스트림을 통한 연결
혼잡제어, 흐름제어	혼잡제어와 흐름제어 지원 안함
순서 보장, 상대적으로 느림	순서 보장되지 않음, 상대적으로 빠름
신뢰성 있는 데이터 전송 -안정적	데이터 전송 보장하지 않음
세그먼트 TCP 패킷	데이터그램 UDP 패킷
HTTP, Email, File transfer에서 사용	도메인, 실시간 동영상 서비스에서 사용

 

TCP / IP 4계층

4 Layer	Application Layer	HTTP, FTP, DNS, SMTP
3 Layer	Transport Layer	TCP, UDP
2 Layer	Internet Layer	IP
1 Layer	Network Access Layer	Ethernet (이더넷)

 

 

1 Layer / NetWork Layer (OSI 7계층에서는 물리 + 데이터링크 계층)

- 이계층은 Node-To-Node 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당하는 계층이다

- OSI 7계층의 물리 계층과 데이터링크 계층의 역할을 바로 이 계층이 담당한다

- 물리적 주소로 MAC을 사용한다

- 알맞은 하드웨어로 데이터가 전달되도록 MAC 주소를 핸들링 하는것 뿐 아니라

데이터 패킷을 전기신호로 변환하여 선로를 통하여 전달할 수 있게 준비 해준다

- LAN, 패킷망 등에 사용된다

 

2 Layer / Internet Layer (OSI 7계층에서는 네트워크 계층)

- IP를 담당하는 계층이다

- IP를 사용하여 데이터의 원천지와 목적지에 관한 정보를 첨부한다

- IP는 복잡한 네트워크 망을 통하여 가장 효율적인 방법으로

데이터의 작은 조각들을 되도록 빨리 보내는 일을 한다

- 따라서 IP는 패킷 전달 여부를 보증하지 않고 경로를 설정하여 어떻게든 빨리 보내도록 한다

 

프로토콜	내용
IP	비연결의 서비스를 제공하며, 발신지와 목적지까지의 라우팅 경로를 결정한다
ICMP	IP제어와 메시지 기능을 담당한다
ARP	IP 주소를 이용해 상대방의 MAC 주소를 알아오는 프로토콜 (브로드캐스트 요청, 유니캐스트 응답)
RARP	MAC 주소에 해당하는 IP주소를 알아오는 프로토콜 (브로드캐스트 요청 유니캐스트 응답)

 

3 Layer / Transport Layer (OSI 7계층에서는 전송 계층)

- TCP / UDP를 담당하는 계층이다

- TCP는 IP 위에서 동작하는 프로토콜로 데이터의 전달을 보증하고 보낸 순서대로 받게 해준다

- 즉 순서가 맞지 않거나 중간에 짜진 부분을 점검하여 다시 요청하는 일을 담당한다

 

프로토콜	내용
TCP (Transmission Control Protocol)	연결 지향적 (Connection Oriented) 신뢰적 흐름제어, 에러제어 (순서번호, ACK번호 사용) ACK 받지 못한 모든 데이터는 재전송 장점은 보장된 세그먼트로 전달하기에 신뢰성이 있다 단점은 연결을 위한 초기 설정 시간이 걸린다
UDP (User Datagram Protocol)	비연결 지향적 (Connectionless Oriented) 비신뢰적, 데이터를 보낸 후에 잘 도착했는지 검사하는 기능이 없다 장점은 빠르며, 연결을 맺지 않으므로 제어 프레임 전송을 할 필요가 없기에 네트워크 부하를 줄일 수 있다 신뢰성보다는 고속성을 요구하는 멀티미디어 응용 들에 일부 사용되고 있다

 

4 Layer / Application Layer (OSI 7계층에서는 세션, 표현 응용 계층)

- HTTP / FTP 를 담당하는 계층

- OSI 7계층의 5계층부터 7계층까지의 기능을 담당하고 있다

- 서버나 클라이언트 응용 프로그램이 이 계층에서 동작한다

- 우리가 알고 있는 브라우저나 텔넷같은 서비스가 이 계층에 동작한다

 

프로토콜	내용
DNS (Domain Name System)	인터넷에서 사용하는 이름을 해당 IP 주소로 변환해주는 서비스
SNMP (Simple Network Management Protocol)	네트워크 장비를 모니터링하고 제어하는 프로토콜
FTP (File Transfer Protocol)	TCP 환경에서 파일 전송 프로토콜
TFTP (Trival File Transfer Protocol)	UDP 환경에서 파일 전송 프로토콜
HTTP (Hypertext Transfer Protocol)	웹상에서 정보를 주고받을 수 있는 프로토콜

 

2. 최종 정리

TCP / IP 4계층	역할	데이터 단위	전송주소	예시	장비
응용 계층 (Application)	응용프로그램 간의 데이타 송수신	Data/ Message	-	파일 전송, 이메일, FTP, HTTP, SSH, Telnet, DNS, SMTP 등	-
전송 계층 (Transport)	호스트 간의 자료 송수신	Segment	Port	TCP, UDP, RTP, RTCP 등	게이트웨이
인터넷 계층 (Internet)	데이타 전송을 위한 논리적 주소 지정 및 경로 지정	Packet	IP	IP, ARP, ICMP, RARP, OSPF	라우터
네트워크 연결 계층 (Network Access)	실제 데이타인 프레임을 송수신	Frame	MAC	Ethernet, PPP, Token Ring 등	브리지, 스위치

 

TCP / IP 4계층 동작 순서

1) 송신측 클라이언트의 응용 계층에서 어느 웹 페이지를 보고 싶다라는 HTTP 요청을 지시한다

 

2) 그 다음에 있는 전송 계층에서는 응용계층에서 받은 데이터(HTTP 메시지)를 통신하기 쉽게

조각내어 안내 번호와 포트번호(TCP 패킷)을 붙여 인터넷 계층에 (네트워크계층) 에 전달한다

 

3) 인터넷 계층에서 데이터에 IP 패킷을 추가해서 네트워크연결 계층 (링크계층) 에 전달한다

 

4) 네트워크연결 계층에서는 수신지 MAC주소와 이더넷 프레임을 추가한다

 

5) 이렇게해서 네트워크를 통해 송신할 준비가 된다

 

6) 수신측 서버는 네트워크연결 계층에서 데이터를 받아들여 순서대로 위의 계층에 전달하여

응용계층까지 도달한다

 

7) 수신측 응용계층에 도달하게 되면 클라이언트가 발신했던 HTTP 리퀘스트를 수신할 수 있다