네트워크의 시작
현재 우리가 사용하는 IP기반 네트워크는 미국이 진행한 1969년 아르파넷 프로젝트에서 시작되었다. 이때, 기존의 회선교환 방식이 아닌 패킷교환 방식으로 네트워크를 구축하는데, 이를 토대로 현재 인터넷 통신 방식의 기반이 세워졌다.
회선교환 방식
회선교환 방식에서는 발신자와 수신자 사이에 데이터 전송을 위한 전용선을 미리 할당하고 둘을 연결한다. 이 방식에서, 만약 내가 연결하고 싶은 상대가 다른 상대와 연결중이라면, 그 상대와 연결이 끊어지기 전까지는 연결을 할 수 없었다. 즉, 즉시성이 떨어진다는 단점이 있었다.
패킷교환 방식
회선교환방식의 단점 때문에, 아르파넷 프로젝트에선 패킷교환 방식의 네트워크를 고안했다. 이는 데이터를 패킷이라는 방식으로 잘게 나누어 전송하는 방식이었는데, 각 패킷에는 출발지&목적지 정보가 있고 이에 따라 패킷이 목적지를 향해 가장 효율적으로 이동할 수 있었다. (like 택배). 이를 이용해 특정 회선이 전용선으로 할당되지 않을 수 있어 효율적인 전송이 가능했다.
이를 토대로 IP는 출발지와 목적지 정보를 IP주소라는 특정값으로 표기하고 패킷단위로 데이터를 전송하게 되었다.
IP/IP Packet
우리는 IP주소를 컴퓨터에 부여하고 이를 이용해 통신한다. IP는 IP패킷 이라는 통신 단위로 데이터 전달을 한다. IP 패킷에는 출발지 IP, 목적지 IP같은 정보가 포함되어 있다. IP주소가 있기 때문에, 노드들은 목적지 IP에 패킷이 가게끔 서로 전달하고, 목적지에 무사히 도착할 수 있다. 서버는 데이터를 받은 후 이에대한 응답을 돌려줘야 한다. 서버 역시 IP패킷을 이용해 전달한다.
그러나 IP 프로토콜이 적절한 통신으로 보여도, 역시나 한계가 존재한다.
비연결성
패킷을 받을 대상이 없거나 대상이 서비스 불능 상태여도 클라이언트는 이를 알 방법이 없기 때문에 패킷을 그대로 전송한다.
비신뢰성
중간의 서버가 장애가 생겨 패킷이 중간에 소실되어도 클라이언트는 이를 알 방법이 없다.
또한 데이터의 용량이 클 경우 이를 패킷단위로 나누어 전달하는데, 패킷들은 중간에 서로 다른 노드를 통해 전달될 수 있다. 때문에 클라이언트가 의도하지 않은 순서로 서버에 도착할 수 있다.
TCP/UDP
네트워크 프로토콜 계층은 다음과 같이 OSI 7계층과 TCP/IP 4 계층으로 나눌 수 있다. TCP프로토콜은 IP프로토콜보다 더 높은 계층에 존재하기 떄문에 IP프로토콜의 한계를 보완할 수 있다.
우리가 채팅프로그램에서 메시지를 보낼 때를 생각해보자.
- HTTP 메시지가 생성되면 소켓을 통해 전달된다. (여기서 소켓은 프로그램이 네트워크에서 데이터를 송수신할 수 있도록 네트워크에 연결할 수 있게 만들어진 연결부를 말한다.)
- TCP정보를 생성한다. 여기에 메시지 데이터가 포함된다.
- IP패킷을 생성하고 여기에 TCP정보를 포함한다.(TCP/IP 패킷이라고 한다.)
- 이렇게 생성된 TCP/IP 패킷은 LAN 카드와 같은 물리적 계층을 지나기 위해 이더넷 프레임 워크에 포함되어 서버에 전달된다.
TCP/IP 패킷
TCP/IP 패킷에는 출발지 PORT, 목적지 PORT, 전송제어, 순서, 검증 정보 등을 포함한다.
다음은 TCP의 특징이다.
연결지향형 프로토콜(3 way handshake)
TCP는 장치들 사이에 논리적인 접속을 성립하기 위하여 3 way handshake를 사용하는 연결지향형 프로토콜이다.
연결방식은 다음과 같다.
- 클라이언트는 서버에 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다.
- 서버는 SYN 요청을 받고 클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK 와 SYN이 설정된 패킷을 발송하고 클라이언트의 ACK응답을 기다린다.
- 클라에서 ACK를 보내면 그 이후부터 연결이 성립되어 데이터를 전송할 수 있다.
(* SYN은 Synchronize, ACK는 Acknowledgment의 약자)
현재는 최적화가 이루어져 클라이언트가 ACK를 보낼때 데이터를 함께 보내기도 한다.
데이터 전달 보증
또한 데이터 전송이 성공하면 이에대한 응답을 돌려주기 때문에 IP 패킷의 한계(비연결성)을 보완할 수 있다.
순서 보장
패킷이 순서대로 도착하지 않으면 TCP세그먼트의 정보를 토대로 다시 패킷 전송을요청할 수 있다. 이를 통해 IP패킷의 한계(비신뢰성)을 보완할 수 있다.
UDP
UDP는 IP 프로콜에서 PORT, 체크섬 필드정보가 추가된 단순한 프로토콜이다. 신뢰성이 TCP보다 다소 낮지만, 3 way handshake 방식을 사용하지 않기 때문에 TCP와 비교해 빠른 속도를 보장한다. ( 체크섬(checksum)은 중복 검사의 한 형태로, 오류 정정을 통해, 공간(전자 통신)이나 시간(기억 장치) 속에서 송신된 자료의 무결성을 보호하는 단순한 방법.)
또한 HTTP3는 UDP를 사용하여 커스터마이징이 가능한 장점이 있다.
| TCP | UDP |
|---|---|
| 연결지향형 프로토콜 | 비 연결지향형 프로토콜 |
| 전송 순서 보장 | 순서 보장 X |
| 데이터 수신 여부 확인 | 데이터 수신 여부 확인 X |
| 신뢰성 높고 속도 느림 | 신뢰성 낮지만 속도가 빠름 |
