계층 구조
- 특정 계층이 변경되었을 때 다른 계층이 영향을 받지 않도록 설계되었다.
- 예를 들어 전송 계층에서 TCP를 UDP로 변경했다고 인터넷 웹 브라우저를 다시 설치해야 하는 것은 아니다.
애플리케이션 계층
- 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층
- 웹 서비스, 이메일 등 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 층
- FTP : 장치와 장치 간의 파일을 전송하는 데 사용되는 표준 통신 프로토콜
- SSH : 보안되지 않은 네트워크에서 네트워크 서비스를 안전하게 운영하기 위한 암호화 네트워크 프로토콜
- HTTP : World Wide Web을 위한 데이터 통신의 기초이자 웹 사이트를 이용하는 데 쓰는 프로토콜
- SMTP : 전자 메일 전송을 위한 인터넷 표준 통신 프로토콜
- DNS : 도메인 이름과 IP 주소를 매핑해주는 서버에 DNS 쿼리가 오면 주소를 찾아 IP 주소를 매핑한다.
전송 계층
- 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공
- 연결 지향 데이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름 제어
- 애플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때의 중계 역할
TCP
- 패킷 사이의 순서를 보장
- 연결지향 프로토콜을 사용하여 신뢰성을 구축
- 수신 여부를 확인하며 '가상회선 패킷 교환 방식'사용
- 각 패킷에는 가상회선 식별자가 포함되며 모든 패킷을 전송하면 가상회선이 해제되고 패킷들은 전송된 '순서대로' 도착하는 방식
UDP
- 순서를 보장하지 않고 수신 여부를 확인하지 않음
- 단순히 데이터만 주는 '데이터그램 패킷 교환 방식' 사용
- 패킷이 독립적으로 이동하며 최적의 경로를 선택하여 감
- 하나의 메시지에서 분할된 여러 패킷은 서로 다른 경로로 전송될 수 있고 도착한 '순서가 다를 수' 있다.
TCP 연결 성립 과정
- 3-웨이 핸드셰이크(3-way handshake)
- SYN 단계 (Synchronization)
- 클라이언트는 서버에 클라이언트의 ISN(새로운 TCP 연결의 첫 번째 패킷에 할당된 임의의 시퀀스 번호)을 담아 SYN을 보냄
- SYN + ACK 단계
- 서버는 클라이언트의 SYN을 수신하고 서버의 ISN을 보내며 승인번호로 클라이언트의 ISN + 1을 보냄
- ACK 단계 (Acknowledgment)
- 클라이언트는 서버의 ISN + 1 한 값인 승인번호를 담아 ACK를 서버에 보냄
- UDP는 해당 과정이 없기 때문에 신뢰성이 없는 계층이라고 함
TCP 연결 해제 과정
- 4-웨이 핸드셰이크(4-way handshake)
- 1번 : 클라이언트가 연결을 닫으려고 할 때 FIN으로 설정된 세그먼트 보내고 FIN_WAIT_1 상태로 들어간 후 서버의 응답을 기다림
- 2번 : 서버는 클라이언트로 ACK라는 승인 세그먼트를 보내고 CLOSE_WAIT 상태에 들어감. 클라이언트가 세그먼트를 받으면 FIN_WAIT_2 상태에 들어감
- 3번 : 서버는 ACK를 보내고 일정 시간 후 클라이언트에 FIN이라는 세그먼트를 보냄
- 4번 : 클라이언트는 TIME_WAIT 상태가 되고 다시 서버로 ACK를 보내서 서버는 CLOSED 상태가 됨. 이후 클라이언트는 어느 정도의 시간을 대기한 후 연결이 닫히고 클라이언트와 서버의 모든 자원의 연결이 해제됨
- TIME_WAIT을 하는 이유는 지연 패킷이 발생할 경우를 대비하거나 두 장치가 연결이 닫혔는지 확안힉 위함이다.
인터넷 계층
- 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하기 위한 계층
- 패킷을 수신해야 할 상대의 주소를 지정하여 데이터를 전달
- 상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않는 비연결형적인 특징을 가짐
링크 계층
- 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고받는 '규칙'을 정하는 계층
- 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 나누기도 하는데 물리 계층은 무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보내는 계층, 데이터 링크 계층은 '이더넷 프로임'을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당하는 계층을 말한다.
유선 LAN
- 전이중화 통신
- 양쪽 장치가 동시에 송수신할 수 있는 방식
- 송신로와 수신로를 나눠서 데이터를 주고받음
- CSMA/CD
- 데이터를 보낸 이후 충돌이 발생한다면 일정 시간 이후 재전송하는 방식
- 수신로와 송신로를 각각 둔 것이 아니고 한 경로를 기반으로 데이터를 보내서 충돌이 발생할 수 있음
유선 LAN을 이루는 케이블
- 트위스트 페어 케이블(TP 케이블)
- 광섬유 케이블
- 레이저를 이용하여 통신
- 장거리 및 고속 통신 가능
- 광섬유 내부와 외부를 다른 밀도를 가지는 유리나 플라스틱 섬유로 제작해서 한 번 들어간 빛이 내부에서 계속해서 반사하며 전진하는 원리를 이용
- 굴절율이 높은 부분을 코어, 낮은 부분을 클래딩이라고 함
무선 LAN
- 수신과 송신에 같은 채널을 사용하기 때문에 반이중화 통신 사용
- 반이중화 통신
- 양쪽 장치는 서로 통신할 수 있지만, 동시에는 통신할 수 없으며 한 번에 한 방향만 통신할 수 있는 방식
- 둘 이상의 장치가 동시에 전송하면 충돌이 발생하므로 충돌 방지 시스템이 필요함
- CSMA/CA
- 반이중화 통신 중 하나로, 장치에서 데이터를 보내기 전에 캐리어 감지 등으로 사전에 가능한한 충돌을 방지하는 방식을 사용
- 데이터를 송신하기 전에 무선 매체를 살핀다.
- 캐리어 감지: 회선이 비어있는지 판단한다.
- IFS(Inter FrameSpace) : 랜덤 값을 기반으로 정해진 시간만큼 기다림, 만약 무선 매체가 사용 중이면 점차 간격을 늘리며 기다린다.
- 이후 데이터를 송신한다.
무선 LAN을 이루는 주파수
- 무선 LAN(WLAN, Wireless Local Area Network)은 무선 신호 전달 방식을 이용하여 2대 이상의 장치를 연결하는 기술
- 비유도 매체인 공기에 주파수를 쏘아 무선 통신망 구축
- 2.4GHz는 장애물에 강하지만 전자레인지, 무선 등 전파 간섭이 일어날 수 있음
- 5GHz 대역은 채널 수도 많고 동시에 사용할 수 있어 상대적으로 깨끗한 전파 환경 구축할 수 있어 주로 사용됨
- 와이파이
- 전자기기들이 무선 LAN 신호에 연결할 수 있게 하는 기술
- 무선 접속 장치인 공유기가 필요함
- 유선 LAN에 흐르는 신호를 무선 LAN 신호로 바꿔줌
- BSS(Basic Service Set)
- 기본 서비스 집합
- 동일 BSS 내에 있는 AP 들과 장치들이 서로 통신이 가능한 구조
- 근거리 무선 통신 제공
- ESS(Extends Service Set)
- 하나 이상의 연결된 BSS 그룹
- 장거리 무선 통신 제공
이더넷 프레임
- 데이터 링크 계층은 이더넷 프레임을 통해 전달받은 데이터의 에러를 검출하고 캡슐화하며 다음과 같은 구조를 가짐.
- Preamble : 이더넷 프레임이 시작임을 알림
- SFD(Start Frame Delimiter) : 다음 바이트부터 MAC 주소 필드가 시작됨을 알림
- DMAC, SMAC : 수신, 송신 MAC 주소
- EtherType : 데이터 계층 위의 계층인 IP 프로토콜 정의
- Payload : 전달받은 데이터
- CRC : 에러 확인 비트
계층 간 데이터 송수신 과정
- 애플리케이션 계층에서 전송 계층으로 요청 값들이 캡슐화 과정을 거쳐 전달되고, 다시 링크 계층을 통해 해당 서버와 통신을 하고, 해당 서버의 링크 계층으로부터 애플리케이션까지 비캡슐화 과정을 거쳐 데이터가 전송됨
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
- 캡슐화 과정의 반대
PDU
- 네트워크의 어더한 계층에서 계층으로 데이터가 전달될 때 한 덩어리의 단위 (Protocol Data Unit)
- 제어 관련 정보들이 포함된 '헤더', 데이터를 의미하는 '페이로드'로 구성됨
- 계층마다 부르는 명칭이 다름
- 애플리케이션 계층 : 메시지
- 전송 계층 : 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP)
- 인터넷 계층 : 패킷
- 링크 계층 : 프레임(데이터 링크 계층), 비트(물리 계층)
- 비트로 송수신하는 것이 모든 PDU 중 가장 빠르고 효율성이 높다.
