[네트워크] TCP/IP 4계층 모델

변진상·2024년 1월 16일

OSI 7 Layer TCP/IP 4계층 네트워크

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TCP/IP 4계층 모델

인터넷 프로토콜 스위트(Internet Protocol Suite)는 인터넷에서 컴퓨터들이 서로의 정보를 주고 받는데 쓰이는 프로토콜의 집합.

이를 TCP/IP 4계층, OSI 7계층으로 설명하기도 함.

특정 계층이 변경되었을 때 다른 계층이 영향을 받지 않도록 설계 → 전송계층의 TCP를 UDP를 바꿔도 인터넷 브라우저를 다시 설치하지 않음.

1. 애플리케이션 계층(메세지 기반 데이터 전달 → HTTP의 헤더가 문자열인 것을 예로 들 수 있다.)

FTP, HTTP, SSH, SMTP, DNS 등 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층, 이메일, 웹 서비스 등 실질적으로 사용자들에게 제공되는 층

FTP	디바이스 간 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 서버

예를 들어, http://www.naver.com에 DNS 쿼리가 오면 [Root DNS] → [.com DNS] → [.naver DNS] → [.www DNS] 과정을 거쳐 완벽한 주소를 찾아 IP주소 매핑
사용자 입장에서는 웹 서비스의 IP 주소가 바뀌더라도 서비스 제공자가 DNS 서버에 바뀐 IP를 등록해두기만 하면 기존과 같은 주소로 접근이 가능해 UX에 있어 이점이 있다. |

2. 전송 계층(세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP))

전송계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며 연결 지향 데이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름제어 제공
애플리케이션, 인터넷 계층 사이에 데이터가 전달될 때의 중계 역할
대표적으로 TCP, UDP
TCP
- 패킷 사이의 순서 보장
- 연결지향 프로토콜 사용해 신뢰성을 구축(3-way handshake)해서 수신여부 확인
- 가상회선 패킷 교환 방식 사용
  - 각 패킷에 가상회선 식별자가 포함 → 패킷들이 한 회선을 이용해 통신
  - 모든 패킷을 전송하면 가상회선이 해제
  - 패킷들은 전송된 순서대로 도착

UDP
- 순서 보장하지 않음
- 수신 여부 확인하지 않음
- 데이터그램 패킷 교환 방식
  - 패킷이 독립적으로 이동하며 최적의 경로를 선택
  - 패킷이 이용하는 회선이 다를 수 있음
  - 도착 순서가 다를 수 있음

3. 인터넷 계층(패킷)

장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용되는 계층
IP, ARP, ICMP 등이 있으며 패킷을 수신해야 할 상대의 주소를 지정하여 데이터 전달
상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않는 비연결형적인 특징

4. 링크 계층(프레임(데이터 링크 계층), 비트(물리 계층))

유선(전선, 광섬유), 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간 신호를 주고 받는 규칙을 정하는 계층.
물리 계층, 데이터 링크 계층으로 나누기도 하는데 물리 계층은 유, 무선 LAN을 통해 이진 데이터를 보내는 계층, 데이터 링크 계층은 이더넷 프레임을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어 담당하는 계층
물리계층
- 유선 LAN(IEEE802.3)
  - 현재는 전이중화(full duplex) 통신을 사용함. 디바이스 간 송 수신을 동시에 할 수 있는 방식. 송신로와 수신로를 다르게 해 가능한 방식이다.
  - 과거에는 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식의 반이중화 통신을 사용. 데이터를 보낸 이후 충돌을 감지하면 일정 시간 이후 재 전송해 충돌을 해결한 방식
- 무선 LAN(IEEE802.11)
  - 무선 LAN(WLAN, Wireless Local Area Network)의 경우 송, 수신에 같은 채널을 사용해 반 이중화 통신을 한다.
  - 무선 LAN의 종류에는 wifi, 지그비(저비용 저전력 무선 IoT 네트워크의 고유한 요구를 해결하기 위해 개방형 글로벌 표준으로 개발된 무선 기술), 블루투스 등이 있다.
  - 2.4GHz(장애물에 강한 특성, 해당 대역폭을 사용하는 전자제품이 많아 간섭 가능성 많음), 5GHz 대역폭(채널수도 많고 상대적으로 깨끗한 전파 환경 구축 가능) 중 한 채널을 사용
  - CSMA/CD
    1. 데이터 송신하기 전 무선 매체를 살핀다.
    2. 캐리어 감지를 해 회선이 비어 있는지 판단.
    3. IFS(Inter FrameSpace) 랜덤 값을 기반으로 정해진 시간만큼 기다리며, 무선 매체가 사용 중이면 그 간격을 늘려가며 기다린다.
    4. 이후 데이터 송신.
  - BSS, ESS
    - BSS(Basic Service Set): 기본 서비스 집합으로 동일 BSS 내에 있는 하나의 AP들과 장치들이 서로 통신이 가능한 구조. 이동 해 다른 BSS에서는 이전 네트워크에 접속할 수 없음
    - ESS(Extended Service Set): 하나 이상의 BSS의 집합으로 다른 장소로 이동하며 중단 없이 네트워크에 계속 연결 할 수 있다.