1. TCP/IP 4계층 모델
인터넷 프로토콜 스위트(internet protocol suite)는 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고받는데 쓰이는 프로토콜(규악)의 집합이며, 이를 TCP/IP 4계층 모델로 설명하거나 OSI 7계층 모델롸 설명하기도 한다.
👉 이 계층들은 특정 계층이 변경되었을 때 다른 계층이 영향을 받지 않도록 설계되어 있다.
1) 애플리케이션(application) 계층
- FTP, HTTP, SSH, SMTP, DNS 등 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층으로 웹 서비스, 이메일 등 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 층
❓ FTP : 파일을 전송
❓ HTTP : 웹서비스통신의 기초
❓ SSH : 암호화 네트워크 프로토콜
❓ SMTP : 메일 프로토콜
❓ DNS : 도메인 이름과 IP주소를 매핑해주는 서버(www.naver.com = 121.222.222.222)
2) 전송(transport) 계층
- 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며 애플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때의 중계 역할을 한다.
- 연결지향 통신(TCP)
- 신뢰성(체크섬과 오류감지코드를 통해 패킷 손실을 방지하며 ACK 세그먼트 등으로 수신을 확인, UDP는 체크섬만으로 기본 오류감지코드만 제공)
❓ 체크섬 : 신뢰성 없는 채널을 통한 통신이 이루어져 비트레어(오류)가 있는지 감지하는 방법(중복 검사의 한 형태)
---> 출처: https://coding-lks.tistory.com/146 - 흐름제어(송신측과 수신측의 데이터처리 속도 차이를 해결하기 위한 기법)
- 혼잡제어(네트워크 내에 패킷의 수가 과도하게 증가하는 현상을 방지, 제거)
3) 인터넷(internet) 계층
- 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
- 상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않는 비연결형적인 특징
4) 링크 계층
- 링크 계층은 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고받는 '규칙'을 정하는 계층 (네트워크 접근 계층이라고도 한다.)
- 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 나누기도 하는데, 물리 계층은 무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0,1로 이루어진 데이터를 보내는 계층이고 데이터 링크 계층은 이더넷 프레임을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당하는 계층이다.
2. TCP와 UDP의 차이
◾ TCP는 패킷 사이의 순서를 보장하고 연결지향 프로토콜을 사용해서 연결을 하여 신뢰성을 구축해서 수신 여부를 확인하며 가상회선 패킷 교환 방식을 사용한다.
◾ UDP는 순서를 보장하지 않고 수신 여부를 확인하지 않으며 단순히 데이터만 주는 데이터그램 패킷 교환 방식을 사용한다.
1) 가상회선 패킷 교환 방식
- 각 패킷에는 가상회선 식별자가 포함되며 모든 패킷을 전송하면 가상회선이 해제되고 패킷들은 전송된 순서대로 도착하는 방식
2) 데이터그램 패킷 교환 방식
- 패킷이 독립적으로 이동하며 최적의 경로를 선택하여 가는데, 하나의 메시지에서 분할된 여러 패킷은 서로 다른 경로로 전송될 수 있으며 도착한 순서가 다를 수 있는 방식
3) 데이터를 전송하는데 발생하는 오류 3가지
- 패킷의 잘못된 순서
- 패킷이 전송될 때 중간에 손실
- 패킷 내부에 손상된 데이터
👉 TCP는 다 방지 및 제거가 가능
👉 UDP는 패킷 내부 손상 데이터만 방지 가능(이때, UDP, TCP 모두 체크섬을 기반으로 체크)
❓ 체크섬 : 헤더, 패킷내용, IP 등을 기반으로 체크섬을 만들어 패킷내부의 데이터 손상을 파악
👉 체크섬을 만드는 함수를 통해 고정된 길이의 값으로 만들어 이를 기반으로 데이터 손상 여부를 파악한다.
4) 표
❓ 브로드캐스팅 : 어떤 컴퓨터에서 여러 컴퓨터에게 데이터를 전송하는 것
3. 3웨이 핸드쉐이크 / 4웨이 핸드쉐이크
1) 3웨이 핸드쉐이크 (연결 성립 과정)
- SYN 단계 : 클라이언트는 서버에 클라이언트의 ISN을 담아 SYN을 보낸다.
❓ ISN : 새로운 TCP 연결의 첫 번째 패킷에 할당된 임의의 시퀀스 번호 - SYN + ACK 단계 : 서버는 클라이언트의 SYN을 수신하고 서버의 ISN을 보내며 승인번호로 클라이언트의 ISN + 1 을 보낸다.
- ACK 단계 : 클라이언트는 서버의 ISN + 1한 값인 승인번호를 담아 ACK를 서버에 보낸다.
👉 3-웨이 핸드셰이크 과정 이후 신뢰성이 구축되고 데이터 전송을 시작한다. 참고로 TCP는 이 과정이 있기 때문에 신뢰성이 있는 계층이라고 하며, UDP는 이 과정이 없기 때문에 신뢰성이 없는 계층이라고 한다.
✅ 3웨이 핸드쉐이크를 통해 연결을 성립한 후, 데이터를 전송하는 단계가 있다.
--> 이 때, 양방향으로 데이터 전송이 발생한다. (클라이언트와 서버 모두 데이터와 확인응답 전송이 가능하다.)
--> 클라이언트에 의해 보내진 데이터 세그먼트에는 PSH(push) 플래그가 설정되어있다.
--> 서버로부터 온 세그먼트는 PSH 플래그를 설정하지 않는다.
2) 4웨이 핸드쉐이크 (연결 해제 과정)
- 1번 : 먼저 클라이언트가 연결을 닫으려고 할때 FIN으로 설정된 세그먼트를 보낸다. 그리고 FIN_WAIT_1 상태로 들어가고 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 자원의 연결이 해제된다.
✅ TIME_WAIT : 그냥 연결을 닫으면 되지, 왜 굳이 일정 시간 뒤에 닫을까? 지연 패킷이 발생할 경우를 대비하기 위함이다. 패킷이 뒤늦게 도달하고 이를 처리하지 못한다면 데이터 무결성 문제가 발생한다.
--> 소켓이 바로 소멸되지 않고, 일정 시간 유지되는 상태를 말한다. 우분투는 60초, 윈도우는 4분으로 설정되어 있다.
❓ 데이터 무결성(data integrity) : 데이터의 정확성와 일관성을 유지하고 보증하는 것
4. IP와 라우팅
IP 주소를 통해 통신하는 과정을 홉바이홉(hop by hop) 통신이라고 한다.
👉 통신망에서 각 패킷이 여러 개의 라우터를 건너가는 모습을 비유적으로 표현한 것이다. 각각의 라우터에 있는 라우팅 테이블의 IP를 기반으로 패킷을 전달하고 다시 전달해나가서 최종목적지에 다르는 것이다.
❓ 라우팅 : IP 주소를 찾아가는 과정
1) 라우팅 테이블(routing table)
- 송신지에서 수신지까지 도달하기 위해 사용되며 라우터에 들어가 있는 목적지 정보들과 그 목적지로 가기 위한 방법이 들어있는 리스트
- 라우팅 테이블에는 게이트웨이와 모든 목적지에 대해 해당 목적지에 도달하기 위해 거쳐야 할 다음 라우터의 정보를 가지고 있다.
❓ 게이트웨이(gateway) : 서로 다른 통신망, 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 관문 역할을 하는 컴퓨터나 소프트웨어. 사용자는 인터넷에 접속하기 위해 수많은 톨게이트인 게이트웨이를 거쳐야 하며 게이트웨이는 서로 다른 네트워크상의 통신 프로토콜을 변환해주는 역할을 한다.
2) 게이트웨이를 확인하기 위해서는 라우팅 테이블을 통해 볼 수 있으며 윈도우에서 netstat -r 명령어를 실행하여 확인할 수 있다.
5. IP와 ARP, RARP
컴퓨터와 컴퓨터 간의 통신은 IP 주소 기반으로 통신한다고 알고 있지만 정확히는 IP 주소에서 ARP를 통해 MAC 주소를 찾아 MAC 주소를 기반으로 통신한다.
1) ARP(Address Resolution Protocol)
: IP 주소로부터 MAC 주소를 구하는 IP와 MAC 주소의 다리 역할을 하는 프로토콜
👉 ARP를 통해 가상 주소인 IP 주소를 실제 주소인 MAC 주소로 변환한다.
2) RARP
: ARP와 반대로 실제 주소인 MAC 주소를 가상 주소인 IP 주소로 변환하기도 한다.
3) 브로드캐스트 : 송신 호스트가 전송한 데이터가 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송되는 방식
4) 유니캐스트 : 고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 목적지에 1:1로 데이터를 전송하는 방식
👉 장치 A가 ARP Request 브로드캐스트를 보내서 IP 주소인 120.70.80.3에 해당하는 MAC 주소를 찾는다. 그러고 나서 해당 주소에 맞는 장치 B가 'ARP reply 유니캐스트'를 통해 MAC 주소를 반환하는 과정을 거쳐 IP 주소에 맞는 MAC 주소를 찾게 된다.
출처 : [책]면접을 위한 CS 전공지식 노트
