계층 구조
인터넷 프로토콜 스위트: 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고받는 데 쓰이는 프로토콜의 집합 -> TCP/IP 4계층 모델, OSI 7계층 모델
특정 계층이 변경되었을 때 다른 계층이 영향을 받지 않도록 설계됨
TCP/IP 4계층을 대표하는 스택
애플리케이션 계층
웹 서비스, 이메일 등 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 층
응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층
스택: FTP, HTTP, SSH, SMTP, DNS 등
- FTP: 장치와 장치 간의 파일을 전송하는 데 사용되는 표준 통신 프로토콜
- SSH: 보안되지 않은 네트워크에서 네트워크 서비스를 안전하게 운영하기 위한 암호화 네트워크 프로토콜
- HTTP: WWW을 위한 데이터 통신의 기초이자 웹 사이트를 이용하는 데 사용되는 프로토콜
- SMTP: 전자 메일 전송을 위한 인터넷 표준 통신 프로토콜
- DNS: 도메인 이름과 IP 주소를 매핑해주는 서버
전송 계층
송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며 연결 지향 데이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름 제어를 제공
애플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때 중계 역할을 함
스택: TCP, UDP, QUIC 등
TCP
패킷 사이의 순서를 보장하고 연결지향 프로토콜을 사용한 연결로 신뢰성을 구축하여 수신 여부를 확인하며 가상회선 패킷 교환 방식을 사용
*가상회선 패킷 교환 방식: 각 패킷에는 가상회선 식별자가 포함되며, 모든 패킷을 전송하면 가상회선이 해제되고 패킷들은 전송된 순서대로 도착하는 방식
TCP 연결 성립 과정
TCP는 신뢰성을 확보할 때 '3-웨이 핸드셰이크'라는 작업을 진행함
- SYN 단계: 클라이언트는 서버에 클라이언트의 ISN을 담아 SYN을 보냄 (ISN: 새로운 TCP 연결의 첫번째 패킷에 할당된 임의의 시퀀스 번호)
- SYN + ACK 단계: 서버는 클라이언트의 SYN을 수신하고 서버의 ISN을 보내며 승인번호로 [클라이언트의 ISN]+1을 보냄
- ACK 단계: 클라이언트는 [서버의 ISN]+1 값인 승인번호를 담아 ACK를 서버에 보냄
TCP 연결 해제 과정
4-웨이 핸드셰이크 과정이 발생
- 1번: 먼저 클라이언트가 연결을 닫으려고 할 때 FIN으로 설정된 세그먼트를 보내고, 클라이언트는 FIN_WAIT_1 상태로 들어가 서버의 응답을 기다림
- 2번: 서버는 클라이언트로 ACK라는 승인 세그먼트를 전송하고 CLOSE_WAIT 상태로 들어감
클라이언트가 세그먼트를 받으면 FIN_WAIT_2 상태가 됨 - 서버는 ACK를 보내고 일정 시간 이후에 클라이언트에 FIN이라는 세그먼트 전송
- 클라이언트는 TIME_WAIT 상태가 되고 다시 서버로 ACK를 보내서 서버는 CLOSED 상태가 됨
이후 클라이언트는 어느 정도 시간을 대기한 후 연결이 닫히고 클라이언트와 서버의 모든 자원의 연결이 해제됨
클라이언트가 바로 연결을 닫지 않고 TIME_WAIT 상태를 이용하는 이유
- 지연 패킷이 발생할 경우 대비: 패킷이 뒤늦게 도달하고 이를 처리하지 못한다면 데이터 무결성 문제가 발생
- 두 장치의 연결이 닫혔는지 확인: LAST_ACK 상태에서 닫히게 되면 다시 새로운 연결을 하려고 할 때 장치는 줄곧 LAST_ACK으로 되어 있기 때문에 접속 오류 발생
UDP
순서를 보장하지 않고 수신 여부를 확인하지 않으며 단순히 데이터만 주는 데이터그램 패킷 교환 방식 사용
*데이터그램 패킷 교환 방식: 패킷이 독립적으로 이동하며 최적의 경로를 선택하여 패킷이 도착한 순서가 다를 수 있는 방식
인터넷 계층
장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송
패킷을 수신해야 할 상대의 주소를 지정하여 데이터를 전달
상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않음
스택: IP, ARP, ICMP 등
링크 계층
전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층
- 물리 계층: 무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보내는 계층
- 데이터 링크 계층: 이더넷 프레임을 토해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당하는 계층
유선 LAN
유선 LAN을 이루는 이더넷은 IEEE802.3이라는 프로토콜을 따르며 전이중화 통신을 사용
*전이중화 통신: 양쪽 장치가 동시에 송수신할 수 있는 방식으로, 송신로와 수신로로 나눠서 데이터를 주고받으며 현대의 고속 이더넷이 통신하는 방식
* CSMA/CD: 이전에 유선 LAN에 사용한 반이중화 통신으로, 데이터를 보낸 이후 충돌이 발생한다면 일정 시간 이후 재전송하는 방식. 수신로와 송신로를 각각 두지 않고 한 경로를 기반으로 데이터를 전송함
유선 LAN을 이루는 케이블
-
트위스트 페어 케이블: 하나의 케이블처럼 보이지만 실제로는 여덟 개의 구리선을 두개씩 꼬아서 묶은 케이블
- UTP 케이블: 구리선을 실드 처리하지 않고 덮음 (ex. LAN 케이블)
- STP 케이블: 구리선을 실드 처리하고 덮음
-
광섬유 케이블: 레이저를 이용하여 장거리 및 고속 통신 가능
- 코어: 빛의 굴절률이 높은 부분
- 클래딩: 빛의 굴절률이 낮은 부분
무선 LAN
무선 LAN은 IEEE802.11이라는 프로토콜을 따르며, 수신과 송신에 같은 채널을 사용하기 때문에 반이중화 통신을 사용
무선 신호 전달 방식을 이용하여 2대 이상의 장치를 연결
* 반이중화 통신: 양쪽 장치는 서로 통신할 수 있지만, 동시에는 통신할 수 없으며 한 번에 한 방향만 통신할 수 있는 방식. 충돌 방지 시스템 필요
* CSMA/CA: 반이중화 통신 중 하나로, 장치에서 데이터를 보내기 전에 일련의 과정을 기반으로 사전에 가능한 한 충돌을 방지하는 방식
무선 LAN을 이루는 주파수
주파수 대역은 2.4GHz 또는 5GHz 대역 중 하나를 써서 구축
- 2.4GHz: 장애물에 강하지만, 전자레인지, 무선 등 전파 간섭이 일어나는 경우가 많음
- 5GHz: 사용할 수 있는 채널 수가 많고 동시에 사용할 수 있음
와이파이
전자기기들이 무선 LAN 신호에 연결할 수 있게 하는 기술
유선 LAN에 흐르는 신호를 무선 LAN으로 바꿔주어 신호가 닿는 범위 내에서 무선 인터넷을 사용할 수 있게 하는 AP(공유기)가 있어야 함
BSS
단순 공유기를 통해 네트워크에 접속하는 것이 아닌 동일 BSS 내에 있는 AP들과 장치들이 서로 통신이 가능한 구조
근거리 무선 통신을 제공하고, 하나의 AP만을 기반으로 구축이 되어 있어 사용자가 한 곳에서 다른 곳으로 자유롭게 이동하며 네트워크에 접속하는 것은 불가능
ESS
하나 이상의 연결된 BSS 그룹
장거리 무선 통신을 제공하고, BSS보다 더 많은 가용성과 이동성 지원
사용자가 한 장소에서 다른 장소로 이동하며 중단 없이 네트워크에 계속 연결하는 것이 가능
이더넷 프레임
데이터 링크 계층은 이더넷 프레임을 통해 전달받은 데이터의 에러를 검출하고 캡슐화함
계층 간 데이터 송수신 과정
애플리케이션 계층에서 전송 계층으로 요청값들이 캡슐화 과정을 거쳐 전달되고, 다시 링크 계층을 통해 해당 서버와 통신을 하고, 해당 서버의 링크 계층으로부터 애플리케이션 계층까지 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
PDU
PDU(Protocol Data Unit): 네트워크의 어떠한 계층에서 계층으로 데이터가 전달될 때 한 덩어리의 단위. 제어 관련 정보들이 포함된 헤더와 데이터를 의미하는 페이로드로 구성
계층별 PDU
- 애플리케이션 계층: 메시지
- 전송 계층: 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP)
- 인터넷 계층: 패킷
- 링크 계층: 프레임(데이터 링크 계층), 비트(물리 계층)
