[Network] TCP/IP 관련 개념 정리
목차
들어가며
개념 정리 첫 번째 포스트입니다.
저의 부족한 뇌의 리소스로는 점점 방대해지는 컴퓨터 관련 개념을 모두 담기 어려워 기본적인 개념부터 차근차근 정리해두려고 합니다😂.
특히 네트워크 관련 작업을 하면서 개념을 혼용해서 쓰거나, 잘못 알고 있는 등 이론이 약하다는 걸 많이 느꼈습니다.
따라서 이번에는 네트워크 관련된 개념부터 하나씩 정리해보려 합니다. 먼저 TCP/IP 관련해서 정리해보겠습니다🥸.
TCP
TCP는 Transmission Control Protocol(전송 제어 프로토콜)의 약자입니다.
전송 제어 프로토콜(이하 TCP)은 전송 계층에 위치하며, 말 그대로 정보 전달을 통제하는 규약(프로토콜)입니다.
TCP의 핵심 특징은 신뢰성으로, 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하기 위해 장치 간 3-way Handshake 방식으로 연결을 생성합니다.
또한 TCP는 흐름 제어와 혼잡 제어의 특징이 있습니다.
흐름 제어와 혼잡 제어는 장치 혹은 라우터에서 발생하는 전송 문제(장치 간 처리 속도 차이 등)를 해결하기 위한 과정입니다.
이러한 과정은 데이터의 신뢰성이 떨어지는 문제를 해결하기 위해 나타난 TCP의 핵심 특징이라 할 수 있습니다.
IP
IP는 Internet Protocol(인터넷 프로토콜)의 약자입니다.
인터넷 프로토콜(이하 IP)은 네트워크 계층에 위치하며, 네트워크상에서 어떠한 데이터를 주고받을지에 대한 규약을 뜻합니다.
IP의 특징 중 하나는 비 신뢰성입니다.
비 신뢰성의 의미는 전달 과정에는 관여하지 않아, 데이터가 제대로 전달되었는지 보장하지 않는다는 의미입니다.
또 다른 특징으론 비 연결성이 있습니다.
비 연결성이란 수신자의 상태와 상관없이 데이터를 전송할 수 있는 특징을 의미합니다.
즉 수신자가 최종적으로 받지 못해 데이터가 유실되더라도 이러한 부분을 고려하지 않고 데이터를 보냅니다.
비 연결성의 특징으로 얻을 수 있는 이점은 통신 속도입니다.
TCP와 다르게 데이터 전송 이전에 미리 설정 과정을 거치지 않아 통신 속도가 더 빠릅니다.
TCP/IP
TCP/IP는 전송 제어를 위한 프로토콜인 TCP와 전달 처리를 위한 인터넷 프로토콜인 IP를 같이 아울러 표현하는 개념입니다.
IP는 전달 과정에는 관여하지 않기 때문에 패킷 전달 여부를 보장하지 않습니다.
그렇기에 패킷을 보낸 순서와 받는 순서가 다를 수 있습니다.
TCP는 전송 계층에 위치하여, 네트워크 계층의 위쪽에서 동작하는 프로토콜입니다.
따라서 TCP는 IP 위에서 동작하며, 데이터의 전달을 통제하여 신뢰할 수 있게 만들어줍니다.
즉 패킷 전달 과정을 보장하고, 순서대로 받게 해주는 역할을 합니다.
또한 HTTP, HTTPS, FTP, SMTP 등 TCP를 기반으로 한 애플리케이션 프로토콜은 IP 위에서 동작합니다.
때문에 두 개의 프로토콜을 묶어서 TCP/IP로 부릅니다.
네트워크 계층 모델
네트워크의 기본 구조를 계층으로 나누어 표준화한 모델은 대표적으로 2개가 있습니다. 하나는 OSI 모델이고, 다른 하나는 TCP/IP 모델입니다. 두 모델은 계층구조로 이루어져 구간별로 네트워크 흐름을 쉽게 알 수 있습니다. 따라서 문제가 생겼을 때 문제가 되는 계층을 빠르게 점검할 수 있습니다.
OSI Model
OSI 모델은 국제 표준화 기구(ISO)에서 만든 계층 모델입니다. OSI 모델은 7계층으로 이뤄져 있으며, 표준 프로토콜을 사용하여 다양한 시스템이 통신할 수 있는 표준을 제공합니다. 위 그림과 같이 아래층부터 물리 계층(Physical Layer), 데이터 링크 계층(Data Link Layer), 네트워크 계층(Network Layer), 전송 계층(Transport Layer), 세션 계층(Session Layer), 표현 계층(Presentation Layer), 응용 계층(Application Layer) 이렇게 7계층으로 나뉩니다. 각 계층에 대한 간략한 설명은 아래 표와 같습니다.
| 계층(Layer) | 계층 이름 | 프로토콜(Protocol) | 역할 설명 |
|---|---|---|---|
| L7 | 응용 계층(Application Layer) | HTTP, SMTP, FTP, Telnet, DNS | 네트워크 활동의 기반이 되는 인터페이스를 제공하는 역할 사용자가 직접 볼 수 있음 |
| L6 | 표현 계층(Presentation Layer) | ASCII, MPEG, JPEG, MIDI, EBCDIC | 데이터가 사용 가능한 형식인지 확인하고, 암호화가 발생한 위치를 확인하는 역할 |
| L5 | 세션 계층(Session Layer) | NetBIOS, SAP, SDP, PIPO, SSH, TLS | 연결을 유지하고 포트 및 세션을 제어하는 역할 |
| L4 | 전송 계층(Transport Layer) | TCP, UDP, SPX, SCTP | 전송 프로토콜을 사용하여 데이터를 전송하는 역할 |
| L3 | 네트워크 계층(Network Layer) | IP, IPX, IPsec, ICMP, ARP | 데이터가 취할 물리적 경로를 결정하는 역할 |
| L2 | 데이터 링크 계층(Data Link Layer) | Ethernet, PPP, ATM, MAC | 하드웨어와 소프트웨어 연결고리, 연결된 네트워크 장치 간 데이터를 전송하는 역할 |
| L1 | 물리 계층(Physical Layer) | 10BASE-T, 100BASE-TX, ISDN, wired, wireless | 물리적 매체를 통해 bit 스트림을 전송하는 역할 |
TCP/IP Model
OSI 모델은 국제 표준을 계층으로 정리한 것이라면, 산업에서 범용적으로 사용하는 네트워크 표준 모델은 TCP/IP 모델입니다. OSI 모델이 발표되기 이전에 TCP/IP는 이미 사용 중이었고, 현재까지 네트워크 형식의 대부분은 TCP/IP를 표준으로 사용하고 있기 때문입니다. TCP/IP 모델은 보통 4계층 혹은 5계층으로 설명합니다. 4계층과 5계층의 차이는 4계층 그림에서 보이는 최하단 Network Interface Layer를 Physical, Data Link Layer로 나누어 다룬 점, 2번째 계층 Internet Layer의 명칭을 Network Layer로 다룬 차이가 있습니다. 4계층 모델은 예전 TCP/IP 프로토콜을 정의할 때 표현한 방식이기 때문에 비교적 최근에 정의한 5계층을 기준으로 정리하겠습니다. TCP/IP 5계층 모델에 대한 간략한 설명은 아래 표와 같습니다.
| 계층(Layer) | 계층 이름 | 프로토콜(Protocol) | 역할 설명 |
|---|---|---|---|
| L5 | 응용 계층(Application Layer) | HTTP, SMTP, FTP, Telnet, DNS | OSI 모델의 L5, L6, L7의 역할 |
| L4 | 전송 계층(Transport Layer) | TCP, UDP, SPX, SCTP | 전송 프로토콜을 사용하여 데이터를 전송하는 역할 |
| L3 | 네트워크 계층(Network Layer) | IP, IPX, IPsec, ICMP, ARP | 데이터가 취할 물리적 경로를 결정하는 역할 |
| L2 | 데이터 링크 계층(Data Link Layer) | Ethernet, PPP, ATM, MAC | 하드웨어와 소프트웨어 연결고리, 연결된 네트워크 장치 간 데이터를 전송하는 역할 |
| L1 | 물리 계층(Physical Layer) | 10BASE-T, 100BASE-TX, ISDN, wired, wireless | 물리적 매체를 통해 bit 스트림을 전송하는 역할 |
추가 용어 정리
3-way Handshake
3-way Handshake는 연결 확인 방식으로, 3단계 과정으로 장치 간 연결을 확인하며 서로 연결되어 있다는 것을 보장합니다. 3-way Handshake 절차를 살펴보면 아래와 같습니다.
3-way Handshake 절차
- SYN
- SYN-ACK
- ACK
먼저 플래그부터 살펴보면 SYN은 Synchronize의 줄임말로 연결 시작을 의미합니다.
ACK는 Acknowledgement의 줄임말로 응답을 의미합니다. 단계를 설명하면, 먼저 클라이언트는 서버에 연결이 가능한지 요청(SYN)을 보냅니다.
그다음 서버는 연결이 가능하다는 응답(ACK)을 클라이어트 측에 보내면서 연결 요청(SYN)을 같이 보냅니다.
이에 클라이언트는 연결 가능하다는 응답(ACK)을 서버 측에 보내줌으로서 두 장치 간의 연결이 보장됩니다.
프로토콜
프로토콜은 규약을 의미하며, 장치 간 통신에 있어서 주고받는 양식 체계를 의미합니다. 프로토콜은 구문(syntax), 의미(semantic), 타이밍(timing) 세 가지 구성요소로 이뤄져 있습니다.
- 구문(syntax)
- 데이터를 어떻게 구성할지에 대한 형식, 프로그래밍 방식, 신호 레벨 등에 대한 형식을 규정
- 의미(semantic)
- 데이터를 어떻게 처리할 것인지에 대한 방법, 에러가 발생할 경우에 대한 정보 등
- 타이밍(timing)
- 데이터를 송/수신을 효율적으로 관리하기 위한 체계, 주고받을 때 속도 관리 및 처리 순서 등
또한 계층적 역할의 관점에서 보았을 때, 물리적 측면과 논리적 측면 두 가지로 구분할 수 있습니다.
- 물리적 측면
- 자료 전송에 쓰이는 전송 매체, 접속용 단자 및 전송 신호, 회선 규격 등
- 논리적 측면
- 프레임(Frame, 자료의 표현 형식 단위) 구성, 프레임 안에 있는 각 항목의 뜻과 기능, 자료 전송의 절차 등
- 프레임(Frame, 자료의 표현 형식 단위) 구성, 프레임 안에 있는 각 항목의 뜻과 기능, 자료 전송의 절차 등
패킷
패킷은 화물(Package) + 덩어리(Bucket) 의 합성어로 네트워크가 전달하는 데이터의 형식화된 블록을 의미합니다.
상세하게 설명하면, 네트워크를 통해 전달되는 데이터를 여러 개로 나눈 형식화된 조각을 뜻합니다.
패킷을 사용하는 이유는 전송하는 데이터의 사이즈가 큰 경우 패킷으로 나누어 송/수신하지 않는다면, 두 장치의 데이터 전송이 끝날 때까지 해당 케이블을 사용할 수 없는 문제가 있기 때문입니다.
또한 전송 중에 연결이 끊겼을 때 데이터 유실이 발생하게 됩니다.
마무리하며
개념을 정리하다 보니 다시 공부하면서 되게 좋았지만, 나무줄기처럼 계속 파생되는 개념들이 쏟아져서 어디서부터 어디까지 정리해야 할지 감을 잡기 어려웠습니다😂. 계속해서 글을 쓰는 버릇을 들이다 보면, 정리하는 방법도 점차 늘어 양질의 글을 쓸 수 있을 것 같습니다🥸.
참고자료
- Data Communications and Networking - Behrouz A. Forouzan
- https://velog.io/@haero_kim/물-흐르듯-읽어보는-TCPIP
- https://velog.io/@jwkim/cs-nw-osi-tcp-ip
- https://velog.io/@osk3856/TCP-Updated-Model