TCP/IP 4계층 모델

TCP/IP 4계층 모델은 인터넷 통신의 기반이 되는 TCP/IP 프로토콜을 설명하는 네트워크 모델이다.

실제 인터넷에서 데이터를 전송하고 처리하는 방식을 설명하며,

인터넷 핵심 프로토콜들을 이해하는 데 중요한 개념적 틀을 제공한다.

즉, 꼭 알아야 한다.

 

 

먼저 TCP/IP 계층 모델을 설명하기 앞서, 

앞으로 프로토콜(Protocol)이란 용어가 수없이 나올 예정이니 한번 봐둬야 한다.

프로토콜(Protocol)
컴퓨터 네트워크에서 서로 통신하는 장치나 시스템 사이의 데이터를 전송하는 방법을 정의한 규칙과 절차의 집합을 의미함. 즉, 네트워크 상에서 데이터를 주고받기 위한 일종의 언어

 

1. 계층 구조

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TCP/IP 계층은 네 개의 계층을 가지고 있고 OSI 7 계층과 많이 비교된다.  

• TCP/IP 계층과는 달리 OSI 계층은 애플리케이션 계층을 세 개로 쪼갰음
• 링크를 데이터 링크 계층, 물리 계층으로 나눠 표현함

 

 

2. 애플리케이션 계층

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• 애플리케이션(application) 계층은 FTP, HTTP, SSH, SMTP, DNS 등 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층
• 웹 서비스, 이메일 등 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 층

1. FTP: 장치와 장치 간의 파일을 전송하는 데 사용되는 표준 통신 프로토콜
2. SSH: 보안되지 않은 네트워크에서 네트워크 서비스를 안전하게 운영하기 위한 암호화 네트워크 프로토콜
3. HTTP: World Wide Web을 위한 데이터 통신의 기초이자 웹 사이트를 이용하는 데 쓰는 프로토콜
4. SMTP: 전자 메일 전송을 위한 인터넷 표준 프로토콜
5. DNS: 도메인 이름과 IP 주소를 매핑해 주는 서버
   1. IP주소가 바뀌어도 사용자들에게 똑같은 도메인주소를 서비스할 수 있다.

         ex) ["www.naver.com"] 에  DNS 쿼리가 온 경우,

         [Root DNS] → [.com DNS] → [.naver DNS] → [.www DNS] 과정을 거쳐 완벽한 주소를 찾아 IP주소를 매핑

 

 

 

3. 전송 계층

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• 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공
• 연결 지향 데이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름 제어를 제공
• 애플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때 중개역할, 대표적으로 TCP, UDP가 있음

TCP (Transmission Control Protocol)
- 패킷 사이의 순서를 보장하고 연결지향 프로토콜을 사용해서 연결을 하여 신뢰성을 구축해서 수신 여부를 확인
- 가상회선 패킷 교환 방식을 사용

UDP (User Datagram Protocol)
- 순서를 보장하지 않고 수신여부를 확인하지 않으며 단순히 데이터만 주는 데이터그램 패킷 교환 방식을 사용

3.1 전송 방식

• 가상회선 패킷교환 방식
  • 각 패킷에 가상회선 식별자를 포함하여 전송, 패킷들을 전송된 순서대로 도착하는 방식
  • 가상의 경로를 설정한 후, 패킷들이 가상의 경로를 따라가면서 전송됨
• 데이터그램 패킷교환 방식 
  • 패킷이 독립적으로 이동하여 최적의 경로를 선택하여 이동, 패킷들은 도착한 순서가 다를 수 있는 방식
  • 정해진 회선 중심이 아닌 각자 이동

 

3.2 TCP 연결 성립/해제 과정

1. TCP 연결 성립 과정

    : TCP는 신뢰성을 확보할 때, '3-웨이 핸드셰이크(3-way handshake)' 과정이 진행됨

 

1. SYN 단계: 클라이언트는 서버에 클라이언트의 SIN을 담아 SYN을 보냄
2. SYN + ACK 단계: 서버는 클라이언트의 SYN을 수신하고 서버의 ISN을 보내며 승인번호로 클라이언트 ISN + 1을 보냄
3. ACK 단계: 클라이언트는 서버의 ISN + 1한 값의 승인번호를 담아서 서버에 보냄

     ※ ISN : Initial Sequence Numbers의 약어, 초기 네트워크 연결을 할 때 할당된 32비트 고유 시퀀스 번호

3-웨이 핸드셰이크

 

 

 

2. TCP 연결 해제 과정

   : TCP가 연결을 해제할 때는 4-웨이 핸드셰이크(4-way handshake) 과정이 발생함.

1. 먼저 클라이언트가 연결을 닫으려 할 때 FIN으로 설정된 세그먼트를 전송, 이후 FIN_WAIT_1 상태로 들어가 서버 응답을 기다린다.
2. 서버는 클라이언트로 ACK라는 승인 세그먼트를 보냄, 그리고 CLOSE_WAIT 상태에 들어감. 클라이언크가 세그먼트를 받으면 FIN_WAIT_2 상태로 들어감
3. 서버는 ACK를 보내고 일정 시간 이후 클라이언트에 FIN 세그먼트를 보냄
4. 클라이언트는 TIME_WAIT 상태가 되고 다시 서버로 ACK를 보내서 서버는 CLOSED가 됨. 이후 클라이언트는 일정 시간을 대기한 후 연결이 닫힘

4-웨이 핸드셰이크

• TIME_WAIT
  • 소켓이 바로 소멸되지 않고 일정 시간 유지되는 상태를 말함
  • 지연 패킷이 발생하여 데이터 무결성 문제가 생기는 경우를 막기 위해 일정 시간을 대기함
  • 두 장치가 연결이 닫혔는지를 확인하기 위해서 일정 시간을 닫음
  • centOS6, 우분투에서는 60초, 윈도우는 4분으로 설정

 데이터 무결성(Data Integrity)
- 데이터의 정확성과 일관성을 유지하고 보증하는 것

 

 

4. 인터넷 계층

• 인터넷(internet) 계층은 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용되는 계층
• IP, ARP, ICMP 등이 있고 패킷을 수신해야 할 상대의 주소를 지정하여 데이터를 전달
• 상대가 받았는지에 대한 보장이 없는 비연결형적인 특징을 갖고 있음. 

 

 

5. 링크 계층

• 링크(link) 계층은 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하여 장치 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층
• 이를 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 나누기도 한다.
  • 물리 계층:  무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보내는 계층
  • 데이터 링크 계층: 이더넷 프레임을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당하는 계층

 

 

물리계층과 데이터링크 계층에 대한 자세한 설명은 포함시키면 분량이 너무 많아지기 때문에...

나중에 기회가 된다면 따로 다뤄보도록 하겠다...

필자는 절대 귀찮아서 안하는게 아니다..

 

그리고 컴퓨터를 통해 다른 컴퓨터로 데이터 요청이 발생할 때 일어나는

계층간 데이터 송수신 과정에 대해서 다룬 글을 소개한다.

https://onyodev.tistory.com/8

계층 간 데이터 송수신 과정