인터넷 프로토콜 스위트(internet protocol suite)는 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고받는 데 쓰이는 프로토콜의 집합이며, 이를 TCP/IP 4 계층 모델로 설명하거나 OSI 7층 모델로 설명하기도 한다.
계층 구조
TCP/IP 게층은 4 개의 계층을 가지고 있으며 OSI 7 계층과 많이 비교한다.
TCP/IP 계층과 달리 OSI 계층은 애플리케이션 계층을 세 개로 쪼개고 링크 계층을 데이터 링크 계층, 물리 계층으로 나눠서 표현하는 것이 다르며, 인터넷 계층을 네트워크 계층으로 부른다는 점이 다르다.
예를 들어 전송 계층에서 TCP를 UDP로 변경했다고 해서 인터넷 웹 브라우저를 다시 설치해야 하는 것은 아니듯 유연하게 설계된 것이다.
애플리케이션 계층
FTP, HTTP, SSH, SMTP, DNS 등 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층이며 웹 서비스, 이메일 등 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 층이다.
FTP(File Transfer Protocol)
두 호스트 사이에 파일전송 할 경우 사용 (파일질라)두 개의 분리된 채널 사용 : 두 개의 TCP연결을 사용한다는 점이 다른 프로토콜과의 차이점
- 제어 채널 : FTP 명령과 같은 제어정보 주고받기 위해 사용
- 데이터 채널 : 실질적인 파일 에티어 전송 위해 사용
SMTP(Simple Mail Transfrt Prorocol)
컴퓨터 사용자 간 메일 서비스를 온라인으로 사용하는 서비스
TCP/IP가 전자메일 주고받기위해 사용
하위계층으로 TCP사용
두 개의 SMTP프로세스 들 간에 발생하는 데이터 교환만을 다룸
DNS(Domain Name System)
- 도메인 네임 : IP주소는 사람이 기억하기 어려워 기억하기 쉽게 바꾼 이름
- DNS : 도메인 네임을 IP주소 혹은 그 반대로 바꿔주는 시스템
- 도메인 네임 구조 : 호스트 이름, 소속 단체(3단계), 단체 성격(2단계), 소속 국가(최상위)
SSH (Secure Shell)
네트워크상의 다른 컴퓨터에 로그인하여 명령을 실행하고 정보를 보고 받을 수 있도록 해 주는 통신 프로토콜
HTTP(Hypertext Transfer Protocol)
HTML 뿐 아니라 모든 웹 관련 API통신에 이용하고 있는 통신 프로토콜 이다.
비연결성(Connectionless)과 무상태성(Stateless)의 특징을 가지는 통신 프로토콜이다.
비연결성 : 처음 연결을 맺은 후 요청(Request)과 한 번의 응답(Response) 이후 연결이 종료된다.
무상태성 : 프로토콜에서 Client의 상태를 기억하지 않는다. Client의 상태를 보관하기 위해 쿠키나 세션, JWT토큰 등을 이용하여 Client의 상태를 유지한다.
전송 계층
전송(tranport) 계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며 연결 지향 데이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름 제어를 제공할 수 있으며 애플리케이션과 인터넷 계층사이의 데이터가 전달될 때 중계 역할을 한다. 대표적으로는 TCP, UDP가 있다.
TCP : 패킷 사이의 순서를 보장하고 연결지향 프로토콜을 사용해서 연결을 하여 신뢰성을 구축해서 수신 여부를 확인하며 '가상회선 패킷 교환 방식'을 사용
TCP 연결 성립 과정 : TCP 신뢰성을 확보할 때 (3-way handshake)라는 작업을 진행한다.
UDP : 순서를 보장하지 않고 수신 여부를 확인하지 않으며 단순히 데이터만 주는 '데이터그램 패킷 교환 방식'을 사용
1. SYN 단계 : 클라이언트는 서버에 클라이언트의 ISN을 담아 SYN을 보낸다. ISN은 새로운 TCP연결의 첫 번째 패킷에 할당된 임의의 시퀀스 번호를 말하며 이는 장치마다 다를 수 있다.
2. SYN + ACK 단계 : 서버는 클라이언트의 SYN을 수신하고 서버의 ISN을 보내며 승인번호로 클라이언트의 ISN + 1 보낸다.
3. ACK 단계 : 클라이언트는 서버의 ISN + 1 한 값인 승인번호를 담아 ACK를 서버에 보낸다.
3-way handshake 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.
SYN
- SYNchronization의 약자, 연결 요청 플래그
ACK
- ACKnowledgement의 약자, 응답 플래그
ISN
- Initial Sequence Number의 약어, 초기 네트워크 연결을 할 때 할당된 32비트 고유 시퀀스 번호다.
TCP 연결 해제 과정
TCP가 연결 과정은 3-way handShake라고 하면 해제 과정은 4-way handShake라고 한다.
여기서 눈여겨봐야 할 것은 TIME_WAIT이다.
TIME_WAIT
소켓이 바로 소멸되지 않고 일정 시간 유지되는 사이를 말하며 지연 패킷 등의 문제점을 해결하는데 쓰인다.
CendOS6, 우분투에는 60초로 설정되어 있으며 윈도는 4분으로 설정되어 있다.
데이터 무결성(data integrity)
- 데이터의 정확성과 일관성을 유지하고 보증하는 것
인터넷 계층
장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용되는 계층이다. IP, ARP, ICMP 등이 있으며 패킷을 수신해야 할 상대의 주소를 지정하여 데이터를 전달한다. 상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않은 비연결형적인 특징을 가지고 있다.
링크 계층
전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 싱호를 주고받은 '규칙'을 정하는 계층이다. 참고로 네트워크 접근 계층이라고도 한다.
이를 물리 계층과 링크 계층으로 나누기도 하는데 물리 계층은 무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보내는 계층을 말하며, 데이터 링크 계층은 '이더네 프레임'을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당하는 계층을 말한다.
MAC 주소
컴퓨터나 노트북 등 장치에서 네트워크에 연결하기 위한 장치(LAN 카드)가 있는데, 이를 구별하기 위한 식별번호를 말한다.
애플리케이션 계층에서 전송 계층으로 필자가 보내는 요청(request) 값들이 캡슐화 과정을 거쳐 전달되고, 다시 링크 계층을 통해 해당 서버와 통신을 하고, 해당 서버의 링크 계층으로부터 애플리케이션까지 비캡슐화 과정을 거쳐 데이터가 전송된다.
PDU
네트워크의 어떠한 계층에서 계층으로 데이터가 전달될 때 한 덩어리의 단위를 PDU(Protocol Data Unit)라고 한다.
PDU는 제어 관련 정보들이 포함된 '헤더', 데이터를 의미하는 '페이로드'로 구성되어 있으며 계층마다 부르는 명칭이 다르다.
애플리케이션 계층 : 메시지
전송 계층 : 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP)
인터넷 계층 : 패킷
링크 계층 : 프레인(데이터 링크 계층), 비트(물리 계층)
총 정리
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OSI 7계층
물리 계층 : 케이블로 데이터를 전송하는 물리적인 장비
데이터 계층 : Mac 주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달하는 계층
네트워크 계층 : 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 계층
전송 계층 : TCP, UDP를 통해 데이터 통신 하는 세션 계층
세션 계층 : TCP/ IP 세션 체결, 포트번호를 기반으로 통신 세션 계층
프리젠테이션 계층 : 코드 간의 번역을 담당하는 계층
애플리케이션 계층 : 웹이나 이메일과 같은 서비스를 제공하는 계층
OSI 4계층
링크계층 : 전선, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고 받는 규칙을 정하는 계층
인터넷 계층 : 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용되는 계층
전송 계층 : 송신자나 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공
- TCP : 순서보장, 연결지향 프로토콜을 사용해서 신뢰성 구축하고 수신여부를 확인
- UDP : 순서보장X, 수신여부X, 단순히 데이터만 주는 '데이터그램 패킷 교환 방식'
애플리케이션 계층 : 웹서비스나, 이메일등 실제 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 계층
3-way handshake
요청을 보냈을때 서버가 살아있는지 응답을 해주고 응답을 받은 뒤 서버가 있다는걸 알게 되면 다시 요청을 보낸다. (신뢰성 보장)
PDU
네트워크의 어떠한 계층에서 계층으로 데이터가 전달될 때 한덩어리의 단위, 헤더와 페이로드로 구성되어 있다.
PDU 계층마다 사용되는 용어
- 애플리케이션 계층 : 메시지
- 전송 계층 : 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP)
- 인터넷 계층 : 패킷
- 링크 계층 : 프레임
참고 자료
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