면접준비_TCP/IP 4계층 모델

TCP/IP 4계층 모델

인터넷 프로토콜 스위트는 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고받는 데 쓰이는 프로토콜의 집합입니다. 이를 TCP/IP 4계층 모델로 설명하거나 OSI 7계층 모델로 설명하기도 합니다. 아래에서는 TCP/IP 4계층 모델을 중심으로 설명합니다. 이 계층 모델은 네트워크에서 사용되는 통신 프로토콜의 집합으로 계층들은 프로토콜의 네트워킹 범위에 따라 네 개의 추상화 계층으로 구성됩니다.

---

TCP/IP 4계층과 OSI 7계층 비교

 

TCP/IP 계층은 네 개의 계층을 가지고 있으며 OSI 7계층과 많이 비교됩니다. 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 다릅니다.

이 계층들은 특정 계층이 변경되었을 때 다른 계층이 영향을 받지 않도록 설계되었습니다. 예를 들어 전송 계층에서 TCP를 UDP로 변경했다고 해서 인터넷 웹 브라우저를 다시 설치해야 하는 것은 아니듯, 유연하게 설계된 것입니다.

---

TCP/IP 4계층의 구조 및 역할

1. 애플리케이션 계층

FTP, HTTP, SSH, SMTP, DNS 등 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층으로, 웹 서비스, 이메일 등 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 층입니다.

• FTP: 장치와 장치 간의 파일을 전송하는 데 사용되는 표준 통신 프로토콜
• SSH: 보안되지 않은 네트워크에서 네트워크 서비스를 안전하게 운영하기 위한 암호화 네트워크 프로토콜
• HTTP: World Wide Web을 위한 데이터 통신의 기초이자 웹 사이트를 이용하는 데 쓰는 프로토콜
• SMTP: 전자 메일 전송을 위한 인터넷 표준 통신 프로토콜
• DNS: 도메인 이름과 IP 주소를 매핑해주는 서버
  • 예를 들어, www.naver.com에 DNS 쿼리가 오면 [Root DNS] -> [.com DNS] -> [.naver DNS] -> [.www DNS] 과정을 거쳐 완벽한 주소를 찾아 IP 주소를 매핑합니다. 이를 통해 IP 주소가 바뀌어도 사용자들은 동일한 도메인 주소로 서비스받을 수 있습니다. 예를 들어 www.naver.com의 IP 주소가 222.111.222.111에서 222.111.222.122로 바뀌었음에도 동일한 주소로 서비스가 가능합니다.

2. 전송 계층

송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며 연결 지향 데이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름 제어를 제공할 수 있으며 애플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터를 중계합니다. 대표적으로 TCP와 UDP가 있습니다.

• TCP:
  • 패킷 사이의 순서를 보장
  • 연결 지향 프로토콜을 사용해 신뢰성을 구축
  • 수신 여부를 확인하며 가상회선 패킷 교환 방식을 사용
• UDP:
  • 순서를 보장하지 않고 수신 여부를 확인하지 않음
  • 데이터그램 패킷 교환 방식을 사용

데이터 전송 방식

• 가상회선 패킷 교환 방식:
  • 각 패킷에는 가상회선 식별자가 포함되며 모든 패킷을 전송하면 가상회선이 해제되고 패킷들은 전송된 순서대로 도착하는 방식
• 데이터그램 패킷 교환 방식:
  • 패킷이 독립적으로 이동하며 최적의 경로를 선택
  • 하나의 메시지에서 분할된 여러 패킷은 서로 다른 경로로 전송될 수 있으며 도착한 순서가 다를 수 있음

TCP 연결 성립 과정 (3-웨이 핸드셰이크)

1. SYN 단계: 클라이언트는 서버에 클라이언트의 ISN을 담아 SYN을 보냄. ISN은 새로운 TCP 연결의 첫 번째 패킷에 할당된 임의의 시퀀스 번호를 말하며 장치마다 다를 수 있음.
2. SYN + ACK 단계: 서버는 클라이언트의 SYN을 수신하고 서버의 ISN을 보내며 승인 번호로 클라이언트의 ISN + 1을 보냄.
3. ACK 단계: 클라이언트는 서버의 ISN + 1 값을 승인 번호로 담아 ACK를 서버에 보냄.

TCP 연결 해제 과정 (4-웨이 핸드셰이크)

1. 클라이언트가 연결을 닫으려고 할 때 FIN으로 설정된 세그먼트를 보냄. 클라이언트는 FIN_WAIT_1 상태로 들어감.
2. 서버는 클라이언트로 ACK를 보냄. 서버는 CLOSE_WAIT 상태에 들어가고 클라이언트는 FIN_WAIT_2 상태로 전환.
3. 서버는 일정 시간 이후 클라이언트에 FIN 세그먼트를 보냄.
4. 클라이언트는 TIME_WAIT 상태로 들어가며 ACK를 서버로 보냄. 이후 서버는 CLOSED 상태가 되고 클라이언트는 일정 시간 대기 후 연결 해제.

TIME_WAIT:

• 지연 패킷이 발생할 경우를 대비하고, 연결 상태가 완전히 닫혔는지 확인하기 위해 일정 시간 대기
• OS별 설정 시간: CentOS/Ubuntu는 60초, Windows는 4분

---

3. 인터넷 계층

장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용되는 계층으로, IP, ARP, ICMP 등이 있습니다. 상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않는 비연결형적인 특징을 가집니다.

4. 링크 계층

전선, 광섬유, 무선 등으로 실제 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층입니다. 이를 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 나누기도 합니다.

• 물리 계층: 무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보냄.
• 데이터 링크 계층: 이더넷 프레임을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당.

유선 LAN (IEEE 802.3)

• 유선 LAN을 이루는 이더넷은 IEEE 802.3 프로토콜을 따르며 전이중화 통신을 사용.
• 전이중화 통신:
  • 양쪽 장치가 동시에 송수신 가능.
  • 송신로와 수신로를 나눠 데이터를 주고받음.
• CSMA/CD:
  • 과거에는 반이중화 통신 중 CSMA/CD 방식을 사용.
  • 데이터를 보낸 이후 충돌이 발생하면 일정 시간 후 재전송하는 방식.