3월 4주차 - TCP/IP 4계층

[ChanYoungHong]

<4계층 구조>

정의 : 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고받는 데 쓰이는 프로토콜의 집합

<계층 구조>

특징 : 특정 계층이 변경되었을 때, 다른 계층이 영향을 받지 않도록 설계 됨(유연한 설계)

<어플리케이션 계층>

• FTP, HTTP, SSH, SMTP, DNS 등이 있음 - 프로토콜 계층
  • FTP : 파일 전송하는 프로토콜
  • HTTP : 웹 사이트 사용하는 프로토콜
  • SSH : 서비스를 안전하게 운영하기 위한 암호화 네트워크 프로토콜
  • SMTP : 전자 메일 전송을 위한 프로코톨
  • DNS : IP 주소를 특정한 홈페이지 이름으로 222.111.222.111 → www.naver.com
• 웹 서비스, 이메일 등 실질적인 서비스를 제공한다

<전송 계층>

• 송신자와 수신자를 연결하는 서비스를 제공
• 연결 지향 데이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름 제어를 제공
• 어플 계층 ↔ 인터넷 계층 사이에 데이터가 전달될 때 중계 역할
• 대표적으로 TCP, UDP가 존재
  • TCP : 안정적인 연결 보장, 패킷의 순서 보장, 가상회선 패킷 교환 방식 사용
  • UDP : 순서를 보장하지 않음, 수신 여부 미확인, 단순히 데이터만 주는 데이터그램 패킷 교환 방식

• 가상회선 패킷 교환 방식 : 전송된 순서대로 도착하는 방식
• 데이터그램 패킷 교환 방식 : 독립적으로 이동하며 최적의 경로를 선택하여 감, 순서가 다를 수 있는 방식

<TCP 연결 성립 과정> - 3-way handshake 작업

개념 : TCP 통신을 이용하여 데이터를 전송하기 위해 네트워크 연결을 설정하는 과정

• 특징
  • 양쪽 모두 데이터 전송할 준비가 된 것을 보장
  • 한 쪽이 다른 쪽도 준비가 됐다는 것을 알 수 있음

<TCP 연결 해제 과정>

• FIN 받고, ACK를 클라에게 보낸다(모든 데이터를 보내기 위해 CLOSE_WAIT 상태가 됨)
• 여기서 중요한 점 책 그림 4번에서 TIME_WAIT
  • 지연 패킷이 발생할 경우를 대비하기 위해서
  • 두 장치 연결이 닫혔는지 확인하 위해서
    • LAST ACK 상태에서 닫히면 다시 새로운 연결을 할 때, 장치는 줄곧 LAST_ACK로 되어 있기 때문에 접속 오류가 발생
• TIME_WAIT : 소켓이 소멸되지 않고 일정 시간 유지되는 상태

<인터넷 계층>

개념 : IP 주소로 지정된 목적지로 데이터 전송하기 위해 사용되는 계층

• IP, ARP, ICMP 등이 있음
  • ARP - 주소 결정 프로토콜, 물리적인 주소인 MAC주소를 가져오는 프로토콜
  • RARP - MAC주소에 맞는 IP주소를 가져오는 프로토콜
  • ICMP - 데이터 전송 관련해서 문제가 생길 때 오류 보고하는 프로토콜 or 네트워크 성능을 평가하기 위한 진단 도구

<링크 계층>

개념 : 네트워크 접근 계층이라고 함, 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간 신호를 주고받는 계층

2가지로 나뉨

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

<유선 LAN(IEEE802.3)>

→ 1.전이중화 통신 2.CSMA/CD 3.유선 LAN을 이루는 케이블(1.트위스트 페어 케이블 2. 광섬유 케이블)

<전이중화 통신>

개념 : 전이중화 통신은 양쪽 장치가 동시에 송수신할 수 있는 방식을 말함.

송신로와 수신로로 나눠서 데이터를 주고받으며, 현대 고속 이더넷 방식임.

<CSMA/CD>

개념 : 유선 LAN에 반이중화 통신 중 하나인 CSMA/CD 방식을 사용 함

데이터를 보낸 이 후, 충돌이 발생한다면 일정 시간 이후에 재전송 되는 방식.

이유는, 수신로 송신로가 한 경로를 기반으로 데이터를 보내기 때문이다

<유선 LAN을 이루는 케이블>

개념 : LAN을 이루는 케이블은 1. 트위스트 페어 케이블 2. 광섬유 케이블 존재

1. 트위스트 : 여덟개의 구리선을 두 개씩 꼬아서 묶은 케이블을 지칭
2. 광섬유 케이블 : 장거리 및 고속 통신이 가능 레이저를 사용하기 때문에

<무선 LAN(IEEE802.3)>

개념 : 무선 LAN 장치는 수신과 송신에 같은 채널을 사용

→ 1. 반이중화 통신 2.CSMA/CA

<반이중화 통신>

개념 : 양쪽 장치는 서로 통신할 수 있지만, 동시에 통신할 수 없고 한 방향으로만 통신할 수 있다

<CSMA/CA>

개념 : 데이터 보내기 전 캐리어 감지 등 사전에 가능한 한 충돌을 방지하는 방식을 사용

• 캐리어 감지 : 회선이 비어 있는지 판단을 함
• IFS : 정해진 시간만큼 기다림, 무선 매체가 사용 중이면 점차 그 간격을 늘려 기다림

<와이파이>

개념 : 무선 LAN 신호에 연결할 수 있게 해줌, 유선 LAN에 흐르는 신호를 무선 LAN 신호로 바꿔 줌

무선 LAN을 사용한 기술은 → 지그비, 블루투스 등이 있음

개념 : 기본 서비스 집합을 의미한다, 동일 BSS 내에 있는 AP들과 장치들이 서로 통신이 가능한 구조를 말함

근거리 무선 통신을 제공 + 하나의 AP만을 기반으로 구축 되어 있어 사용자가 한 곳에서 다른 곳으로 자유롭게 이동이 가능

개념 : 하나 이상의 연결된 BSS 그룹이라 함. 장거리 무선 통신을 제공하고 BSS보다 더 많은 가용성과 이동성을 지원한다.

장거리 무선 통신 + 사용자는 한 장소에서 다른 장소로 이동하며 중단 없이 네트워크 연결 가능

<이더넷 프레임>

개념 : 링크 계층은 이더넷 프레임을 통해 전달받은 데이터의 에러를 검출하고 캡슐화 함

• Preamble : 시작을 알림
• SFD : 다음 바이트부터 MAC 주소 필드가 시작됨 알림
• DMAC, SMAC : 수신, 송신 MAC 주소
• EtherType : 네트워크 프로토콜 타입을 식별해주는 역할을 함

<계층 간 데이터 송수신 과정>

• 흐름 :
  • 어플 계층 → 전송 계층으로 요청값들이 캡슐화 과정을 거쳐 전달 됨
  • 링크 계층을 통해서 서버와 통신 한 후, 해당 서버의 링크 계층으로부터 어플리케이션까지 비캡슐화 과정을 거쳐 데이터가 전송 됨

<캡슐화 과정>

• 내려가면서 세그먼트 또는 데이터그램화 되면서 → TCP 헤더가 붙음 → IP 헤더가 붙고 패킷화 됨 → 프레임 헤더 + 프레임 트레일러 붙음
• 순서 : 데이터그램화 + TCP 헤더→ 패킷화 + IP 헤더 → 프레임화 + 프레임헤더와 프레임 트레일러

<비캡슐화 과정>

개념 : 하위 → 상위계층으로 헤더 부분을 제거하는 과정

프레임화 제거(프레임 헤더, 트레일러)→ 패킷화 제거(IP 헤더) → 데이터그램화 제거(TCP 헤더)

- Protocol Data Unit

개념 : 계층에서 → 계층으로 갈 때, 전달되는 한 덩어리를 PDU라 함

헤더 + 페이로드로 구성되어 있음

• 어플 계층 : 메시지 - 문자열 기반으로 송수신 한다
• 전송 계층 : 세그먼트-TCP, 데이터그램-UDP
• 인터넷 계층 : 패킷
• 링크 계층 : 프레임(데이터 링크), 비트(물리)