CS 기본/네트워크

TCP/IP 4계층 모델

LTSGOD 2023. 9. 4. 23:22

본 포스팅은 '면접을 위한 CS 전공지식 노트'를 기반으로 작성되었습니다.

계층구조

 

OSI와 다른점

  • 애플리케이션 계층을 3가지로 쪼갬
  • 인터넷 계층을 네트워크 계층이라고 부름
  • 링크 계층이 데이터링크, 물리로 나뉨

각 계층은 특정 꼐층이 변경되었을 때 다른 계층이 영향을 받지 않도록 설계되었다.

1. 애플리케이션 계층

  • 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층
  • 웹 서비스, 이메일 전송 등 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공
  • FTP, HTTP, SSH, SMTP, DNS

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] • [.wwwDNS] 과정을 거쳐 완벽한 주소를 찾아 IP 주소를 매핑한다. 이 를 통해 IP 주소가 바뀌어도 사용자들에게 똑같은 도메인 주소로 서비스할 수 있다. 예를 들어 www.naver.com의 IP 주소가 222.1 11. 222.111 에서 222.11 1. 222.122로 바뀌었음에도 똑같은 www.naver.com이라는 주소로서비스가가능하다. 

2.  전송 계층

  • 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며 신뢰성, 흐름 제어 제공
  • TCP, UDP
  • TCP는 패킷 사이 순서 보장, 연결 지향 프로토콜 사용, 가상회선 패킷 교환방식
  • UDP는 순서를 보장하지 않고 수신 여부를 확인하지 않으며, 데이터그램 패킷 교환방식 사용

가상회선 패킷 교환방식

  • 가상회선 사용
  • 패킷 순서 보장

데이터그램 패킷 교환 방식

  • 어떠한 회선을 중심으로 가는 것이 아니라 따로따로 이동하여 순서보장 X

TCP 연결 성립 과정

  • 3-way handshake
  • UDP의 경우는 하지 않음.

TCP 연결 해제 과정

  • 4-way handshake

TIME_WAIT을 하는 이유

  • 첫번째 지연 패킷이 발생할 경우를 대비
  • 연결이 닫혔는지 확인하기 위함.

페이지 86 참고

3.  인터넷 계층

  • 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용되는 계층
  • IP, ARP, ICMP
  • 상대방이 잘 받았는지 보장하지 않는 비연결형적인 특징을 가지고 있음

4.  링크 계층

  • 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고받는 '규칙'을 정하는 계층
  • 네트워크 접근계층이라고도 불림
  • 물리 계층과 데이터 링크로 나누기도 하는데 물리 계층은 무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보내는 계층
  • 데이터링크 계층은 이더넷 프레임을 통해 에러 확인 , 흐름제어, 접근 제어를 담당하는 계층을 말함.

유선 LAN(IEEE802.3)

  • Full duplex(전이중화 통신) 사용

Full duplex

  • 양쪽 장치가 동시에 송수신할 수 있는 방식
  • 수신로와 송신로를 나눠서 데이터를 주고받음
  • 현대의 고속 인터넷의 기반
  • 그전에는 CSMA/CD 방식 사용
  • 데이터를 보낸 이후 충돌이 발생하면 재전송
  • 한 경로를 수신과 송신 모두 사용하기 때문에 발생

유선 LAN의 케이블

 

1. 트위스티드 페어 케이블

  • 8개의 구리선을 두 개씩 꼬아서 묶은 케이블
  • UTP: 실드 처리하지 않고 덮은 케이블, 흔히 아는 LAN 케이블
  • STP: 실드 처리하고 덮은 케이블

2. 광섬유 케이블

  • 레이저를 이용해서 통신하기 때문에 구리선과 비교할 수 없을 만큼의 장거리 및 고속통신 가능
  • 보통 100Gbps의 데이터 전송 가능

 

무선 LAN(IEEE802.11)

  • 수신과 송신에 같은 채널을 사용하여 half duplex(반이중화 통신)을 사용

Half duplex

  • 일반적으로 장치가 신호를 수신하기 시작하면 전송이 완료될때까지 기다려야함.
  • 또 충돌이 나면 메시지가 손실나기 때문에 충돌방지시스템이 필요
  • CSMA/CA: half duplex 방법 중의 하나로 충돌 방지 방식을 사용함.

 

와이파이

  • 전자기기들이 무선 LAN 신호에 연결할 수 있게 하는 기술
  • 사용하려면 AP(Aceess Point, 무선접속장치) 필요, 공유기라고도 부름
  • 이를 통해 유선 LAN에 흐르는 신호를 무선 LAN으로 바꿔줌.

BSS(Basic Service Set)

  • 단순 공유기를 통해 네트워크에 접속하는 것이 아닌 동일 BSS 내에 있는 AP들과 장치들이 서로 통신이 가능한 구조를 말함
  • 근거리 무선 통신 제공
  • 하나의 AP만을 기반으로 구축이 되어 있어 사용자가 자유롭게 이동하며 네트워크에 접속하는 것은 불가

ESS(Extended Service Set)

  • 하나 이상의 연결된 BSS 그룹
  • 장거리 무선 통신 제공
  • 사용자는 자유롭게 이동하며 중단 없이 네트워크 연결 가능

이더넷 프레임

  • 데이터링크 계층은 이더넷 프레임을 통해 전달받은 데이터의 에러를 검출하고 캡슐화

계층 간 데이터 송수신 과정

캡슐화 과정

  • 상위 계층의 헤더와 데이터를 하위 계층의 데이터 부분에 포함시키고 해당 계층의 헤더를 삽입하는 과정

비캡슐화 과정

  • 하위 계층에서 상위 계층으로 가며 각 계층의 헤더부분을 제거하는 과정

PDU(Protocol Data Unit)

  • 계층에서 계층으로 데이터가 전달될 때 한 덩어리의 단위