OSI 7 layer

국제표준화기구에서 개발한, 네트워크 통신을 단계별로 계층을 나눈 모델

초기 여러 정보 통신 업체 장비들은 자신의 업체 장비들끼리만 연결이 되어 호환성이 없었다. 그래서 모든 시스템들의 상호 연결에 있어 문제가 없도록 표준을 정한것이 OSI 7계층이다.

각 계층은 독립적인 역할을 부여받아 동작하며, 계층을 나눔으로써 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있다. 그래서 특정계층에 문제가 발생하면 그 계층의 문제만 해결하면 된다.

• 전송 시 7계층에서 1계층으로 각각의 층마다 인식할 수 있는 헤더를 붙임(캡슐화)
• 수신 시 1계층에서 7계층으로 헤더를 떼어냄(디캡슐화)
• (오른쪽) 실제 인터넷에서 사용되는 TCP/IP는 OSI 참조 모델을 기반으로 상업적이고 실무적으로 이용될 수 있도록 단순화 한 것임

오늘은 이 중에서 4번째 계층인 전송계층-TCP,UDP에 대해 알아보자!

TCP/IP 4계층

4.전송계층
전송자와 수신자를 연결하는 통신서비스를 제공하는 계층으로, 쉽게 말해 데이터의 전달을 담당한다.

• 송신자와 수신자 간의 신뢰성있고 효율적인 데이터를 전송하기 위하여 오류검출 및 복구, 흐름제어와 중복검사 등을 수행
• 데이터 전송을 위해서 Port 번호를 사용함(대표적인 프로토콜로 TCP와 UDP가 있음)
• 전송 계층에서 사용되는 데이터 단위는 세그먼트(segment)

계층별 역할과 특징

Layer 4 응용

OSI 5~7 계층에 해당, 사용자-소프트웨어간 소통을 담당하는 계층이다. 서버나 클라이언트 응용 프로그램이 동작하는 계층이다. FTP, DNS, HTTP 등의 프로토콜 및 서비스가 해당계층에 속한다.

Layer 3 전송

OSI 4계층에 해당. 데이터의 전송 및 흐름에 있어서 신뢰성 보장을 담당하는 계층이다. TCP, UDP 프로토콜이 해당 계층에 속한다.

Layer 2 인터넷

OSI 3계층에 해당. IP를 사용하여 발신지와 목적지까지의 라우팅 경로를 결정하고 패킷을 전송하는 계층이다.

Layer 1 네트워크 연결

OSI 1~2계층에 해당. 노드간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당하는 계층이다.

UDP vs TCP

TCP - Transmission Control Protocol

전송을 제어하는 프로토콜(규약)이라는 뜻으로, 일반적으로 TCP와 IP를 함께 사용하는데, IP가 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 *패킷 을 추적 및 관리하게 된다. 대량의 인터넷 연결을 보장하고 올바른 순서로 패킷을 전송하기 위해 IP의 오버헤드를 처리한다.

* 패킷: 인터넷 내에서 데이터를 보내기 위한 경로배정(라우팅)을 효율적으로 하기 위해서 데이터를 여러 조각으로 나누어 전송하는데 이 때 조각을 패킷이라고 한다.

IP의 한계

• 비연결성: 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능 상태여도 패킷 전송
• 비신뢰성: 중간에 패킷이 사라지면? 패킷이 순서대로 안오면?
• 프로그램 구분: 같은 IP를 사용하는 서버에서 통신하는 애플리케이션이 둘 이상이라면?

TCP 특징

• 연결 지향 방식이다.
• 3-way handshaking 과정을 통해 연결을 설정하고 4-way handshaking을 통해 해제한다.
  (매번 연결할 때마다 3way handshake 해야하기에 시간이 오래 걸린다)
• UDP보다 속도가 느리다.
• 데이터 전달을 보장한다.(중간에 패킷이 누락되면 알 수 있음)
• 순서를 보장한다.
• 흐름 제어 및 혼잡 제어
  * 흐름 제어: 데이터를 송신하는 곳과 수신하는 곳의 데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지하는 것. 예를 들어, 송신하는 곳에서 감당이 안되게 데이터를 빠르게 많이 보내면 수신자에서 문제가 발생!
  * 혼잡 제어: 네트워크 내의 패킷 수가 넘치도록 증가하는 것을 방지하는 것. 만약 정보의 소통량이 과다하면 패킷을 조금만 전송하여 혼잡 붕괴 현상이 일어나는 것을 막는다.

UDP - User Datagram Protocol

UDP는 사용자 데이터그램 프로토콜이라는 뜻으로, 데이터를 데이터그램 단위로 처리하는 프로토콜이라고 생각하면 된다.

비연결형 프로토콜, 즉 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없다. 그래서 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되고, 독립적인 관계를 지닌다. (연결을 설정하고 해제하는 과정 존재X). 서로 다른 경로로 독립적으로 처리하기에,패킷에 순서를 부여하여 재조립을 하거나 *흐름 제어 또는 *혼잡 제어와 같은 기능도 처리하지 않기에 TCP보다 속도가 훨씬 빠르며 네트워크 부하가 적다는 장점이 있다.

그러나 신뢰성 있는 데이터의 전송을 보장하지 못한다. 그렇기 때문에 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스(ex.실시간 게임이나 비디오 스트리밍/온라인 회의 등등)에 자주 사용된다.

정리

프로토콜 종류	TCP	UDP
연결방식	연결형 서비스	비연결형 서비스
전송 순서	순서 보장	순서가 바뀔 수 있음
수신여부 확인	확인함	확인하지 않음
신뢰성	높다	낮다
속도	느리다	빠르다

TCP 3-way Handshake

TCP/IP 프로토콜을 이용해서 통신을 하는 응용프로그램이 데이터를 전송하기 전에 먼저 정확한 전송을 보장하기 위해 상대방 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정을 의미한다.

SYN: Synchronize, Connection 생성할 때 사용
ACK: Acknowledgment, data를 전송하면 수신자가 받았음을 알려주기 위해 쓰는 Flag
FIN: Connection을 끊을 때 사용

커넥션 생성

Data 전송

TCP 4-way Handshake

1. 클라이언트가 연결을 종료하겠다는 FIN플래그를 전송한다.
2. 서버는 일단 확인메세지를 보내고 자신의 통신이 끝날 때까지 기다리는데, 이 상태가 TIME_WAIT 상태이다.
3. 서버가 통신이 끝났으면 연결이 종료되었다고 클라이언트에게 FIN플래그를 전송한다.
4. 클라이언트는 확인했다는 메세지를 보낸다.

커넥션 종료