인터넷 프로토콜 스위트(INTERNET PROTOCOL SUITE) : 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고받는 데 쓰이는 포로토콜의 집합
-> TCP/IP 4계층 모델이나 OSI 7계층 모델로 설명
-> 여기서는 TCP/IP 로 설명

TCP/IP 계층 모델 : 네트워크에서 사용되는 통신 프로토콜의 집합으로 계층들은 프로토콜의 네트워킹 범위에 따라 네 개의 추상화 계층으로 구성

계층 구조

특정 계층이 변경되었을 때 다른 계층이 영향을 받지 않도록 설계
(ex) 전송 계층에서 TCP를 UDP로 변경했다고 해서 인터넷 웹 브라우저를 다시 설치하지 않아도 됨. 유연하게 설계)

애플리케이션 계층

: FTP, HTTP, SSH, SMTP, DNS 등 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층이며 웹 서비스, 이메일 등 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 층

전송 계층

• 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공
• 연결 지향 테이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름 제어를 제공
• 애플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때의 중계 역할

대표적으로 TCP, UDP 가 있다

TCP

1. 패킷 사이의 순서를 보장
2. 가상회선 패킷 교환 방식 사용
   : 각 패킷에는 가상회선 식별자가 포함되며 모든 패킷을 전송하면 가상회선이 해제되고 패킷들을 전송된 '순서대로' 도착하는 방식
3. 연결지향 프로토콜을 사용해서 연결하여 신뢰성을 구축해 수신 여부 확인
   -> 3-웨이 핸드셰이크라는 작업으로 인해, 신뢰성 구축

UDP

1. 순서 보장 x, 수신 여부 확인 x
2. 단순히 데이터만 주는 데이터그램 패킷 교환 방식 사용
   : 패킷이 독립적으로 이동하며 최적의 경로를 선택하여 가는데,
   하나의 메세지에서 분할된 여러 패킷은 서로 다른 경로로 전송될 수 있으며
   도착한 '순서가 다를 수' 있는 방식
3. 3-웨이 핸드셰이크 작업이 없기 때문에 신뢰성이 없는 계층

TCP 연결 성립 과정

TCP는 신뢰성 확보 시 , 3-웨이 핸드셰이크 작업을 진행

클라이언트와 서버가 통신할 때, 세 단계의 과정을 거침

1) SYN(연결 요청 플래그) 단계 : 클라이언트는 서버에 클라이언트의 ISN을 담아 SYN을 보낸다. ISN은 새로운 TCP 연결의 첫번째 패킷에 할당된 임의의 시퀀스 번호를 말하며, 이는 장치마다 다를 수 있다.
2) SYN + ACK(응답 플래그) 단계 : 서버는 클라이언트의 SYN을 수신하고 서버의 ISN을 보내며 승인번호로 클라이언트의 ISN + 1을 보낸다.
3) ACK 단계 : 클라이언트는 서버의 ISN + 1한 값인 승인번호를 담아 ACK를 서버에 보낸다.

이 과정으로 신뢰성이 구축되고 데이터 전송을 시작.

TCP 연결 해제 과정

TCP의 연결 해제 시, 4-웨이 핸드셰이크 과정 발생

• 1번 : 먼저 클라이언트가 연결을 닫으려고 할때 FIN으로 설정된 세그먼트를 보낸다. 그리고 클라이언트는 FIN_WAIT_1 상태로 들어가고 서버의 응답을 기다린다.
• 2번 : 서버는 클라이언트로 ACK라는 승인 세그먼트를 보낸다. 그리고 CLOSE_WAIT 상태로 들어가고 클리이언트가 세그먼트를 받으면 FIN_WAIT_2 상태로 들어간다.
• 3번 : 서버는 ACK를 보내고 일정 시간 이후에 클라이언트에 FIN이라는 세그먼트를 보낸다
• 4번 : 클라이언트는 TIME_WAIT 상태가 되고 다시 서버로 ACK를 보내서 서버는 CLOSED 상태가 된다. 이후 클라이언트는 어느 정도의 시간을 대기한 후 연결이 닫히고 클라이언트와 서버의 모든 자원의 연결이 해제된다.
  -> TIME_WAIT 가 일정 시간 뒤에 닫히는 이유
  1) 지연 패킷 발생을 대비 - 패킷이 늦게 도달하고 이를 처리하지 못하면 데이터 무결성(데이터의 정확성과 일관성을 유지하고 보증) 문제 발생
  2) 두 장치가 닫혔는지 확인 - LAST_ACK 상태에서 닫히면 새 연결 시 장치는 그대로 LAST_ACK기 때문에 접속 오류

인터넷 계층

• 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용되는 계층
• IP, ARP, ICMP 가 있다
• 패킷을 수신해야 할 상대의 주소를 지정하여 데이터를 전달
• 상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않는 비연결형적인 특징

링크 계층

• 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층
• 네트워크 접근 계층
• 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 나누기도 함
  -> 물리 계층 : 무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 테이터를 보내는 계층
  -> 데이터 링크 계층 : 이더넷 프레임을 통해 에러확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당하는 계층

유선 LAN

유선 LAN을 이루는 이더넷은 IEEE802.3이라는 프로토콜을 따르며 전이중화 통신을 씀

전이중화 통신

• 양쪽 장치가 동시에 송수신할 수 있는 방식
• 송신로와 수신로로 나눠서 데이터를 주고받음
• 현대의 고속 이더넷은 이 방식을 기반으로 통신

CSMA/CD(반이중화 통신)

• 이전에 유선 LAN에 사용
• 데이터를 '보낸 이 후' 충돌이 발생한다면 일정 시간 이후 재전송하는 방식
• 수신로와 송신로를 각각 두지 않고 한 경로를 기반으로 데이터를 보냄
  -> 데이터를 보낼 때 충돌에 대비하기 위함

유선 LAN을 이루는 케이블

TP 케이블이라고 하는 트위스트 페이 케이블, 광섬유 케이블이 대표적

트위스트 페어 케이블

• 하나의 케이블처럼 보이지만 실제로는 여덟개의 구리선을 두 개씩 꼬아서 묶은 케이블을 지칭
• 구리선을 실드 처리하지 않고 덮은 UTP 케이블과 실드 처리하고 덮은 STP로 나눠짐.

광섬유 케이블

• 광섬유로 만든 케이블
• 레이저를 이용해서 통신 -> 장거리 및 고속 통신 가능
• 보통 100Gbps의 데이터 전송
• 광섬유 내부와 외부를 다른 밀도로 가지는 유리나 플라스틱 섬유로 제작
  -> 한번 들어간 빛이 내부에서 계속 반사하며 전진하여 반대편 끝까지 가는 원리 이용

무선 LAN

수신과 송신에 같은 채널을 사용하기 때문에 반이중화 통신 사용

반이중화 통신

양쪽 장치는 서로 통신할 수 있지만 동시에는 통신할 수 없으면 한번에 한 방향만 통신할 수 있는 방식

• 신호를 수신하기 시작하면 응답하기 전에 전송이 완료될 때까지 기다려야함
• 둘 이상의 장치가 동시에 전송하면 충돌이 발생하여 메시지가 손실되거나 왜곡될 수 있기 때문에 충돌 방지 시스템 필요

CSMA/CA

반이중화 통신 중 하나로 장치에서 테이터를 보내기 전에 캐리어 감지 등으로 사전에 가능한 한 충돌을 방지하는 방식

전이중화 통신

양방향이 가능하므로 충돌 가능성이 없어, 충돌 감지나 방지 메커니즘 필요 x

무선 LAN을 이루는 주파수

무선 LAN은 무선 신호 전달 방식을 이용하여 2대 이상의 장치를 연결하는 기술

• 비유도 매체인 공기에 주파수르 쏘아 무선 통신망 구축
• 2.4GHz 대역 또는 5GHz 대역 중 하나르 써서 구축
  -> 2.4GHz 대역은 장애물에 강하지만 전파 간섭이 많으니, 사용채널 수가 많고 동시 사용이 가능해 상대적으로 전파 환경이 깨끗한 5GHz를 사용하는게 좋음

와이파이

유선 LAN에 흐르느 신호를 무선 LAN 신호로 바꿔주어, 전자기기들이 무선 LAN 신호에 연결할 수 있게 하는 기술

BSS

단순 공유기를 통해 네트워크에 접속하는 것이 아닌 동일 BSS 내에 있는 AP들과 장치들이 서로 통신이 가능한 구조
하나의 AP 기반으로 구축되어 있어 사용자가 이동하며 네트워크 접속 불가능

ESS

• 하나 이상 연결된 BSS
• 장거리 무선 통신을 제공
• BSS보다 더 많은 가용성과 이동성 지원
• 사용자가 이동하며 중단없이 네트워크 연결 가능

이더넷 프레임

데이터 링크 계층은 이더넷 프레임을 통해 전달받은 데이터의 에러를 검출하고 캡슐화

계층 간 데이터 송수신 과정

애플리케이션 계층에서 전송 계층으로 필자가 보내는 요청값들이 캡슐화 과정을 거쳐 전달 -> 링크 계층에서 해당 서버와 통신 -> 해당 서버의 링크 계층으로부터 애플리케이션까지 비캡슐화 과정을 거쳐 데이터 전송

캡슐화 과정

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

애플리케이션 계층의 데이터가 전송 계층으로 전달되면서 '세그먼트' or '데이터그램'화 -> TCP 헤더가 붙여짐 -> 인터넷 계층으로 가면서 IP헤더가 붙음 -> 패킷화 -> 링크 계층으로 전달 -> 프레임 헤더와 프레임 트레일러가 붙어 -> 프레임화

비캡슐화 과정

하위 계층에서 상위 계층으로 가며 각 계층의 헤더 부분을 제거하는 과정

사진처럼 캡슐화된 데이터를 받으면 -> 링크계층에서부터 올라오면서 프레임화된 데이터는 -> 다시 패킷화를 거쳐 -> 세그먼트, 데이터그램화를 거쳐 -> 메시지화 되는 비캡슐화 과정이 일어남 -> 최종적으로 사용자에게 애플리케이션의 PDU인 메세지로 전달

PUD

네트워크의 어떠한 계층에서 계층으로 데이터가 전달될 때 한 덩어리의 단위

• 헤더(제어 관련 정보들이 포함)와 페이로드(데이터를 의미)로 구성
• 계층마다 부르는 명칭이 다름
  1) 애플리케이션 계층 : 메세지 - 메세지 기반으로 데이터 전달
  2) 전송 계층 : 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP)
  3) 인터넷 계층 : 패킷
  4) 링크 계층 : 프레임(데이터 링크 계층), 비트(물리 계층)
• 아래 계층인 비트로 송수신하는 것이 모든 PDU 중 가장 빠르고 효율성 높음
  BUT, 애플리케이션 계층에서는 문자열로 송수신 -> 헤더에 다른 값을 넣는 확장이 쉽기 때문