TCP, UDP, Ethernet

들어가기 전에

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• OSI(Open Systems Interconnection) 모델은 네트워크 통신을 이해하기 쉽도록 7개의 계층으로 나눈 모델
• 이 모델을 통해 컴퓨터가 데이터를 어떻게 주고받는지를 단계별로 설명할 수 있습니다. 여기서는 특히 1계층(물리적 계층), 2계층(데이터 링크 계층), 그리고 4계층(전송 계층)에 대해 설명하겠습니다.
• 이더넷: 1계층(물리적 계층), 2계층(데이터 링크 계층)
• TCP / UDP: 4계층(전송 계층)

1계층: 물리적 계층 (Physical Layer)

• 물리적 계층은 데이터를 전기적 신호로 변환하여 케이블과 같은 물리적 매체를 통해 전송하는 역할
• 이 계층에서는 데이터의 형식이나 내용에 관여하지 않고 오직 신호 전송만을 담당
• 예를 들어, 컴퓨터가 데이터를 다른 컴퓨터로 보낼 때, 이 데이터는 물리적 계층을 통해 전기 신호로 변환되어 네트워크 케이블을 통해 전송

2계층: 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

• 데이터 링크 계층은 물리적 계층에서 전송된 데이터를 받아 오류 검출, 오류 수정, 그리고 적절한 순서로 데이터를 전달하는 역할
• 이 계층에서 사용되는 대표적인 기술이 이더넷
• 데이터 링크 계층은 데이터를 '프레임'이라는 단위로 구성하여 네트워크 장비 간에 안전하게 전송할 수 있도록 합니다.
  • 또한, 각 데이터 프레임에는 데이터를 보내는 장치와 받는 장치의 주소 정보가 포함되어 있어, 데이터가 정확한 목적지에 도착하도록 합니다.

4계층: 전송 계층 (Transport Layer)

• 전송 계층은 데이터의 전송을 관리하는 역할을 함
• 이 계층은 데이터가 네트워크를 통해 효과적으로 전송되도록 하며, 특히 데이터의 정확성과 효율성을 보장하는 기능을 담당
• TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)는 이 계층에서 작동하는 대표적인 프로토콜입니다.
• TCP는 데이터의 신뢰성과 순서를 보장하는 반면, UDP는 빠른 전송을 위해 신뢰성을 다소 포기합니다.

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• 이러한 각 계층은 네트워크에서 데이터가 전송될 때 서로 다른 역할을 수행하면서, 데이터가 송신자로부터 수신자에게 안전하고 효율적으로 도달할 수 있도록 돕습니다.
• 각 계층은 복잡한 네트워크 통신 과정을 분리하여 단순화시키고, 문제 발생 시 해당 계층만을 집중적으로 분석하고 해결할 수 있는 구조를 제공합니다.

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각각 개념 설명

TCP (Transmission Control Protocol)

• TCP는 인터넷 프로토콜 슈트의 주요 프로토콜 중 하나로, 데이터 전송을 위한 신뢰성 있고 순서대로 이루어지는 연결 기반의 서비스를 제공합니다.
• TCP는 데이터가 정확하게 전송될 수 있도록 제어하며, 전송 과정 중 발생할 수 있는 오류를 감지하고 수정합니다.

주요 특징

• 신뢰성: 데이터 패킷은 손실, 중복, 재배열 없이 목적지에 도달합니다.
• 순서 보장: 보낸 순서대로 데이터가 도착합니다.
• 흐름 제어: 송수신자 간의 데이터 처리 속도 차이를 조절합니다.
• 혼잡 제어: 네트워크 혼잡 시 데이터 전송 속도를 조절하여 혼잡을 완화합니다.

사용 예

• 웹 브라우징, 이메일 전송, 파일 전송 등 신뢰성이 중요한 애플리케이션에서 주로 사용됩니다.

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UDP (User Datagram Protocol)

• UDP는 TCP와 비교할 때 덜 복잡하고, 연결을 설정하지 않는 비연결형 서비스를 제공하는 프로토콜
• UDP는 신속한 데이터 전송을 위해 신뢰성이나 순서 보장 같은 기능을 제공하지 않습니다.

주요 특징

• 비연결성: 각 데이터 패킷은 독립적으로 처리됩니다.
• 경량 프로토콜: 최소한의 오버헤드로 빠른 데이터 전송이 가능합니다.
• 신뢰성 없음: 패킷 손실에 대한 자동 복구 기능이 없습니다.

사용 예

• 스트리밍 서비스, 온라인 게임, VoIP(Voice over Internet Protocol) 등 실시간 데이터 전송이 중요한 경우 사용

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이더넷 (Ethernet)

• 이더넷은 가장 흔히 사용되는 유선 네트워크 기술로, 지역 네트워크(LAN)에서 데이터를 교환하기 위한 프레임워크 및 규약을 제공
• 이더넷은 데이터 링크 계층과 물리적 계층에서 작동합니다.

주요 특징

• 신뢰성: 케이블을 통한 물리적 연결을 통해 데이터 전송이 이루어집니다.
• 유연성: 다양한 속도와 설정(예: 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps)을 지원
• 확장성: 스위치, 라우터 등을 이용해 네트워크 규모를 쉽게 확장할 수 있습니다.

사용 예

• 사무실, 학교, 가정 등에서 PC, 프린터, 서버 등 다양한 디바이스를 연결하는 데 널리 사용됩니다.

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비교

• TCP, UDP, 이더넷은 네트워크에서 데이터를 전송하는 방식에 관련된 프로토콜 및 기술이지만, 각각 다른 목적과 특징을 가지고 있습니다.

1. 계층 (Layer)

• TCP와 UDP:
  • 이 두 프로토콜은 OSI 모델의 전송 계층(4계층)에서 작동
  • 이 계층은 두 종단 간(End-to-End)의 통신을 관리하고, 데이터가 네트워크를 통해 정확하고 효율적으로 전송되도록 함
• 이더넷:
  • 이더넷은 데이터 링크 계층(2계층)과 물리적 계층(1계층)에서 작동
  • 이 계층들은 네트워크 장치 간의 물리적인 데이터 전송과 직접적인 연결을 관리

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2. 기능 및 특성

• TCP (Transmission Control Protocol):
  • 연결 지향적: 통신을 시작하기 전에 연결을 설정
  • 신뢰성 있는 전송: 데이터 패킷의 손실, 순서 변경, 중복 전송을 관리하여 신뢰성을 보장
  • 흐름 제어 및 혼잡 제어 기능: 데이터 전송률을 네트워크의 상태에 맞춰 조절
• UDP (User Datagram Protocol):
  • 비연결성: 연결을 설정하지 않고 데이터를 전송
  • 경량: TCP보다 훨씬 적은 헤더 정보를 가지며, 처리 과정이 간단합니다.
  • 신뢰성 없는 전송: 데이터 패킷의 손실에 대해 복구하지 않습니다.
• 이더넷:
  • 프레임 전송: 데이터를 프레임 단위로 캡슐화하여 네트워크 장치 간에 전송
  • 물리적 주소 사용: MAC 주소를 사용하여 네트워크 내의 장치들을 식별하고 데이터를 전송
  • 접근 제어: CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)을 사용하여 네트워크상에서 데이터 전송 시 충돌을 감지하고 관리합니다.

3. 사용 예

• TCP: 이메일, 웹 페이지 로딩, 파일 전송 등 신뢰성이 중요한 응용 프로그램에서 사용
• UDP: 스트리밍, 온라인 게임, VoIP와 같이 실시간성이 중요하고 일부 데이터 손실이 허용되는 응용 프로그램에서 사용됩니다.
• 이더넷: 사무실, 데이터 센터, 가정 등에서 네트워크 장비를 연결하고 데이터 통신 기반을 제공하는 데 사용