1. 네트워크의 시작

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인터넷이 대중화되면서 네트워크는 컴퓨터 기술에서 빼놓을 수 없는 분야가 되었다.
우리는 언제 어디서나 인터넷에 접속하여 필요한 정보를 찾고 사람들과 연락을 주고받을 수 있다. 이러한 네트워크는 어디서부터 시작된 걸까?

지금 우리가 사용하는 인터넷 프로토콜, 즉 IP 기반의 네트워크는 미 국방성에서 1969년 진행했던 아르파넷(ARPANET) 프로젝트에서 시작되었다. 이 프로젝트는 당시 냉전시대에서 핵전쟁을 대비하기 위한 통신망 구축을 위해 추진되었다. 이때 기존에 사용되었던 회선교환 방식이 아닌 패킷교환 방식으로 네트워크를 구축하게 되는데 이를 토대로 현재의 인터넷 통신 방식의 기반이 세워졌다. 그럼 패킷교환 이전에 사용되었던 회선교환 방식은 어떻게 통신을 했을까?

회선교환 방식

• 회선교환 방식은 발신자와 수신자 사이에 데이터를 전송할 전용선을 미리 할당하고 둘을 연결한다.
  (우리가 전화하는 방식을 떠올려보자.) 그래서 내가 연결하고 싶은 상대가 다른 상대와 연결 중이라면, 상대방은 이미 다른 상대와의 전용선과 연결되어 있기 때문에 그 연결이 끊어지고 나서야 상대방과 연결할 수 있다. 또한 특정 회선이 끊어지는 경우에는 처음부터 다시 연결을 성립해야 한다. (즉시성이 떨어짐)
  

패킷교환 방식

• 회선이 사용 중이더라도 마냥 기다리지 않아도 되는 방법이 있을까? 아르파넷 프로젝트에서는 이 문제를 해결하기 위하여 패킷교환 방식의 네트워크를 고안했다.

• 패킷교환 방식은 패킷이라는 단위로 데이터를 잘게 나누어 전송하는 방식이다. (마치 소포를 보내듯)
  그래서 각 패킷에는 출발지와 목적지 정보가 있고 이에 따라 패킷이 목적지를 향해 가장 효율적인 방식으로 이동할 수 있다. 이를 이용하면 특정 회선이 전용선으로 할당되지 않기 때문에 빠르고 효율적으로 데이터를 전송할 수 있다.

• 그래서 인터넷 프로토콜, 줄여서 IP는 출발지와 목적지의 정보를 IP 주소라는 특정한 숫자값으로 표기하고 패킷단위로 데이터를 전송하게 되었다.

2. IP/IP Packet

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IP 주소 부여

• 복잡한 인터넷 망 속 수많은 노드들을 지나 어떻게 클라이언트와 서버가 통신할 수 있을까?
  흔히 말하는 IP(인터넷 프로토콜) 주소를 컴퓨터에 부여하여 이를 이용해 통신한다.

• IP는 지정한 IP 주소(IP Address)에 패킷(Packet)이라는 통신 단위로 데이터 전달을 한다.

IP 패킷 정보

• IP 패킷에서 패킷은 pack과 bucket이 합쳐진 단어로 소포로 비유할 수 있다.
  IP 패킷은 이를 데이터 통신에 적용한 것이라고 보면 된다.

• IP 패킷은 우체국 송장처럼 전송 데이터를 무사히 전송하기 위해 출발지 IP, 목적지 IP와 같은 정보가 포함되어 있다.
  

클라이언트 패킷 전달

• 패킷 단위로 전송을 하면 노드들은 목적지 IP에 도달하기 위해 서로 데이터를 전달한다.
  이를 통해 복잡한 인터넷 망 사이에서도 정확한 목적지로 패킷을 전송할 수 있다.
  

서버 패킷 전달

• 서버에서 무사히 데이터를 전송받는다면 서버도 이에 대한 응답을 돌려줘야 한다.
  서버 역시 IP 패킷을 이용해 클라이언트에 응답을 전달한다.
  

IP의 한계

• 비연결성
  • 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능 상태여도 패킷 전송
    ➡ 클라이언트는 서버의 상태를 파악할 방법이 없기 때문

• 비신뢰성
  • 중간에 패킷이 사라질 수 있음
    ➡ 패킷이 중간에 소실되더라도 클라이언트는 이를 파악할 방법이 없음
  • 패킷의 순서를 보장할 수 없음
    ➡ 전달 데이터의 용량이 클 경우 이를 패킷 단위로 나눠 데이터를 전달하게 되는데
    이때 패킷들은 중간에 서로 다른 노드를 통해 전달될 수 있음 -> 클라이언트가 의도하지 않은 순서로 서버에 패킷이 도착

3. TCP/UDP Packet

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OSI 7계층과 TCP/IP 4계층

• 네트워크 프로토콜 계층은 다음과 같이 OSI 7계층과 TCP/IP 4 계층으로 나눌 수 있다.
  
  • IP 프로토콜 보다 더 높은 계층에 TCP 프로토콜이 존재하기 때문에 앞서 다룬 IP 프로토콜의 한계를 보완할 수 있다.
  • TCP/IP 4 계층은 OSI 7 계층보다 먼저 개발되었으며 TCP/IP 프로토콜의 계층은 OSI 모델의 계층과 정확하게 일치하지는 않는다.
    실제 네트워크 표준은 업계표준을 따르는 TCP/IP 4 계층에 가깝다.

채팅 프로그램에서 메시지를 보낼 때 어떤 일이 일어날까?

• 먼저 HTTP 메시지가 생성되면 Socket을 통해 전달된다.

  • 프로그램이 네트워크에서 데이터를 송수신할 수 있도록, “네트워크 환경에 연결할 수 있게 만들어진 연결부“가 바로 네트워크 소켓(Socket)이다.

• 그리고 IP 패킷을 생성하기 전 TCP 세그먼트를 생성한다.

• 이렇게 생성된 TCP/IP 패킷은 LAN 카드와 같은 물리적 계층을 지나기 위해 이더넷 프레임 워크에 포함되어 서버로 전송된다.
  

TCP/IP 패킷 정보

• TCP 세그먼트에는 IP 패킷의 출발지 IP와 목적지 IP 정보를 보완할 수 있는
  출발지 PORT, 목적지 PORT, 전송 제어, 순서, 검증 정보 등을 포함한다.
  

TCP의 특징

전송 제어 프로토콜 (Transmission Control Protocol)

• 연결 지향 - TCP 3 way handshake (가상 연결)

• 데이터 전달 보증

• 순서 보장

• 신뢰할 수 있는 프로토콜

UDP의 특징

사용자 데이터그램 프로토콜 (User Datagram Protocol)

• 하얀 도화지에 비유 (기능이 거의 없음)

• 비 연결지향 - TCP 3 way handshake X

• 데이터 전달 보증 X

• 순서 보장 X

• 데이터 전달 및 순서가 보장되지 않지만, 단순하고 빠름

• 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스(e.g. 실시간 스트리밍)에 자주 사용됨.

TCP와 UDP의 차이점

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