[CS] 네트워크 - TCP/IP 4계층과 주요 개념

팔랑이·2025년 1월 5일

CS TCP/IP 네트워크

CS

목록 보기

9/19

⛳️ 인프런 - cs 지식의 정석 강의를 듣고 학습한 내용입니다.

TCP/IP 4계층

개념

TCP/IP는 인터넷에서 데이터를 주고받을 때 사용하는 프로토콜 모음으로, 데이터를 올바르게 전송하기 위해 계층별로 책임을 분리한 구조를 가진다.

TCP/IP 4계층

애플리케이션 계층

HTTP, SMTP, SSH, FTP 등이 대표적
사용자와 가장 가까운 인터페이스 계층
웹 서비스, 이메일, 파일 전송 등의 애플리케이션 서비스를 처리

전송 계층

TCP, UDP가 대표적.
데이터를 세그먼트(TCP)나 데이터그램(UDP)으로 나누고, 오류 없이 전달되도록 처리
TCP는 신뢰성을 보장하며, UDP는 신뢰성 대신 속도를 우선

인터넷 계층

IP, ICMP, ARP 등이 포함
데이터 패킷화 및 경로 설정
노드 간 데이터 전달을 담당

링크 계층

데이터 링크 계층과 물리 계층을 합친 계층
전선, 광섬유, 무선 등으로 데이터가 실제 네트워크를 통해 전송되는 방식을 정의

캡슐화와 비캡슐화

캡슐화

송신자가 데이터를 보낼 때, 각 계층에서 해당 계층의 헤더를 추가하는 과

ex: TCP 계층에서 TCP 헤더 추가 → IP 계층에서 IP 헤더 추가 → 전송

비캡슐화

수신자가 데이터를 받을 때, 계층별로 헤더를 제거하며 데이터의 원본 형태를 복원하는 과정

PDU (Protocol Data Unit)

각 계층별 데이터 단위를 의미한다.
모든 계층에 전달되는 데이터가 쪼개져서 패킷으로 전달된다고 하는 것도 대강 맞는 말이지만, PDU에 따라 부르는게 더 정확한 표현이다.

애플리케이션 계층: 메시지
전송 계층: 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP)
인터넷 계층: 패킷 (세그먼트 + IP 헤더)
링크 계층: 프레임(데이터 링크 계층) → 비트(물리 계층)

세그먼트 : 적절한 크기로 쪼갠 조각 (세그먼트와 데이터그램의 의미는 같음)
패킷 : 세그먼트에 SP와 DP가 포함된 IP 헤더가 붙은 형태의 조각
프레임 : MAC주소 헤더와 CRC/체크섬 트레일러가 붙은 조각

CRC/체크섬 트레일러

데이터의 오류감지 위한 수학적 함수가 적용된 값들이 있는 필드로, 과도한 트래픽 등으로 인한 링크의 오류가 데이터를 손상하는 것을 감지하는 역할을 한다.

CRC : CRC-1, CRC-16 등의 알고리즘으로 나온 값을 통해 데이터 전송 오류 감지
체크섬 : MD5, SHA-256 등의 알고리즘으로 나온 값을 통해 데이터 무결성 보장

참고: IP Header

참고: OSI 7계층

MTU와 MSS

1. MTU (Maximum Transmission Unit)

네트워크가 한 번에 전송할 수 있는 최대 PDU 크기

ex: MTU가 1500일 때, 4000바이트 데이터를 보내려면 더 작게 분할 필요

보내려는 데이터가 MTU보다 크다면?

IPv6: 분할 비허용.

IPv4: 헤더의 Flag 필드에서 DF(Don't Fragment) 비트가 1로 설정되면 분할이 불가능

MTU 확인 방법

window cmd: netsh interface ipv4 show interfaces 입력
mac os 터미널: ifconfig 입력시 다음과 같이 확인해볼 수 있다.

2. MSS (Maximum Segment Size)

MTU는 IP헤더와 TCP헤더의 크기까지 합치지만, MSS는 데이터의 크기(payload의 크기)만을 나타냄.
즉 MSS = MTU - TCP/IP 헤더 크기

3. PMTUD (Path MTU Discovery)

패킷이 MTU보다 클 때, 패킷 분할이 불가능한 경우 발생
패킷이 목적지에 도달하지 못하면 경로 상의 MTU를 줄여가면서 다시 전송한다
IPv6 환경에서 특히 중요

애플리케이션 계층 프로토콜

1. HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

서버와 클라이언트 간 데이터 전송을 위한 프로토콜이다. 처음에는 서버와 브라우저간 데이터를 주고받는데 설계되었지만, 지금은 서버와 서버간 통신에도 많이 이용한다.

확장성: 표준화된 헤더 외에도 필요에 따라 추가적인 정보를 헤더에 포함시켜 요청이나 응답을 확장할 수 있다. HTTP가 다양한 상황에서 유연하게 동작할 수 있도록 만들어주는 핵심 장점 중 하나.
Stateless: 요청-응답 간 상태 정보를 저장하지 않음

2. SSH (Secure Shell Protocol)

보안되지 않은 네트워크에서 데이터를 암호화하여 안전하게 전송하기 위한 암호화 네트워크 프로토콜

ex: AWS 서버 인증에 사용되는 PEM 키

3. FTP (File Transfer Protocol)

노드 간 파일 전송하는 데에 사용되는 프로토콜이다. 현재는 보안이 강화된 FTPS, SFTP로 대체되고 있다.

4. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

이메일 전송을 위한 표준 프로토콜로, 메일링 서비스를 직접 만든다면 smtp를 통해 보내야 함

예시 코드: JavaScript의 `Nodemailer` 라이브러리 내부 코드

코드를 보면 smtp를 사용하여 이메일을 보내는 것을 확인할 수 있다.

let transporter = nodemailer.createTransport({
    host: "smtp.ethereal.email",
    port: 587,
    secure: false,
    auth: {
        user: testAccount.user,
        pass: testAccount.pass,
    },
});

전송 계층

TCP (Transmission Control Protocol)

특징:
1. 신뢰성 있는 전송 (3-way handshake로 연결, 4-way handshake로 연결 해제)
2. 가상회선 패킷 교환 방식으로, 패킷 순서가 보장된다.
3. 오류 검사 방식이 다양하다.
  - 재전송: 시간이 초과되면 서버에서 재전송 시도
- 체크섬: 송신된 데이터와 수신된 데이터의 체크섬 값을 비교해 무결성 평가
헤더: 20~60바이트 (가변)

UDP (User Datagram Protocol)

특징:
1. 속도가 빠름 (단순 데이터그램 방식)
2. 데이터그램 패킷 교환 방식으로, 순서 보장 없음
3. 간단한 체크섬만 지원
헤더: 고정 길이 8바이트

TCP vs UDP 비교

특성	TCP	UDP
패킷 교환방식	가상회선 방식	데이터그램 방식
신뢰성	있음	없음
오류검사	재전송, 체크섬 지원	체크섬만 지원
순서 보장	있음	없음
헤더 크기	20~60바이트 (가변)	8바이트 (고정)
연결 보장	3-way/4-way handshake	연결 없음
브로드캐스트	지원하지 않음	지원
속도	상대적으로 느림	빠름

3-way Handshake

TCP 연결 설정 과정:
1. SYN: 클라이언트 → 서버로 연결 요청
2. SYN/ACK: 서버 → 클라이언트로 연결 승인
3. ACK: 클라이언트 → 서버로 확인 응답

4-way handshake

클라이언트가 연결을 닫으려고 할 때, FIN으로 설정된 세그먼트를 보낸 후 FIN_WAIT_1 상태로 들어감.
서버는 클라이언트로 ACK 세그먼트를 보내고 CLOSE_WAIT 상태로 들어감. 클라이언트가 세그먼트를 받으면 FIN_WAIT_2 상태로 들어감.
서버는 LAST_ACK 상태가 되며 일정 시간 이후, 클라이언트에 FIN 세그먼트를 보냄.
클라이언트는 TIME_WAIT 상태가 되고, 다시 서버로 ACK를 보냄. 그러면 서버는 CLOSED 상태가 되고, 클라이언트는 TIME_WAIT 시간을 대기한 후 연결이 닫힘.

TIME_WAIT이 필요한 이유

지연 패킷 처리: 연결 해제 과정에서도 어떤 패킷이 지연되어 올 수 있기 때문에 데이터 무결성을 보장하려면 대기시간이 필요함.
양쪽 연결 보장: 서버와 클라이언트 양쪽 모두가 CLOSED 상태가 되었는지 확인하는데, 이는 새 연결 시 중복 데이터 충돌을 방지하기 위함이다.

TIME_WAIT 시간
: 최대 세그먼트 생명값(MSL) * 2로, 운영체제(OS)에 따라 상이함

우분투: 60초

윈도우: 240초 (4분)

맥OS: 특정 설정값에 따라 다름

인터넷 계층

이 부분은 너무 중요해서 뒤에서 자세히 다룰 예정!

ICMP (Internet Control Message Protocol)

역할: 통신 상태 확인
특징:
- 데이터 교환용이 아닌 테스트용
- 독립적인 비연결형 프로토콜

팔랑이

정체되지 않는 성장

이전 포스트

[CS] 네트워크 기초

다음 포스트

[CS] 네트워크 - TCP/IP 4계층과 주요 개념

CS

TCP/IP 4계층

개념

TCP/IP 4계층

캡슐화와 비캡슐화

캡슐화

비캡슐화

PDU (Protocol Data Unit)

CRC/체크섬 트레일러

참고: IP Header

참고: OSI 7계층

MTU와 MSS

1. MTU (Maximum Transmission Unit)

MTU 확인 방법

2. MSS (Maximum Segment Size)

3. PMTUD (Path MTU Discovery)

애플리케이션 계층 프로토콜

1. HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

2. SSH (Secure Shell Protocol)

3. FTP (File Transfer Protocol)

4. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

예시 코드: JavaScript의 `Nodemailer` 라이브러리 내부 코드

전송 계층

TCP (Transmission Control Protocol)

UDP (User Datagram Protocol)

TCP vs UDP 비교

3-way Handshake

4-way handshake

TIME_WAIT이 필요한 이유

인터넷 계층

ICMP (Internet Control Message Protocol)

[CS] 네트워크 기초

[CS] 네트워크 - 라우팅, IP 주소체계 + HTTP 헤더

0개의 댓글

[CS] 네트워크 - TCP/IP 4계층과 주요 개념

CS

TCP/IP 4계층

개념

TCP/IP 4계층

캡슐화와 비캡슐화

캡슐화

비캡슐화

PDU (Protocol Data Unit)

CRC/체크섬 트레일러

참고: IP Header

참고: OSI 7계층

MTU와 MSS

1. MTU (Maximum Transmission Unit)

MTU 확인 방법

2. MSS (Maximum Segment Size)

3. PMTUD (Path MTU Discovery)

애플리케이션 계층 프로토콜

1. HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

2. SSH (Secure Shell Protocol)

3. FTP (File Transfer Protocol)

4. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

예시 코드: JavaScript의 Nodemailer 라이브러리 내부 코드

전송 계층

TCP (Transmission Control Protocol)

UDP (User Datagram Protocol)

TCP vs UDP 비교

3-way Handshake

4-way handshake

TIME_WAIT이 필요한 이유

인터넷 계층

ICMP (Internet Control Message Protocol)

[CS] 네트워크 기초

[CS] 네트워크 - 라우팅, IP 주소체계 + HTTP 헤더

0개의 댓글

예시 코드: JavaScript의 `Nodemailer` 라이브러리 내부 코드