인터넷 프로토콜 스위트(Internet protocol suite)
인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고 받는 데 쓰이는 프로토콜 집합.
TCP/IP 4계층 모델로 설명 하거나 OSI7계층 모델로 설명하기도 함.
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 4계층 모델은 네트워크에서 사용되는 통신 프로토콜의 집합. 계층들은 프로토콜의 네트워킹 범위에 따라 네개의 추상화계층으로 구성.
그림을 보자.
계층구조
위의 그림처럼 TCP/IP 계층과 달리 OSI 계층은 애플리케이션 계층을 3개로 쪼개고.(네트워크 접근)링크 계층을 데이터 링크 계층,물리계층으로 나눠서 표현하는 것이 다르며, 인터넷계층을 네트워크 계층이라 부른다는 점이 다름.
이계층들은 특정 계층이 변경되었을 때 다른 계층이 영향을 받지 않도록 설계. 예를들어 전송계층에서 TCP를 UDP로 변경했다고 해서 인터넷 웹브라우저를 다시 설치할 필요없듯이 유연하게 설계된 것.
애플리케이션 계층
FTP, HTTP,SSH, SMTP,DNS등 응용프로그램이 사용되는 프로토콜 계층. 웹서비스 이메일 등 서비스를 실질적으로 사람들에게 제공하는 계층.
용어설명
FTP: 장치와 장치간의 파일을 전송하는데 사용되는 표준 통신 프로토콜
SSH: 보안되지 않은 네트워크에서 네트워크 서비스를 안전하게 운영하기 위한 암호화 네트워크 프로토콜
HTTP: World Wide Web 을 위한 데이터 통신의 기초이자 웹사이트를 이용하는데 쓰는 프로토콜
SMTP: 전자 메일 전송을 위한 인터넷 표준 통신 프로토콜
DNS: 도메인 이름과 IP주소를 매핑해주는 서버 예를들어 www.naver.com 에 DNS쿼리가 오면 [Root DNS]->[.com DNS]->[.www DNS]과정을 거쳐 완벽한 주소를 찾아 IP주소를 매핑함. 이를통해 IP주소가 바뀌어도 사용자들에게 똑같은 도메인 주소로 서비스할 수 있음. www.naver.com 의 ip주소가 222.111.222.111 에서 222.111.222.122로 바뀌었음에도 www.naver.com이라는 주소로 서비스가 가능.
전송계층
전송(transport) 계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며 연결 지향 데이터 스트림 지원, 신뢰성, 흐름 제어를 제공하며, 애플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때의 중계 역할. 예로는 TCP, UDP 등이 있으며 대표적으로 TCP와 UDP가 있음.TCP는 패킷 사이의 순서를 보장하고 연결지향 프로토콜을 사용해서 연결을 하여 신뢰성을 구축해서 수신 여부를 확인하며 ‘가상회선 패킷 교환 방식’을 사용합니다. UDP는 순서를 보장하지 않고 수신 여부를 확인하지 않으며 단순히 데이터만 주는 ‘데이터그램 패킷 교환 방식’을 사용
가상회선 패킷 교환 방식
가상회선 식별자가 포함되며 모든패킷을 전송하면 가상회선이 해제되고 패킷들은 전송된 '순서대로'도착하는 방식을 말함.
데이터그램 패킷 교환방식
패킷이 독립적으로 이동하며 최적의 경로를 선택하여 가는데, 하나의 메시지에서 분할된 여러 패킷은 서로다른 경로로 전송 될 수 있으며 도착한'순서가 다를 수 '있는 방식을 뜻함.
TCP 연결 성립과정
TCP 연결 성립과정
TCP 는 신뢰성을 확보할때 3-way handshake라는 작업을 진행
➊ SYN 단계: 클라이언트는 서버에 클라이언트의 ISN을 담아 SYN을 보냅니다. ISN은 새로운 TCP 연결의 첫 번째 패킷에 할당된 임의의 시퀀스 번호를 말하며(예시로 12010) 이는 장치마다 다름
➋ SYN + ACK 단계: 서버는 클라이언트의 SYN을 수신하고 서버의 ISN을 보내며 승인번호로 클라이언트의 ISN + 1을 보냄.
➌ ACK 단계: 클라이언트는 서버의 ISN + 1한 값인 승인번호를 담아 ACK를 서버에 보냄. 이렇게 3-웨이 핸드셰이크 과정 이후 신뢰성이 구축되고 데이터 전송을 시작함. 참고로 TCP는 이 과정이 있기 때문에 신뢰성이 있는 계층이라고 하며 UDP는 이 과정이 없기 때문에 신뢰성이 없는 계층이라 함.
용어
SYN : SYNchronization 의 약자 연결 요청 플래그
ACK : ACKnowledgement 의 약자 응답 플래그
ISN : Initial Sequence Numbers의 약어, 초기 네트워크 연결을 할때 할당된 32비트 고유 시퀀스 번호.
TCP연결 해제 과정
TCP가 연결을 해제할때는 4-way handshake 과정발생
1번: 먼저 클라이언트가 연결을 닫으려고 할 때 FIN으로 설정된 세그먼트를 보냄. 그리고 클라이언트는 FIN_WAIT_1 상태로 들어가고 서버의 응답을 기다림.
2번: 서버는 클라이언트로 ACK라는 승인 세그먼트를 보냄. 그리고 CLOSE_WAIT 상태가 됨. 클라이언트가 세그먼트를 받으면 FIN_WAIT_2 상태.
3번: 서버는 ACK를 보내고 일정 시간 이후에 클라이언트에 FIN이라는 세그먼트를 보냄.
4번: 클라이언트는 TIME_WAIT 상태가 되고 다시 서버로 ACK를 보내서 서버는 CLOSED 상태가 됨. 이후 클라이언트는 어느 정도의 시간을 대기한 후 연결이 닫히고 클라이언트와 서버의 모든 자원의 연결이 해제됨.
이 과정 중 가장 눈여겨봐야 할 것은 TIME_WAIT인데 그냥 연결을 닫으면 되는데 굳이???
첫 번째는 지연 패킷이 발생할 경우를 대비하기 위함. 패킷이 뒤늦게 도달하고 이를 처리하지 못한다면 데이터 무결성 문제가 발생.
두 번째는 두 장치가 연결이 닫혔는지 확인하기 위해서. 만약 LAST_ACK 상태에서 닫히게 되면 다시 새로운 연결을 하려고 할 때 장치는 줄곧 LAST_ACK로 되어 있기 때문에 접속 오류가 나타나게 될 것.
이러한 이유로 TIME_WAIT라는 잠시 기다릴 시간 필요.
TIME_WAIT : 소켓이 바로 소멸되지 않고 일정시간 유지되는 상태를 말하며 지연 패킷 등의 문제점을 "해결"하는데 쓰임.
CentOS6 ,우분투에서는 60초 설정. 윈도우는 4분으로 설정되어있음. OS마다 다를 수 있지만 필수 불가결.
데이터무결성 : 데이터의 정확성과 일관성을 유지하고 보증하는 것
인터넷계층
장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하기 위해 사용되는 계층. IP, ARP, ICMP 등이 있으며 패킷을 수신해야 할 상대의 주소를 지정하여 데이터를 전달. 상대방이 제대로 받았는지에 대해 보장하지 않는 비연결형적인 특징을 가지고 있음.
링크계층
링크 계층은 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고받는 ‘규칙’을 정하는 계층. 참고로 네트워크 접근 계층. 이를 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 나누기도 하는데 물리 계층은 무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보내는 계층을 말하며, 데이터 링크 계층은 ‘이더넷 프레임’을 통해 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어를 담당하는 계층을 말함.
유선LAN
유선LAN을 이루는 이더넷은 IEEE802.3이라는 프로토콜을 따르며 전이중화 통신을 씀
전이중화(full duplex) 통신은 양쪽 장치가 동시에 송수신할 수 있는 방식을 말함. 이는 송신로와 수신로로 나눠서 데이터를 주고받으며 현대의 고속 이더넷은 이 방식을 기반으로 통신하고 있음.
CSMA/CD
참고로 이전에는 유선 LAN에 ‘반이중화 통신’ 중 하나인 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식. 이 방식은 데이터를 ‘보낸 이후’ 충돌이 발생한다면 일정 시간 이후 재전송하는 방식. 이는 수신로와 송신로를 각각 둔 것이 아니고 한 경로를 기반으로 데이터를 보내기 때문에 데이터를 보낼 때 충돌에 대해 대비해야 했기 때문. (같은 시간에 전송이 불가 그말인 즉 송수신을 양쪽에서 할 수 는 있지만 "동시"에는 불가)
유선 LAN을 이루는 케이블
유선 LAN을 이루는 케이블로는 TP 케이블이라고 하는 트위스트 페어 케이블과 광섬유 케이블이 대표적.
트위스트 페어 케이블
트위스트 페어 케이블(twisted pair cable)은 하나의 케이블처럼 보이지만 실제로는 여덟 개의 구리선을 두 개씩 꼬아서 묶은 케이블을 지칭합니다.
광섬유 케이블
이저를 이용해서 통신하기 때문에 구리선과는 비교할 수 없을 만큼의 장거리 및 고속 통신이 가능. 보통 100Gbps의 데이터를 전송하며 다음 그림처럼 광섬유 내부와 외부를 다른 밀도를 가지는 유리나 플라스틱 섬유로 제작해서 한 번 들어간 빛이 내부에서 계속적으로 반사하며 전진하여 반대편 끝까지 가는 원리를 이용한 것.
무선LAN
무선랜장치는 수신과 송신에 같은채널을 사용하기때문에 반이중화 통신사용.
CSMA/CA
반이중화 통신 중 하나로 장치에서 데이터를 보내기전에 캐리어 감지등으로 사전에 가능한 충돌을 방지하는 방식을 사용하여 과정은 다음과 같다.
- 데이터를 송신하기 전에 무선 매체를 살핌.
- 캐리어 감지: 회선이 비어 있는지를 판단.
- IFS(Inter FrameSpace): 랜덤 값을 기반으로 정해진 시간만큼 기다리며, 만약 무선 매체가 사용 중이면 점차 그 간격을 늘려가며 기다림.
- 이후에 데이터를 송신.
무선LAN을 이루는 주파수 (Wireless Local Area Network) 2대 이상의 장치를 연결하는 기술. 주파수 대역은 2.4GHz또는 5GHz중 하나를 써서 구축.
2.4는 장애물에 강한특성에 반면 전파간섭이 일어나는 경우가 많고 5는 사용할 수 있는 채널 수 도많고 동시에 사용 할 수 있기때문에 보통 5GHz사용이 더 좋다.
와이파이
전자기기들이 무선 랜 신호에 연결할 수 있게 하는기술 공유기가 있어야하며 무선랜을 사용하는 기술로는 와이파이 외에 지그비 , 블루투스가 있다.
BSS
BSS(Basic Service Set)는 기본 서비스 집합을 의미하며, 단순 공유기를 통해 네트워크에 접속하는 것이 아닌 동일 BSS 내에 있는 AP들과 장치들이 서로 통신이 가능한 구조. 근거리 무선 통신을 제공하고, 하나의 AP만을 기반으로 구축이 되어 있어 사용자가 한 곳에서 다른 곳으로 자유롭게 이동하며 네트워크에 접속하는 것은 불가능.
ESS
ESS는 하나이상의 연결된 BSS그룹.BSS보다 많은 가용성과 이동성 지원.
MAC주소
컴퓨터나 노트북등 네트워크에 연결하기 위한 장치(LAN카드)가 있는데, 이를 구별하기 위한 식별번호.(48비트)구성..
계층간 데이터 송수신 과정
캡슐화 과정
비캡슐화 과정
PDU
네트워크의 어떠한 계층에서 계층으로 데이터가 전달될 떄 한덩어리의 단위를 (Protocol Data Unit)이라고 함.
PDU는 제어 관련 정보들이 포함된 '헤더', 데이터를 의미하는 '페이로드'로 구성 되어 있으며 부르는 명칭이 다름.(페이로드 = 사용에 있어서 전송되는 데이터)
참고로 PDU 중 아래 계층인 비트로 송수신하는 것이 모든 PDU 중 가장 빠르고 효율성이 좋다. 하지만 애플리케이션 계층에서는 문자열을 기반으로 송수신을 하는데, 그 이유는 헤더에 authorization 값 등 다른 값들을 넣는 확장이 쉽기 때문.
출처 : 큰돌(저자블로그)
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