[ 네트워크 ] 네트워크란? & TCP/IP 4계층

🤍 네트워크

네트워크가 생겨나게 된 계기 : 데이터를 주고받기 위해서이다.

• 자신의 컴퓨터에만 존재하던 데이트 -> 다른 컴퓨터와 교환해야하는 목적 -> 연결 = 네트워크
• 네트워크 잡합들 간의 연결 = 인터넷

네트워크를 통해 무엇을 하려고 하는가? 

: 내가 원하는 것을 상대방에게 "요청"하여 "응답"을 받는 것이다.

ex) 같은 컴퓨터 안에서 다른 응용 프로그램과 통신하기, 같은 네트워크 안에 있는 컴퓨터의 응용 프로그램과 통신하기, 다른 네트워크에 있는 컴퓨터의 응용 프로그램과 통신하기 등

 

편지로 빗댄다면?

사람은 편지라는 데이터를 생성한다.

컴퓨터는 크롬과 같은 응용프로그램 (애플리케이션)이 데이터를 생성하는 주체이다.

 

사람은 안부를 묻기 위해 편지를 작성한다.

웹 브라우저(애플리케이션)는 화면에서 필요한 데이터를 요청하기 위해 HTTP 데이터를 생성한다.

 

편지에는 양식 (인사말, 본문, 맺음말)이 있다.

HTTP에는 양식 (start-line, headers, body)이 있다.

 

이러한 약속을 '프로토콜' 이라고 한다.

 

상대방의 컴퓨터에서 내가 보낸 데이터를 그대로 받아보려면 내가 보낸 데이터 형식을 상대방 컴퓨터 또한 똑같은 형식으로 받겠다고 지정해야 한다.

ex ) 

내가 엑셀의 제1항목으로 '제목'을 써서 보냄 -> 상대방 컴퓨터에서는 제1항목으로 '이름'을 받겠다고 설정 = 다른 데이터.

이때 필요한 것이?

'프로토콜' 이다.

 

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🤍 TCP /IP

TCP/IP 가 인터넷에서 사용하는 표준 프로토콜이다.

 

우리가 인터넷에서 다른 컴퓨터와 데이터를 주고받을 수 있는 것은?

이 TCP/IP 덕분이다.

ex ) 구글 크롬 표시 줄에 https://www.naver.com/ 친다면 어떤 행위가 이루어지는가?

네이버의 서버에 도달 -> 내 컴퓨터 화면 앞에 네이버를 띄워줄 때까지, TCP/IP 의 약속을 따라 진행된다.

 

TCP/IP 약속이란?

내가 https://www.naver.com/ 를 치고 네이버 화면을 받을 때까지, 데이터가 4계층에 걸쳐서 만들어지고, 다시 4계층을 역으로 거치는 과정이 이루어진다.

응용, 전송, 인터넷을 거쳐 이더넷에 도달한 뒤 다시 인터네, 전송, 응용을 거치는 것이다.

 https://yozm.wishket.com/magazine/detail/1906/

위 과정에서 각 단계마다 '캡슐화' 과정이 일어난다.

캡슐화	데이터가 다음 계층에 의해 감싸지는 것.

ex ) 네이버 화면을 불러오고 싶다면?

내가 입력한 https://www.naver.com/ 이라는 데이터가 4단계 계층에 걸쳐서 4번 포장지에 쌓여야 (4번 캡슐화) 네이버 서버의 문을 두드릴 수 있는 데이터가 된다.

그리고...

다시 거꾸로 4단계 계층에 걸쳐서 4번 포장지를 풀어야 네이버의 서버가 내가 보낸 진짜 데이터를 읽을 수 있게 된다.

그 과정과정과정과정마다 약속이 있는 것이다.

 

이러한 구조는 현실 세계로 예를 들 수 있다.

ex ) 사람이 편지를 주고받는 상황

하지만 현실과 달리 컴퓨터는 철저히 단계에 따라 목적지를 찾아가야 한다.

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✉ 같은 도시의 편지 전달

∎ 서울 네트워크의 김씨가, 같은 서울 네트워크의 이씨에게 편지를 택배로 보내보자.

• 1단계, 편지 작성

김씨는 전달하고자 하는 글을 편지 양식에 맞춰서 써내려간다. (인사말,본문,맺음말)

• 2단계, '보내는 이' 작성

편지지를 봉투에 넣고, 보내는 이, 받는 이를 적는다. ( 편지지를 편지봉투에 감싼다. )

실네 네트워크 = 다음 계층이 이전 계층을 감싸는 과정 = '캡슐화' ( 내용물을 목적지로 보내기 위해 단계별로 감싸는 행동 )

보내는 이	받는 이
101동 김씨	201동 이씨
편지지 = 편지를 편지봉투로 캡슐화

• 3단계, '보낼 곳' 작성

편지를 택배에 넣어 캡슐화하고, 송장에 택배를 받을 아파트를 적어 붙인다.

보내는 아파트	받는 아파트
서울 A아파트	서울 B아파트
보내는 이	받는 이
101동 김씨	201동 이씨
편지지 = 받는 아파트를 지정하기 위해 캡슐화

• 4단계, 주소지 할당

김씨의 편지가 우체국에 도착하고 우체국에서는 송장을 확인해 배달부가 찾아가야 할 주소를 붙여준다.

보내는 주소	받는 주소
서울시 서부 10-1번지	서울시 동부 20-1번지
보내는 아파트	받는 아파트
서울 A아파트	서울 B아파트
보내는 이	받는 이
101동 김씨	201동 이씨
편지지 = 실제 주소로 캡슐화

각 단계가 존재하는 이유 = '캡슐화' 과정을 통해 이전 단계의 내용물을 다른 곳으로 이동시키기 위한 것.

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∎ 역 캡슐화

이제 B아파트에서 어떤 과정을 통해 이씨한테 전달될까?

 

• 1단계, 주소지 확인

보내는 주소	받는 주소
서울시 서부 10-1번지	서울시 동부 20-1번지

 

보내는 아파트	받는 아파트
서울 A아파트	서울 B아파트
보내는 이	받는 이
101동 김씨	201동 이씨
편지지 = 포장지 벗겨내듯, 역 캡슐화를 진행

 

• 2단계, '보낸 곳' 확인

보내는 아파트	받는 아파트
서울 A아파트	서울 B아파트

 

보내는 이	받는 이
101동 김씨	201동 이씨
편지지 = A아파트에서 B아파트로 보내는 택배인 것을 확인

 

• 3단계, '보낸 이' 확인

보내는 이	받는 이
101동 김씨	201동 이씨

 

편지지 = 최종 목적지 확인

 

• 4단계, '편지 전달'

최종적으로 이씨가 편지를 받게 된다.

캡슐화된 내용들을 꺼내면서 목적지를 찾아가는 과정 = 캡슐화의 반대 = '역캡슐화'

"편지지 -> 받는 이 -> 받는 곳" 이 과정을 반대로 하여 "받는 곳 -> 받는 이 -> 편지지"의 과정을 거쳐서 이씨가 편지를 받게 되는 것이다.

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✉ 도시 간의 편지 전달

∎ 서울 네트워크의 김씨가, 같은 부산 네트워크의 박씨에게 편지를 택배로 보내보자.

 서울에서 밖으로 나가려면 반드시 통해야 하는 서울 톨게이트를 '받는 곳'으로 하여 전달한다.

https://yozm.wishket.com/magazine/detail/1906/

톨게이트	받는 곳을 확인하여 본인에게 전달된 것이 맞는지 확인한다.

톨게이트에서 '받는 곳'을 확인하고 부산으로 가는 고속도로로 택배를 전달한다.

그 뒤 톨게이트에 연결된 여러 고속도로 중, 부산으로 이어지는 곳을 확인하고 해당 고속도로로 택배를 전달한다.

주소를 통해 이동하며, 아파트라는 변하지 않는 목적지가 있다.

LAN & WAN
LAN (Local Area Network)	같은 지역으로 넘어가는 것.
WAN (Wide Area Network)	지역과 지역의 넓은 연결.

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🤍 OSI 7 계층 & TCP/IP 4계층

✉ OSI 7계층

개방형 시스템 상호연결 모델 ( Open System Interconnection Reference Model )의 약자.

매일 쓰는 인터넷 네트워크 ( ex: 데이터, wifi 등 ) 에서 보내고 받는 데이터들이 오고 가면서 일어나는 통신 과정을 7단계로 나눈 것.

 

국제표준화기구 (ISO)에서 개발한 모델이다.

네트워크 프로포콜 디자인과 데이터 통신을 계층으로 나눠 표준화했다.

 

∎ 계층을 나눈 이유

인터넷을 사용하기 시작할 때, 네트워크 망을 구축하고 네트워크 서비스를 사용하는 초기에 네트워크 장비 관리가 어렵고 유지 보수가 힘들 것 같아어 OSI 7계층을 만들었다.

 

1. 통신이 일어나는 과정을 단계별로 서술 가능.

2. 특정 계층에서 문제가 발생할 시 해당 계층만 핸들하면 됨.

 

ex) 네트워크가 안될 때

문제가 발생했을 때, 해당 계층에 있는 물리적인 장비를 해결할 수 있다.

Layer 7	응용 계층 ( Applicatio Layer )	End User Layer HTTP, FTP, IRC, SSH, DNS
Layer 6	표현 계층 ( Presentation Layer )	Syntax Layer SSL, SSH, IMAP, FTP, MPEG, JPEG
Layer 5	세션 계층 ( Session Layer )	Synch & send to port API's, Sockets, WinSock
Layer 4	전송 계층 ( Transport Layer )	End-to-end connections TCP, UDP
Layer 3	네트워크 계층 ( Network Layer )	Packets IP, ICMP, IPSec, IGMP
Layer 2	데이터 링크 계층 ( Data Link Layer )	Frames Ethernet, PPP, Switch, Bridge
Layer 1	물리 계층 ( Physical Layer )	Physical structure Coax, Fiber, Wireless, Hubs, Repeaters

ex) 내가 이메일을 보낼 때

1. 처음 응용계층에서 헤더를 붙여 하위 계층으로 내려준다.

2. 표현계층은 응용계층에서 내려준 헤더와 이메일 데이터를 하나의 데이터로 간주해서 자신의 헤더에 붙인다.

-> Encapsulation 이라고 한다.

3. 이런 식으로 물리계층까지 내려와서 그때부터 0,1의 이진 비트플로우로 전송된다.

 

ex) 내가 이메일을 받을 때

1. 물리계층부터 시작해서 헤더의 정보를 확인하고 떼어낸다. -> 그러면서 상위 계층으로 데이터를 전달.

-> Decapsulation 이라고 한다.

이렇게 구현된 데이터가 눈 앞에 보이게 된다.

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∎ 응용 계층 ( Application Layer )

• 사용자와 가장 가까운 계층.
• 응용 서비스, 프로세스가 이 계층에서 동작.
• 사용자를 위한 UI 인터페이스 소프트웨어, 입출력 부분 등을 담당.
• HTTP,  FTP 같은 통신프로톨이 속함.

 

∎ 표현 계층 ( Presentation Layer )

• 데이터를 어떻게 표현할 지 정하는 역할의 계층.
  • 송신자에서 온 데이터를 해석하기 위한 응용 계층 데이터 부호화.
  • 수신자에서 데이터의 압축을 풀 수 있는 방식으로 된 데이터 압축.
  • 데이터의 암호화, 복호화 ex) MIME (파일변환) 인코딩, 암호화 등 데이터 표현 차이를 구현한다.                             이는 응용계층에서 데이터 구분을 용이하게 한다. EBCDIC 인코딩 파일 -> ASCII 인코딩 파일로 변경되거나, 데이터가 텍스트인지, 그림인지 ( GIF, JPG 등 ) 구분하는 사례가 해당.

 

∎ 세션 계층 ( Session Layer )

• 연결을 관리하고 지속시켜주는 계층.
• 데이터를 만들어내는 영역.
  • 세션 ( 통신장치 간의 반영구적 연결상태 다이얼로그 )을 만들고 유지하며, 유휴, 종류, 재시작 등의 기능도 포함.
• TCP / IP 기반으로 만들어지며, 통신하는 사용자들을 동기화 & 오류복구를 진행한다.

 

∎ 전송 계층 ( Transport Layer )

• 양 끝단 ( End to End )의 사용자들이 데이터를 통신하도록 신뢰성을 확보하는 계층 & 통신이 활성화되는 계층.
• 데이터를 전송 & 오류 검출 및 복구 -> 이를 반복하여 중복검사 및 신뢰성 확보 -> 상위 계층에서 유효성 & 효율성 고려를 하지 않도록 해준다.
• TCP, UDP 같은 프로토콜이 적용되는 계층.

Note!

∎ TCP
신뢰성있는 통신 보장 (오류제어, 흐름제어 등)  & 데이터 전송을 보장하는 연결성 프로토콜.
동기화 (SYN 패킷), 확인 (ACK 패킷)을 3번 진행하는 3-way handshaking 방식으로 상호연결을 설정.
전송단위는 Segment 라고 한다.

∎ UDP
비연결성 프로토콜.
데이터를 빠르게 전달하는 데 초점.
전송만 하면 종료되므로 오버헤드가 적다.
신뢰성보다는 스트리밍 같이 연속적인 특성을 갖는 서비스에 주로 이용.
전송단위는 Datagram 이라고 한다.

• 데이터 전송을 위해 Port 번호가 활용된다.

 

∎ 네트워크 계층 ( Network Layer )

• 전송 데이터가 목적지까지 최적의 경로로 전송되는 데이터의 라우팅 ( Routing )을 담당하는 계층.
• 주소 (IP)를 정하고, 경로 (Route)를 선택해서 데이터를 전달하는 핵심 계층.
• 데이터 단위를 패킷 ( Packet ) 이라고 한다.
• IP 주소가 활용되는 계층이다.

 

∎ 데이터 링크 계층 ( DataLink Layer )

• 물리계층을 통해 송수신되는 정보의 오류 & 흐름을 관리 및 안전한 정보전달 수행.
• 데이터 전송은 Point-To-Point의 신뢰성 보장.
• 기기의 MAC 주소 (무선 LAN 내장기기의 개별적으로 부여되는 단말번호) 를 기반으로 통신.
• 데이터의 단위를 프레임 (Frame)이라고 칭함.
• 이더넷, 투 포인트 프로토콜 (HDLC, ADCCP), 근거리 네트워크 프로토콜 (LLC, ALOHA) 등이 해당.

 

∎ 물리 계층 ( Physical Layer )

• 하드웨어 전송 기술.
• 전기적 (기계적) 신호를 주고받는 계층, 통신 케이블로 데이터가 전송.
• 통신 단위 : 비트 (bit)로 0,1로 나타냄.
• 데이터만 전달할 뿐, 전송하는 데이터의 종류 & 오류를 제어하지 않는다.
• 통신 케이블, 리피터, 허브 등이 있다.

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✉ TCP/IP 4계층

https://abangpa1ace.tistory.com/147

OSI 7계층에서 서로 밀접한 관계가 있는 계층들을 묶어서 실무적이고 효율성 있게 4계층으로 나눈 것.

인터넷 모델이라고도 한다.

 

OSI 7계층 : 네트워크 전송의 데이터 표준 정립.
TCP/IP 4계층 : 이를 실제로 사용하는 인터넷 표준.

∎ TCP/IP 란?

TCP/IP 는 2개의 계층으로 구분한다.

TCP (Transmission Control Protocol, 상위계층)	메시지나 파일을 작은 패킷으로 나누거나 재조립하여 송수신에 반영. OSI 7계층에서 4계층에 속함.
IP (Internet Protocol, 하위계층)	각 패킷의 주소 부분들을 처리하여 패킷들이 목적지로 정확히 송수신되도록 기능함. OSI 7계층에서 3계층에 속함.
패킷 (packet)	정보 기술에서 패킷 방식의 컴퓨터 네트워크가 전달하는 데이터의 형식화된 블록.

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∎ 응용 계층 ( Application Layer )

• OSI 5,6,7 계층 (세션 & 표현 & 응용 계층 )에 해당하며, 다른 계층의 서비스에 접근할 수 있는 응용 프로그램 서비스 제공.
• 전송된 데이터들을 사람이 쉽게 읽을 수 있게끔 해줄 때 필요한 단계.
• 데이터 단위는 Data/Message 자체이다.
• 사용자가 소프트웨어 응용 프로그램을 사용하는 가장 가까운 계층.
• 응용 프로그램 간의 데이터 통신을 위해 사용하는 프로토콜을 정의함 ( HTTP, FTP, SSH, Telnet 등 )

∎ 전송 계층 ( Transport Layer )

• OSI 3,4 계층 ( 전송 & 네트워크 계층)에 해당하며, 통신 노드 간의 연결제어 및 자료의 송수신 담당.
• 실제 데이터들이 전송될 때 사용하는 프로토콜들이 포함.
• 데이터 단위는 세그먼트 ( Segment ), 전송 주소는 Port를 참조.
• 애플리케이션 계층의 세션과 데이터그램 통신 서비스 제공.
• TCP, UDP 가 핵심 프로토콜이다. TCP, UDP에 대한 구분을 하고, 데이터에 대한 제어 정보가 포함된다.
• Segment (세그먼트) 는 전송을 위해 데이터를 일정 크기로 나누며 발신, 수신, 포트주소, 오류검출코드가 첨부된다.

∎ 인터넷 계층 ( Internet Layer )

• OSI 3계층 (네트워크 계층)에 해당. Addressing, Packaging, Routing 기능 제공.
• 데이터 단위는 패킷 ( 세그먼트로부터 ), 전송 주소는 IP 주소를 참조.
• 논리적 주소인 IP를 이용한 노드간 전송과 라우팅 기능을 처리 -> 네트워크상 목적지까지 연결성을 제공.
• IP, ARP, ICMP, IGMP 등이 있다.

∎ 네트워크 인터페이스 계층 ( Network Interface or Network Access Layer )

• OSI 1,2 계층에 해당.
• 우리가 직접적으로 확인할 수 있는 물리적인 장치와 그 장치에 접근할 수 있는 단계.
• TCP/IP 패킷을 네트워크 매체로 송수신하는 과정을 담당.
• 데이터 단위는 프레임 (패킷들의), 전송 주소는 MAC 주소를 참조.
• 물리적인 네트워크 통신을 정의 -> 흐름 제어 (Flow Control)는 Header(MAC)에서 수행.
• 에러검출과 패킷의 프레임화 역할을 담당 -> 에러 제어 (Error Control)는 Tailer(CRC)에서 수행.

Note!
∎ 패킷
정보 기술에서 패킷 방식의 컴퓨터 네트워크가 전달하는 데이터의 형식화된 블록.
Segment를 목적지에 전송하기 위해 시작 & 목적지의 논리주소를 붙인 단위.

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- 네트워크에 대한 설명

https://yozm.wishket.com/

택배 배송 과정으로 알아보는 엄청 쉬운 컴퓨터 네트워크 | 요즘IT

- OSI 7 계층 & TCP/IP 4계층 설명

https://sean.tistory.com/

1. OSI 7계층과 TCP/IP 4계층이란?

https://abangpa1ace.tistory.com/

[Web] OSI 7계층 vs TCP/IP 4계층

- 패킷 설명

https://ko.wikipedia.org/

네트워크 패킷 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전