TCP/IP 4계층

이전 글에서 HTTP를 알아보면서 클라이언트가 데이터를 요청/응답하는 과정에서 HTTP 통신을 하며, 이때 HTTP는 TCP/IP위에서 동작한다고 언급을 했다

사실 클라이언트나 서버가 데이터를 전달하는 과정에서 전달받은 데이터를 그대로 보내는 것이 아니라 몇 개의 계층으로 나뉘어 각 계층에서 데이터를 캡슐화, 역캡슐화하여 데이터를 주고받는다

 

이 때 몇 개의 계층을 표준화한 것이 이번에 다루어볼  내용이다

 

OSI(Open System Interconnection) 7계층은 국제표준화기구(ISO)에서 개발한 모델로

• 계층화: 네트워크 프로토콜 디자인과 데이터 통신을 계층으로 나누어 표준화한 것
• 단계적 설명: 통신 과정을 단계별로 설명할 수 있도록 하며 각 계층은 이전 계층에서 받은 데이터를 가공하고 다음 계층으로 전달
• 계층 간 분리: 특정 계층에서 문제가 발생할 시 해당 계층만 처리하면 됨
• 네트워크 표준: 네트워크 전송 시 데이터 표준을 정리한 것
• Wifi 모델

TCP/IP 4계층

• 현재의 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고받는데 쓰이는 통신규약(프로토콜) -> 실제 사용하는 인터넷 표준
• OSI 참조 모델과 유사한 개념적 계층화를 사용했지만 TCP/IP 모델은 초기 인터넷 프로토콜 스택의 설계에 사용된 모델로, OSI 모델의 일부 계층을 합친 형태로 구현됨
• 실제 네트워크 프로토콜 스택의 기본 구조로 사용되기 때문에 지속적인 표준화가 이루어짐

OSI 7계층을 통해 데이터 통신 계층의 개념을 간단하게 이해하고 실제 인터넷에 사용되는 네트워크 프로토콜 구조인 TCP/IP 4계층에 대해서 정리한다

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OSI 7계층

https://www.bmc.com/blogs/osi-model-7-layers/

1. 물리계층
   • 하드웨어에 속하는 계층
   • 전기적 신호를 주고받는 계층이며, 통신 케이블로 데이터가 전송
   • 통신 단위는 bit로 0, 1로 나타냄
   • 데이터를 전송하기만 하고 데이터 종류나 오류를 제어하지 못함
   • 허브, 증폭기
2. 데이터 링크 계층
   • 물리계층으로 송신, 물리계층에서의 수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리
   • Point to Point의 신뢰성을 보장 (직접적인 연결 또는 링크를 Point-to-Point라고 한다)
   • 기기의 MAC 주소(무선 LAN 내장기기의 개별적으로 부여되는 단말번호)를 기반으로 통신
   • 이더넷, 투포인트 프로토콜(HDLC, ADCCP), 근거리 네트워크 프로토콜 등이 해당 
     • 이더넷, PPP, 스위치(Navigation), 브리지를 사용
3. 네트워크 계층
   • 전송 데이터가 목적지까지 최적의 경로로 전송되는 데이터의 라우팅을 담당
   • 경로를 선택하고 주소를 정하여 패킷을 전달해 주는 역할
   • 라우터를 사용하며 IP 주소를 이용
     • 라우터를 Navigation, GateWay로 사용
   • 데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달하는 계층
4. 전송계층
   • End-to-End 사이 데이터를 통신하도록 신뢰성을 보장하며 통신을 활성화시키는 계층
   • 전송 속도를 제어하고, 오류를 검출하는 등을 반복하여 신뢰성을 확보하여 상위 계층에서 유효성과 효율성 고려를 하지 않도록 함
   • TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Diagram Protocol) 프로토콜
     • TCP는 데이터 전송을 보장하는 연결성 프로토콜 - 3 way handshaking 방식, segment 단위
     • UDP는 비연결성 프로토콜로 전송 속도에 초점을 둔다 전송만 하면 종료되는 형식, Datagram 단위
   • 데이터 전송을 위해 Port 번호가 활용됨
   • Port: 운영체제 통신의 종단점(소프트웨어)
     • 네트워크 서비스나 특정 프로세스 식별의 논리적 단위
5. 세션 계층
   • 논리적인 연결을 관리하고 지속시켜 주는 계층
   • 데이터를 만들어내는 영역으로 세션을 만들고 유지, 유휴, 종류, 재시작 등의 기능도 포함됨
   • TCP/IP 기반으로 만들어지며, 통신하는 사용자들을 동기화하고 오류 복구를 진행
6. 표현 계층
   • 송신자에서 온 데이터를 해석하기 위한 응용 계층 데이터 부호화, 변화
     • 하나의 통일된 구문형식으로 변환 (일률화)
   • 수신자에서 데이터의 압축을 풀 수 있는 방식으로 된 데이터 압축
   • 데이터의 암호화, 복호화
     • MIME(파일 변환) 인코딩이나 암호화, 데이터가 텍스트인지 그림인지 구분
7. 응용계층
   • 사용자와 가장 가까운 계층
   • 응용 서비스나 프로세스가 동작하는 계층
   • HTTP, FTP 같은 통신 프로토콜이 속함

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TCP/IP 4계층

 

TCP/IP 4계층은 실제 네트워크 프로토콜 스택에 적용되는 모델이라고 했으며 OSI 7계층에서 구분이 모호한 계층을 그룹화하였다고 생각할 수 있다 개념적으로 구분하고 설명하기엔 OSI 7계층이 명확할 수 있지만 실제 사용되는 인터넷 표준을 자세히 알아보자

https://better-together.tistory.com/89 TCP/IP에 의한 전체 데이터의 전송

각 계층과 데이터 단위, 캡슐화, 역캡슐화를 모두 담고 있는 사진이 있어 첨부하였습니다

 

1. 네트워크 인터페이스 계층 or 네트워크 액세스 계층
   • OSI 계층이 1, 2계층에 해당 -> 하드웨어 부분
   • TCP/IP 패킷을 네트워크 매체로 전달하는 과정을 담당
   • 데이터 단위는 프레임, 전송 주소는 MAC 주소를 참조하여 다음 홉(호스트)으로 전송
   • 물리적인 네트워크 통신을 정의
   • 프레임의 Header의 프레임 제어 정보
     • 프레임 제어 정보를 통해 데이터의 흐름을 관리
     • CRC(Cyclic Redundancy Check)와 같은 알고리즘으로 오류를 검출
2. 인터넷계층
   • OSI 3계층에 해당 -> 네트워크 계층
   • Addressing, Packaging, Routing 기능을 제공
   • 데이터 단위는 패킷(TCP), 데이터그램(UDP)으로 전송 주소는 IP 주소를 참조
   • 논리적 주소인 IP를 이용한 노드사이 전송과 라우팅 기능을 처리하며, 네트워크상 목적지까지 연결성을 제공
   • 패킷은 Segment를 목적지에 전송하기 위해 시작, 목적지의 논리주소를 붙인 단위
   • IP, ARP, ICMP, IGMP 등이 해당
3. 전송계층
   • OSI 3,4 계층에 해당
   • 통신 노드 간의 연결제어 및 자료의 송수신
   • 데이터 단위는 세그먼트로 전송 주소는 Port를 참조
   • 애플리케이션 계층의 세션과 데이터그램 통신 서비스를 제공
   • TCP, UDP 프로토콜이 해당
   • 세그먼트는 전송을 위해 데이터를 일정 크기로 나누며 발신, 수신, 포트주소, 오류검출코드가 첨부됨
4. 응용계층
   • OSI 5, 6, 7  계층에 해당
   • 다른 계층의 서비스에 접근할 수 있는 응용 프로그램 서비스를 제공
   • 데이터 단위는 Data/Message이다
   • 인터페이스를 제공하여 사용자가 소프트웨어 응용 프로그램을 사용할 수 있게 함
   • 응용 프로그램 사이 데이터 통신을 위해 사용하는 프로토콜을 정의 (HTTP, FTP, SSH, Telnet 등)

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정리

• OSI 7계층은 프로토콜을 개념적으로 설명하기 위해 고안된 모델로 실제로 사용되지 않으나, 네트워크에서 문제가 발생할 시 각 계층을 독립적으로 다루고 문제 해결을 용이하게 하기 위해 네트워크 프로토콜 디자인과 데이터 통신을 계층으로 나누어  표준화한 모델
• TCP/IP 4계층을 사용하는 이유
  • 간결함
    • TCP/IP 모델은 OSI모델에 비해 간결하고 현실적으로 적용하기 쉬움
    • 실제 인터넷 통신을 반영하여 네트워크 프로토콜을 이해하고 구현하는데 훨씬 더 쉬운 접근법을 제공
  • 역사적 배경
    • TCP/IP 모델은 초기 ARPANET 및 인터넷의 개발에 사용된 모델로 오랜 기간 동안 표준화 및 개발되어 옴
    • 네트워크 통신의 현실적인 측면을 더 잘 반영
  • TCP/IP 모델의 표준화
    • TCP/IP 모델은 OSI 모델보다 초기에 개발되었으며 현실적인 인터넷 통신을 반영하기 위해 설계됨
    • 실제 네트워크 프토콜 스택의 기본 구조로 사용되었으며 지속적인 표준화 및 개발이 진행

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References

https://yozm.wishket.com/magazine/detail/1956/

주니어 개발자를 위한 엄청 쉬운 TCP/IP 4계층 이야기 | 요즘IT

https://www.bmc.com/blogs/osi-model-7-layers/

OSI Model: The 7 Layers of Network Architecture

https://abangpa1ace.tistory.com/entry/Web-OSI-7%EA%B3%84%EC%B8%B5

[Web] OSI 7계층 vs TCP/IP 4계층

https://ryusae.tistory.com/4

[OSI 7계층, TCP/IP 4계층] 네트워크의 기본 계층 구조

https://inpa.tistory.com/entry/WEB-%F0%9F%8C%90-TCP-IP-%EC%A0%95%EB%A6%AC-%F0%9F%91%AB%F0%9F%8F%BD-TCP-IP-4%EA%B3%84%EC%B8%B5#tcp_/_ip_4%EA%B3%84%EC%B8%B5_%EC%A2%85%EB%A5%98

🗼 TCP / IP 4계층 모델 - 핵심 총정리

https://wooono.tistory.com/507

[Network] TCP/IP 와 TCP/IP 4계층이란?