[Network] TCP/IP 란 ?

💡 OSI 7계층과 항상 같이 언급되는 TCP/IP ?!

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🌐 인터넷

 

• 전 서계에 걸쳐 파일 전송 등의 데이터 통신 서비스를 받을 수 있는 컴퓨터 네트워크 시스템
• 프로토콜 : 네트워크 통신을 위해 미리 정해 놓은 공통된 메뉴얼

 

📭 TCP/IP 란?

 

인터넷 통신 프로토콜 비교

 

• 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고 받는데 쓰이는 프로토콜의 집합
• Transmission Control Protocol/Internet Protocol

 

Application Layer 란,

• 특정 서비스를 제공하기 위해 애플리케이션끼리 정보를 주고받을 수 있음
• FTP, HTTP, SSH, Telnet, DNS, SMTP 와 같은 프로토콜이 사용
• HTTP 요청, 응답을 통해 통신하는 것

 

Transport Layer 란,

• 송신된 데이터를 수신측 애플리케이션에 확실히 전달하게 함
• TCP, UDP, RTP, RTCP
• 네트워크 통신을 하는 애플리케이션은 포트 번호를 사용하고 → Transport Layer 는 포트 번호를 사용해 애플리케이션을 찾아주는 역할 수행

 

Internet Layer 란,

• 수신측까지 데이터를 전달하기 위해 사용
• IP, ARP, ICMP, RARP, OSPF
• IP 주소를 바탕으로 올바른 목적지로 찾아갈 수 있도록 해줌

 

Link Layer 란

• 네트워크에 직접 연결괸 기기 간 전송을 할 수 있도록 해줌
• Ethernet, PPP, Token Ring
• 물리적 주소인 MAC 주소를 사용

 

 

➡️ TCP/IP 흐름

 

 💡 “www.google.com” 을 웹 브라우저에 입력하면 무슨 일이 일어날까?

 

• “www.google.com” 을 웹 브라우저에 입력
• → www.google.com 80번 포트로 HTTP 로 작성된 해당 요청 처리를 부탁한다. (Request Message 전송)
• 이 요청을 구글 서버로 전달하기 위해 패킷을 만들어야 함
• 패킷에는 각 계층에 필요한 정보들이 담겨있어야 함
• HTTP 헤더
• TCP 헤더

 

2️⃣ Internet Layer

 

• IP 헤더를 구성하기 위해, 목적지 IP 주소는 어떻게 알아낼까?

Internet Layer

 

• 도메인 정보(www.google.com) 으로 IP 주소를 알아낼 수 있다.
• 브라우저는 OS 에게 domain 에 대한 IP 주소를 요청함
• OS에서 → DNS 서버로 요청을 보냄
  • OS가 DNS 서버 주소를 어떻게 알고 있을까?
  • 컴퓨터에 이미 등록이 되어 있다!
  • 맥북의 경우, 시스템환경설정 > 네트워크에 들어가면 : 내가 알고있는 DNS 서버 주소 확인 가능
• DNS 도 Application Layer 의 프로토콜이고, 53번 포트 사용
• DNS 도 HTTP Request 와 동일하게, 도메인이 담긴 쿼리를 도메인 서버로 보냄
• 그러면, 도메인 서버가 IP 주소를 응답해줌
• DNS 는 Transport Layer 에서 UDP 라는 프로토콜을 사용함
  • UDP 는 헤더에 포트번호만 존재! (TCP 는 복잡한데,,) → UDP 는 비연결지향형 프로토콜 (TCP 는 연결지향형 프로토콜)

 

1️⃣ Network Access Layer

 

• 이더넷(네트워크 구성 방식) 프로토콜에 대한 헤더
  • MAC(Media Access Control Address) 주소란, 48 비트로 포현된 식별자를 이용하여 컴퓨터를 구분하는 주소로
    • IP 주소는, ISP 에 의해 할당되고, 장치가 연결 및 해제될 때 다시 할당 가능
    • MAC 주소는 물리적 어댑터에 연결되고, 제조업체에서 할당
  • 장치에서 고유한 네트워크 인터페이스를 식별한다.
  • 그렇다면, 목적지인 Google 웹 서버의 MAC 주소가 필요할까?
    • 이때의 MAC 주소는, 물리적으로 연결된 우리집 공유기의 MAC 주소가 필요
    • 이 공유기를 통해 다른 네트워크와 연결이 가능하니 게이트웨이 라고도 함
      • gateway 의 IP 는 netstate -rn 을 통해 알 수 있음
  • 그렇다면, 어떻게 IP 주소로 MAC 주소를 알 수 있을까?
    • IP 주소로 MAC 주소를 알아내기 위해, **IP 주소를 MAC 주소로 바꾸어주는 주소해석 프로토콜**인 ARP 프로토콜 사용

 

3️⃣ Transport Layer

 

• 그렇다면 이제 요청을 보낼 수 있는가? 
  • TCP 가 연결지향형 프로토콜인 것을 고려해야 함
  • 따라서, TCP 프로토콜은 데이터를 전송하기 전 송신측과 수신측이 서로 연결되는 작업 필요
  • → 3-Way Handshaking
  • 3 Way Handwhaking 을 위해 **TCP 헤더에 표시한 플래그**들이 사용됨
    • 이러한 플래그들이 **컨트롤 비트**라고 함

 

 

• 3 Way Handwhaking 에서는 SYN 과 ACK 플래그가 사용됨

 

 

• 클라이언트는 → 서버에게 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보내고
• 서버는 SYN 요청을 받고 → 클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK 과 SYN 플래그가 설정된 패킷을 보냄
  • 사진에서 2번째 hanshaking 에 SYN 부분에 1 이 표시되어야 함 (사진 수정 필요)
• 클라이언트는 → 서버에게 다시 ACK 패킷을 보냄 !
  •  

 

• 이제, Handshaking 을 통해 연결되었으니, 데이터가 보내질 차례!

 

4️⃣ Application Layer

• Application Layer 까지 오면, 웹 서버가 사용될 HTTP Request 데이터를 얻어올 수 있음
• 이제, 서버에서 정상적으로 HTTP Request 를 받고 → 응답을 돌려보냄
• “ / “ 에 매핑된 GET 요청을 처리해서 적절한 HTML 을 응답
• HTTP 요청과 응답과정이 끝나면 연결을 종료해야 함 → 4-Way Handshaking
• 이때, TCP 컨트롤 비트가 사용됨
  • 여기서, 컨트롤 비트로는 ACK 과 FIN 플래그가 사용됨
  • 클라이언트가 → 서버로 연결을 종료하겠다는 FIN 플래그 전송
  • 서버는 클라이언트에게 ACK 메시지를 보내고 → 자신의 통신이 끝날 때까지 기다림
  • 서버가 통신이 끝나면 → 클라이언트로 FIN 을 보냄
    • 이때, 서버가 FIN 을 보내기 전에 보냈던 데이터가 FIN 보다 늦게 도착할 경우?
    • 서버로부터 FIN 을 수신했다고, 클라이언트가 바로 연결된 소켓을 닫아버리면 ?
    • FIN 을 보내기 전에 보낸 패킷은 클라이언트가 영영 받을 수 없게 됨
    • 따라서, 클라이언트는 서버로부터 FIN 요청을 받더라도 일정시간 소켓을 닫지 않고, 혹시나, 아직 도착하지 않은 잉여 패킷을 기다림 ⇒ Time Wait ⏱️
  • 클라이언트는 확인의 의미로 → 서버에게 ACK 을 보냄

 

 

👌🏻신뢰할 수 있는 TCP

 

• 요즘 세상에는 엄청나게 많은 데이터를 주고받음
• 따라서, 한 개의 패킷으로만 주고 받기에는 상당한 무리가 있다.
• 띠리사 데이터를 잘게 쪼개고, 많은 패킷을 보내게 되고,
• 엄청 복잡한 인터넷을 통해 전달함
• 이 복잡한 환경에서, 그 많은 데이터가 손상되지 않고 전달될 수 있을까?
  • 흐름제어
  • 오류제어
  • 혼잡제어
  를 통해 신뢰성있는 데이터 전송을 보장하게 해줌
• → 이 어려운 것을 ! TCP가 가능하게 해줌!

 

🤷🏻 UDP(User Datagram Protocol)

 

• 신뢰성있는 프로토콜인 TCP 에 비해, 신뢰성이 낮은 비연결형 서비스
• TCP Vs UDP 비교

 

 

🤝 3-Way Handshake & 4-Way Handshake

 

3-Way Handshake

• TCP/IP 프로토콜을 사용해 통신을 진행할 때, 서버와 클라이언트 종단 간 정확한 데이터 전송을 보장하기 위해 “연결을 설정”

1. 클라이언트 → 서버 : 서버 접속 요청 **SYN 패킷**을 전송
2. 서버 → 클라이언트 : 요청 수락 응답 **ACK 패킷**과 + 포트를 열어달라는 **SYN 패킷**을 전송
3. 클라이언트 → 서버 : 확인 응답으로 ACK 패킷 전송

• SYN(Synchronize Sequence Number)
• ACK(Acknowlegement)

 

4-Way Handshake

• “열결 설정 해제”

1. 클라이언트 → 서버 : 연결을 해제하겠다는 FIN 패킷 전송
2. 서버 → 클라이언트 : 응답으로 ACK 패킷 전송
3. 서버 → 클라이언트 : 처리해야 할 모든 통신을 끝내고 → 연결을 종료하겠다는 FIN 패킷 전송
   • 이때, 서버가 FIN 을 보내기 전에 보냈던 데이터가 FIN 보다 늦게 도착할 경우?
   • 서버로부터 FIN 을 수신했다고, 클라이언트가 바로 연결된 소켓을 닫아버리면 ?
   • FIN 을 보내기 전에 보낸 패킷은 클라이언트가 영영 받을 수 없게 됨
   • 따라서, 클라이언트는 서버로부터 FIN 요청을 받더라도 일정시간 소켓을 닫지 않고, 혹시나, 아직 도착하지 않은 잉여 패킷을 기다림 ⇒ Time Wait ⏱️
4. 클라이언트 → 서버 : 확인 응답으로 ACK 패킷 전송

 

참고 자료

참고