[Network] TCP/IP 프로토콜 가볍게 정리 및 이해하기

안녕하세요, 성조입니다.

오늘은 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 프로토콜에 대해 정리 및 이해하는 시간을 가져보려 합니다.

 

 

 

Introduce

'TCP/IP 모델'을 처음 접하면 자연스럽게 'OSI 모델'도 함께 접하게 됩니다.

OSI 모델은 물리 계층(Physical)에서 시작해 애플리케이션 계층까지 총 7 계층으로 나뉘며, TCP/IP 모델은 4개의 계층으로 구성되어 있으며, 다음 이미지와 같은 레이어 층을 가지게 되는데 참고해 주시면 좋을 것 같습니다.

이번 포스트에서는 TCP/IP를 다룰 예정이므로 OSI 모델은 향후 포스트에서 작성해보겠습니다. 🙂

 

 

Outline

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)는 전 세계에서 범용적으로 사용되는 기본 프로토콜 중 하나로, 네트워크 상에서 데이터가 어떻게 전송되고 수신되는지를 규정합니다.

참고로, 'TCP/IP'는 TCP와 IP가 하나로 합쳐진 것이 아니라, 서로 다른 프로토콜임을 인지해야 합니다. 전송의 신뢰성을 보장하는 TCP와 데이터 전송 경로를 관리하는 IP가 자주 함께 언급되며 사용되기 때문에 마치 하나로 보일 수 있는 점을 인지하면 좋습니다. 😊

TCP/IP는 [1 계층] 네트워크 액세스 계층, [2 계층] 인터넷 계층, [3 계층] 전송 계층, [4 계층] 응용 계층으로 구성된 4계층 구조를 가지고 있습니다.

 

※ HTTP 1, 2까지는 TCP/IP 기반으로 프로토콜이 정의되어 사용됐지만, HTTP 3부터는 구글이 QUIC라는 명칭으로 개발하면서 TCP/IP가 아닌. UDP 프로토콜을 사용하고 있습니다.

 

 

TCP/IP 계층 구조

1. 네트워크 액세스 계층(Network Access Layer)

- 역할: 물리적인 네트워크에 데이터를 전송하는 것을 책임지는 첫 번째 계층입니다. 이더넷, 와이파이와 같은 네트워크 인터페이스 기술을 포함하게 됩니다.

- 기능: 데이터 링크 계층과 물리(피지컬) 계층의 접근 기능을 수행하여 패킷을 실제로 네트워크 매체를 통해 송수신하게 됩니다.

- 프로토콜: 이더넷(Ethernet), ARP(Address Resolution Protocol) 등

 

2. 인터넷 계층

- 역할: 네트워크 간에 데이터 패킷을 라우팅하고, 데이터를 목적지에 정확하게 전달합니다.

- 기능: 논리적 주소(IP 주소)를 기반으로 패킷의 목적지 경로를 결정하며, 다양한 네트워크 간의 데이터를 전달하는 역할을 합니다.

- 프로토콜: IP(Internet Protocol), ICMP(Internet Control Message Protocol), ARP(Address Resolution Protocol)

 

3. 전송 계층

- 역할: 애플리케이션 간에 안정적인 데이터 전송을 관리합니다.

- 기능: 데이터의 흐름 제어, 오류 검출 및 수정, 데이터 재전송을 처리합니다.

- 프로토콜: 주요 프로토콜로 TCP와 UDP가 있습니다. 🤔

 

 

4. 응용 계층

- 역할: 사용자와 직접 상호작용하는 애플리케이션 프로토콜이 작동하는 계층입니다.

- 기능: 다양한 네트워크 서비스 및 애플리케이션을 통해 사용자가 데이터를 주고받을 수 있도록 지원합니다.

- 프로토콜: HTTP/HTTPS, FTP(File Transfer Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), DNS(Domain Name System) 등이 있습니다.

 

 

 

TCP/IP 동작 과정 예시

3-way handshake

웹 사이트 접속 시 동작 과정을 예시로 작성해보겠습니다.

1. URL 입력: 사용자가 브라우저에 https://www.muricture.com/ 같은 웹 주소(URL)를 입력합니다. (깨알 홍보)

 

2. DNS 요청: 브라우저는 URL에 해당하는 웹 서버의 IP 주소를 알아내기 위해 DNS(도메인 이름 시스템) 서버에 요청을 보냅니다.

 

3. IP 주소로 웹 서버 찾기: 브라우저는 얻은 IP 주소(192.0.2.1)를 통해 해당 서버로 데이터를 보내기 위한 준비를 합니다.

 

4. TCP 연결 설정 (3-way handshake): 브라우저와 서버 간에 신뢰성 있는 연결을 만들기 위해 TCP 프로토콜을 사용하며, 다음 3단계로 연결을 설정합니다. 즉, 상태가 유지 됩니다.

1) 클라이언트가 서버에 "요청(SYN)" 메시지를 보냅니다.

2) 서버가 "응답(SYN-ACK)" 메시지로 응답합니다.

3) 클라이언트가 "응답(ACK)" 메시지를 다시 보내면 연결이 성립됩니다.

 

5. HTTP 요청 전송: TCP 연결이 완료되면, 브라우저는 웹 페이지 데이터를 요청하는 HTTP 요청을 서버로 전송합니다. 이 요청은 "패킷"이라고 불리는 작은 데이터 단위로 나누어져 서버에 전달됩니다.

 

6. 서버의 응답: 서버는 요청을 받으면 웹 페이지 데이터를 TCP 패킷에 담아 브라우저로 전송합니다. 이때도 데이터는 여러 패킷으로 나뉘어 전송됩니다.

 

7. 데이터 수신 및 조립: 클라이언트는 여러 패킷을 받아 원래의 데이터로 재조립합니다. 만약 중간에 패킷이 손실되면, TCP는 해당 패킷을 다시 요청하여 데이터를 신뢰성 있게 복구합니다.

 

8. 웹 페이지 표시: 모든 데이터를 받은 후, 클라이언트는 이를 해석하여 사용자가 요청한 웹 페이지를 화면에 표시합니다.

 

9. TCP 연결 종료 (4-way handshake): 3-way handshake를 통해 클라이언트가 획득해야 되는 데이터를 모두 다운로드 받으면, 서버와의 TCP 연결을 해제하기 위해 4단계를 거쳐 연결을 종료합니다.

1) 클라이언트가 "FIN(Finish)" 메시지를 보냅니다.

ex) 클라이언트 → 서버 : "더 이상 보낼 데이터가 없습니다. 연결을 종료하겠습니다."

2) 서버가 "ACK"로 플래그가 설정된 패킷을 답변합니다.

ex) 서버 → 클라이언트 : "종료 요청을 받았고, 더 이상 데이터 받지 않겠습니다."

식당을 운영하는데 손님(SYN)이 주문한 음식이 더 이상 없고, 주방 마감 시간이 됐을 때 지금까지 들어온 손님의 주문 요청(SYN)이 끝나면 끝내겠다는 답변입니다.

3) "ACK"로 더 이상 보낼 데이터가 없다면 "FIN" 메시지를 덧 붙여서 서버에서도 더 이상 보낼 데이터가 없다는 것을 공유합니다.

4) 클라이언트가 마지막 "ACK"로 음식이 모두 나왔다는 것에 대해 응답하면 연결이 종료됩니다.

 

주요 차이점

1) 3-way 핸드셰이크는 연결 설정을 위한 과정으로, 데이터 통신을 시작하기 전에 양측이 준비 상태를 확인합니다.

2) 4-way 핸드셰이크는 연결 종료를 위한 과정으로, 데이터 전송이 끝난 후 안전하게 연결을 끊기 위해 사용됩니다.

 

 

TCP와 UDP의 차이

구분	TCP	UDP
연결 방식	연결 지향적(Connection-oriented)	비연결적(Connectionless)
신뢰성	높음	낮음 (단방향이므로)
전송 방법	전이중	반이중
속도	비교적 느림	빠름
데이터 전송 순서	보장 됨	보장되지 않음
오류 제어	오류 제어 수행함	오류 제어 수행 안 함
흐름 제어	흐름 제어 수행함	흐름 제어 수행 안 함
사용 사례	웹 브라우징, 이메일 등	실시간 스트리밍, 온라인 게임 등
전달 방식	유니캐스트	유니캐스트, 멀티캐스트, 브로드캐스트
재전송	손실된 패킷이 있는지 확인하고, 재전송 함	재전송 없음

UDP는 추후 별도의 포스트에서 다뤄볼 예정입니다. 🙂

 

 

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네트워크를 다루다 보면 TCP/IP는 범용적으로 사용되기에 자주 접하고 쉽게 넘길 수 있는 용어인 것 같습니다. 이번 포스트를 통해 개념을 정리하며 유익한 학습 시간을 보낼 수 있었습니다.

 

혹시 오탈자나 잘못된 정보가 있다면 언제든지 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다.

다음 포스트에서 뵙겠습니다!

 

추가 참조 링크:

https://www.ibm.com/docs/ko/aix/7.3?topic=management-transmission-control-protocolinternet-protocol