[Network] 네트워크 계층

해당 게시글은 '면접을 위한 CS 전공지식 노트' 도서를 학습한 후 개인적으로 정리한 내용으로 구성함을 밝힙니다.

 

1. 계층 구조

OSI 7계층 vs. TCP/IP 계층

 

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2. TCP/IP 4계층

2.1. 응용 계층 (Application Layer)

• 응용 프로그램이 사용되는 프로토콜 계층
• 웹 서비스, 이메일 등의 서비스를 사용자에게 제공

 

FTP	장치와 장치 간의 파일 전송 프로토콜
SSH	보안이 없는 네트워크에서 네트워크 서비스를 안전하게 운영하기 위한 암호화 네트워크 프로토콜
HTTP	World Wide Web을 위한 데이터 통신 기초
SMTP	전자 메일 전송을 위한 인터넷 표준 통신 프로토콜
DNS	도메인 이름과 IP 주소를 매핑해주는 서버

 

 

2.2. 전송 계층 (Transport Layer)

• 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공
• 응용 계층과 인터넷 계층 사이에서 데이터를 전달하는 중계 역할

 

2.2.1. TCP

• 패킷 사이의 순서를 보장
• 연결 지향 프로토콜 사용 → 신뢰성 높음
• 가상 회선 패킷 교환 방식 이용
  • 각 패킷에는 가상 회선 식별자가 포함됨
  • 모든 패킷을 전송하면 가상 회선이 해제됨패킷들은 가상 회선을 따라 전송한 순서대로 도착

    

2.2.2. TCP의 3-way handshake

1. SYN
   • 클라이언트 → 서버로 클라이언트의 ISN을 담아 SYN 보냄
   • ISN (Initial Sequence Number)
     • 32 bit
     • 새로운 TCP 연결의 1st 패킷에 할당된 임의의 시퀀스 넘버
2. SYN + ACK
   • 서버가 클라이언트의 SYN을 수신
   • 서버 → 클라이언트로 서버의 ISN 보냄
   • 서버 → 클라이언트로 승인 번호 (클ISN + 1) 보냄
3. ACK
   • 클라이언트 → 서버로 승인 번호(서ISN + 1) 보냄

 

2.2.3. UDP

• 패킷 사이의 순서를 보장하지 X
• 패킷의 수신 여부를 확인하지 X
• 데이터그램 패킷 교환 방식 이용
  • 각 패킷은 독립적으로 최적의 경로를 선택하여 이동
  • 패킷마다 경로가 다를 수 있음
  • 전송한 순서와 도착한 순서가 다를 수 있음

    

    
    

2.3. 인터넷 계층 (Internet Layer)

• 장치로부터 받은 네트워크 패킷을 IP 주소로 지정된 목적지로 전송하는 계층
• 수신자가 제대로 받았는지 여부는 보장하지 않음 (비연결형)
• IP, ARP, ICMP 등

 

2.4. 링크 계층 (Link Layer)

• 물리적으로 데이터를 전달 & 장치 간 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층

 

2.4.1. 데이터 링크 계층

이더넷 프레임으로 에러 확인, 흐름 제어, 접근 제어

 

이더넷 프레임

• 역할
  • 전달 받은 데이터의 에러 검출
  • 캡슐화
• 구성
  • Preamble : 이더넷 프레임 시작을 나타냄
  • SFD (Start Frame Delimiter) : 다음 바이트부터 MAC 주소가 시작됨을 나타냄
  • DMAC, SMAC : 수신, 송신 MAC 주소
    • MAC
      • HW 기기에 존재하는 네트워크 연결 장치(LAN 카드)를 구별하는 식별 번호
      • 6 byte (=48 bits)
  • EtherType : IP 프로토콜 정의 (IPv4 or IPv6)
  • Payload : 전달하려는 데이터
  • CRC : 에러 확인 비트

 

2.4.2. 물리 계층

유무선 LAN으로 0/1로 구성된 데이터를 전송

 

유선 LAN

• 전이중화 통신 : 양쪽 장치가 동시에 송수신 가능
• 트위스트 페어 케이블, 광섬유 케이블

 

무선 LAN

• 반이중화 통신 : 양쪽 장치가 한번에 한 방향만 통신 가능
• 무선 신호 전달 방식
  • 공기에 주파수를 쏘아 무선 통신망 구축
  • 주파수 대역
    • 2.4GHz : 장애물에 강하지만 전자레인지, 무선 등 전파 간섭이 잘 일어남
    • 5GHz (추천) : 사용 가능한 채널 수 많음, 채널을 동시에 사용 가능
  • 종류
    • 와이파이
    • BSS(Basic Service Set)
    • ESS(Extended Service Set)

 

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3. 계층 간 데이터 송수신 과정

 

3.1. 캡슐화, 비캡슐화

(1) 캡슐화

 

(2) 비캡슐화

 

3.2. PDU (Protocol Data Unit)

• 계층 → 계층 데이터 전달 시 한 덩어리의 단위
• PDU = Header + Payload
• Bit가 가장 빠르고 효율성이 높음

응용 계층	Message
전송 계층	Segment (TCP) Datagram (UDP)
인터넷 계층	Packet
링크 계층	Frame (데이터 링크 계층) Bit (물리 계층)