TCP/IP 4계층
TCP/IP 4계층
계층모형
계층모형은 컴퓨터들이 정보를 주고받는데 사용하는 프로토콜들을, 각 역할에 맞게 계층으로 나누어 분류한 집합이다.
이렇게 역할에 따라 계층을 나눔으로써, 서로 간의 간섭을 최소화하고 사용의 편리성을 높인다.
- 호환성 보장 (다른 제조사 장비들끼리도 통신 가능)으로 인한 비용 절감
- 문제 발견이 쉬워짐 (어떤 계층에서 문제가 있는지 확인 가능)
- 다른 계층의 전달 과정을 알 필요가 없어 해결해야할 문제가 단순해짐
- 국제표준화기구 IOS(International Organization for Standardization)에서는 상호 이질적인 네트워크간의 연결에서 호환성의 결여를 막기위해 OSI(Open Systems Interconnection) 모형을 개발했다.
- 실제 사용되는 TCP/IP는 OSI 참조 모델을 기반으로 상업적이고 실무적으로 이용될 수 있도록 단순화된 모형이다
- 네트워크 전송 시 데이터 표준을 정리한 것이 OSI 7계층, 이 이론을 실제 사용하는 인터넷 표준이 TCP/IP 4계층이다.
- OSI 7계층을 4-5계층으로 분류하여 적용할 수 있다.
4계층 요약
| TCP/IP 4계층 | 역할 | 데이타 단위 | 전송 주소 | 예시 | 장비 |
|---|---|---|---|---|---|
| 응용 계층(Application) | 응용프로그램 간의 데이타 송수신 | Data/Message | - | 파일 전송, 이메일, FTP, HTTP, SSH, Telnet, DNS, SMTP 등 | - |
| 전송 계층(Transport) | 호스트 간의 자료 송수신 | Segment | Port | TCP, UDP, RTP, RTCP 등 | 게이트웨이 |
| 인터넷 계층(Internet) | 데이타 전송을 위한 논리적 주소 지정 및 경로 지정 | Packet | IP | IP, ARP, ICMP, RARP, OSPF | 라우터 |
| 네트워크 연결 계층(Network Access) | 실제 데이타인 프레임을 송수신 | Frame | MAC | Ethernet, PPP, Token Ring 등 | 브리지, 스위치 |
L4 응용 계층(Application Layer)
데이타 단위: Data/Message
- 사용자와 가장 가까운 계층으로 사용자가 소프트웨어 application과 소통할 수 있게 해준다
- 응용프로그램(application)들이 데이터를 교환하기 위해 사용되는 프로토콜
- 사용자 응용프로그램 인터페이스를 담당
예시
파일 전송, 이메일, FTP, HTTP, SSH, Telnet, DNS, SMTP 등
L3 전송 계층(Transport Layer)
데이타 단위: Segment 전송 주소: Port
- 통신 노드 간의 연결 제어 및 자료 송수신을 담당
- 애플리케이션 계층의 세션과 데이터그램 통신서비스 제공
- 세그먼트 (Segment)단위의 데이타 구성
- 실질적인 데이터 전송을 위해 데이타를 일정 크기로 나눈 것. 발신, 수신, 포트주소, 오류검출코드가 붙게된다
예시
TCP, UDP, RTP, RTCP 등
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TCP의 혼잡 방지 알고리즘
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흐름 제어(Flow Control)
송신측과 수신측의 데이터처리 속도 차이를 해결하기 위한 기법이다.
수신측이 송신측보다 속도가 빠른것은 아무런 문제가 되지 않지만, 송신측이 수신측보다 속도가 빠르면 문제가 발생한다.
수신측에서 수신된 데이터를 처리해서 윗 계층으로 서비스 하는 속도보다 송신측에서 보내는 데이터 속도가 더 빠르다면, 수신측에서 제한된 저장용량(일반적으로 큐)을 초과하여 이후에 도착하는 데이터의 손실을 가져올 수있다.
그렇다면 불필요하게 응답과 재전송의 데이터가 다시 송신측과 수신측간에 비번히 이동해야한다.
따라서, 이러한 위험을 줄이기 위해 강제로 송신측의 데이터 전송을 줄인다.
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Stop and wait 방식
매번 전송한 패킷에 대해 확인응답을 받아야만 그 다음 패킷을 전송하는 방법
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슬라이딩 윈도우 기법
수신 측에서 설정한 윈도우 크기만큼 송신 측에서 확인 응답 없이 세그먼트를 전송할 수 있게 하여 데이터 흐름을 동적으로 조절하여 제어하는 기법이다.
이 처럼 슬라이딩 윈도우 기법을 통하여 송신 버퍼의 범위는 수신 측의 여유 버퍼 공간을 반영하여 동적으로 바뀜으로써 흐름제어를 수행한다.
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혼잡 제어(Congestion control)
송신측의 데이터 전달과 네트워크의 처리속도 차이를 해결하기 위한 기법이다.
송신측의 데이터는 지역망이나 인터넷으로 연결된 대형 네트워크를 통해 전달된다.
하지만 이러한 네트워크 상의 라우터가 항상 한가로운 상황은 아니다.
만약, 한 라우터에 데이터가 몰릴 경우, 다시 말해 혼잡할 경우 라우터는 자신에게 온 데이터를 모두 처리할 수 없다.
그렇게 되면 호스트들은 또 다시 재전송을 하게 되고 결국 혼잡을 가중시켜 오버플로우나 데이터 손실을 발생시킨다.
따라서, 이러한 네트워크의 혼잡을 피하기 위해 송신측에서 보내는 데이터의 전송 속도를 강제로 줄이게 된다.
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Slow start
윈도우 크기를 2배로 늘린다.
그러다 혼잡현상이 발생하면 창 크기를 1로 떨어뜨린다.
그 후 혼잡현상이 발생했던 창 크기의 절반까지는 이전처럼 지수 함수 꼴로(2배로) 창 크기를 증가시키고 그 이후부터는 완만하게 1씩 증가시킨다.
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Fast Recovery
혼잡한 상태가 되면 창 크기를 1로 줄이지 않고 반으로 줄이고 선형 증가시키는 방식이다.
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L2 인터넷 계층(Internet Layer)
데이타 단위: 패킷 전송 주소: IP
- 네트워크상 최종 목적지까지 정확하게 연결되도록 연결성을 제공
- 단말을 구분하기위해 논리적인 주소(Logical Address) IP를 할당
- 출발지와 목적지의 논리적 주소가 담겨있는 IP datagram이라는 패킷으로 데이타를 변경
- 데이터 전송을 위한 주소 지정
- 라우팅(Routing) 기능을 처리
- 경로 설정
- 최종 목적지까지 정확하게 연결되도록 연경성 제공
- 패킷단위의 데이타 구성
- 세그먼트를 목적지까지 전송하기 위해 시작 주소와 목적지의 논리적 주소를 붙인 단위. 데이타 + IP Header
예시
IP, ARP, ICMP, RARP, OSPF
L1 네트워크 연결 계층(Network Access Layer/Network Interface Layer)
데이타 단위: 프레임 전송 주소: MAC
- 물리적으로 데이타가 네트워크를 통해 어떻게 전송되는지를 정의
- 논리주소(IP주소 등)이 아닌 물리주소(예. MAC주소(Media Access Control Address))을 참조해 장비간 전송
- MAC주소란 컴퓨터의 하드웨워 주소
- 기본적으로 에러검출/패킷의 프레임화 담당
- 프레임(Frame)단위의 데이타 구성
- 최종적으로 데이타 전송을 하기 전 패킷헤더에 MAC주소와 오류 검출을 위한 부분을 첨부
예시
MAC, LAN, 패킷망 등에 사용되는 것 예) Ethernet, PPP, Token Ring 등