OSI 3,4계층 - TCP/IP (IP 프로토콜의 한계)

 IP와 IP Packet

---

 

복잡한 인터넷 망 속 수많은 노드(하나의 서버 컴퓨터)들을 지나 어떻게 클라이언트와 서버가 통신하려면 어떻게 해야될까?

IP(인터넷 프로토콜) 주소를 컴퓨터에 부여하여 이를 이용해 통신한다.

IP는 지정한 IP 주소(IP Address)에 패킷(Packet)이라는 통신 단위로 데이터 전달한다.

IP 프로토콜의 한계

• 비연결성 : 만약 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능 상태여도 클라이언트는 서버의 상태를 파악할 방법이 없어 패킷을 그대로 전송하게 된다.
• 비신뢰성 : 중간에 있는 서버가 데이터를 전달하던 중 장애가 생겨 패킷이 중간에 소실되더라도 클라이언트는 이를 파악할 방법이 없다. 또한 전달 데이터 용량이 클 경우 이를 패킷 단위로 나눠 데이터를 전달하게 되는데, 패킷들은 중간에 서로 다른 노드를 통해 전달될 수 있어 클라이언트가 의도하지 않은 순서로 서버에 패킷이 도착할 수 있다.

IP 프로토콜의 한계를 보완 (TCP / IP )

IP 프로토콜 보다 더 높은 계층에 TCP 프로토콜이 존재하기 때문에 앞서 다룬 IP 프로토콜의 한계를 보완할 수 있다.

 

 

TCP / IP 의 흐름을 먼저 보자.

- HTTP 메시지가 생성되면 Socket을 통해 전달된다.
    - 프로그램이 네트워크에서 데이터를 송수신할 수 있도록, “네트워크 환경에 연결할 수 있게 만들어진 연결부“가 바로 네트워크 소켓(Socket)이다.
그리고 IP 패킷을 생성하기 전 TCP 세그먼트를 생성
이렇게 생성된 TCP/IP 패킷은 LAN 카드와 같은 물리적 계층을 지나기 위해 이더넷 프레임 워크에 포함되어 서버로 전송된다.

 

 

TCP 세그먼트에는 IP 패킷의 출발지 IP와 목적지 IP 정보를 보완할 수 있는 출발지 PORT, 목적지 PORT, 전송 제어, 순서, 검증 정보 등을 포함하고 있다.

 

 

TCP의 특징
TCP는 같은 계층에 속한 UDP에 비해 상대적으로 신뢰할 수 있는 프로토콜이며, 다음과 같은 특징이 있다.

• 연결 지향 - TCP 3 Way Handshake (가상연결) 

• 순서
  • 1. 클라이언트는 서버에 접속을 요청하는 SYN(Synchronize, 동기화) 패킷을 보낸다.
  • 2. 서버는 SYN요청을 받고 클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK(Acknowledgment, 승인)와 SYN가 설정된 패킷을 발송하고, 클라이언트가 다시 ACK로 응답하기를 기다린다.
  • 만약 서버가 꺼져있다면 클라이언트가 SYN을 보내고 서버에서 응답이 없기 때문에 데이터를 보내지 않는다

현재에는 최적화가 이루어져 3번 ACK을 보낼때 데이터를 함께 보내기도 한다.

• 데이터 전달 보증

 

• 순서 보장

만약 패킷이 순서대로 도착하지 않는다면 TCP 세그먼트에 있는 정보를 토대로 다시 패킷 전송을 요청한다.

 

UDP

UDP는 IP 프로토콜에 PORT, 체크섬(중복 검사의 한 형태) 필드 정보만 추가된 단순한 프로토콜이다. 앞서 TCP 특징과 비교해 보면 신뢰성은 낮지만 3 Way Handshake 방식을 사용하지 않아 TCP와 비교해 빠른 속도를 보장한다.

HTTP3는 UDP를 사용하며 이미 여러 기능이 구현된 TCP보다는 하얀 도화지처럼 커스터마이징이 가능하고, 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스(ex. 실시간 스트리밍)에 용이하다.