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Network deep vol.1

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블로그 정리의 시기가 다가왔다. ruby도 알아야하는 상황 미루면 크게 오는구나

Network deep vol.2 Network deep vol.3

1. 역사

IP 기반 네트워크는 1969년 ARPANE에서 시작되었다. 핵전쟁을 대비하기 위해 기존 회선교환방식에서 패킷교환방식으로 구축하였다.

  1. 회선교환방식: 중간자인 Operator가 있어 전용선을 미리 할당하여야하고, 동시에 다른통신을 할 수 없다.
  2. 패킷교환방식: 데이터를 잘게 나누어 전송하여, 특정 회선이 전용선으로 할당되지 않아 효율적이다.

Internet Protocol, IP는 출발지와 목적지의 정보를 IP주소라는 특정한 숫자값으로 표기하고, 패킷단위로 데이터를 전송한다.

2. Packet

Pack + Bucket -> Packet, 소포

출발지 IP, 목적지 IP와 같은 정보가 포함된다.

2-1. IP Protocol 한계

  • 비연결성: 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능 상태여도 패킷 전송
  • 비신뢰성
    • 중간에 패킷 손실이 있을 수 있음.
    • 패킷 순서 보장 못함.

3. TCP/UDP

네티워크 프로토콜 계층은 OSI 7계층과 TCP/IP 4계층으로 나눈다. IP Protocol보다 더 높은 계층에 TCP Protocol이 존재하며, IP Protocol의 한계를 보완할 수 있다.

개발순서: TCP/IP 4계층 -> OSI 7계층 두 모델은 정확하게 일치하지 않는다. 실제 네트워크 업계 표준은 TCP/IP 4계층에 가깝다.

Http msg create -> Socket(TCP(msg)) Transport -> TCP info create(include msg data) -> IP(Packet create(TCP info(msg data))) -> Ethernet Frame(IP(TCP(msg)))

  1. Transmission Control Protocol(TCP): 전송제어프로토콜 세그먼트는 IP패킷의 출발지 IP와 목적지IP정보를 보완할 수있는 출발지PORT, 목적지PORT, 전송제어, 순서, 검증 정보등을 포함하여

    • 연결지향: TCP 3way handshake(가상 연결)

      클라이언트 방향 서버 비고
      from ->SYN-> to 접속 요청 SYN packet 전송
      to <-SYN+ACK<- from SYN요청 받아 요청수락 ACK+SYN 설정 packet 전송 후 litsen ACK응답
      from ->ACK-> to ACK 전송(현재 최적화로 이단계에서 ACK+DATA
      to <-ESTABLISHED<- from 이후 연결 성립 후 데이터 전송

      SYN: Synchroizie
      ACK: Acknowledgment

    • 데이터 전달 보증 -> f(clinet) request for data transport -> t(server)f response for data transport -> t(client) 비연결성을 보완한다.
    • 순서 보장 & 신뢰할 수 있는 프로토콜 -> c 1,2,3 -> s 1,3,2 -> s 2,3 -> c 2,3 -> s 1,2,3
      • 패킷이 순서대로 도착하지 않아도 TCP 세그먼트에 있는 정보로 다시 패킷 전송 요청
  2. User Datagram Protocol(UPD): 사용자 데이터그램 프로토콜은 IP프로토콜에 PORT, Checksum field정보만 추가된 단순한 프로토콜이다.

    checksum: 중복 검사, 오류 정정을 통해 공간이나 시간속에서 송신된 자료의 무결성을 보호하는 단순한 방법

    • 하얀 도화지(기능 거의 없음)
    • 비연결지향성
    • 데이터 전달 보증못함
    • 순서 보장못함
    • 신뢰성 낮지만 속도가 빠름 -> 실시간 스트리밍

  3. 차이

    TCP UDP
    연결지향 X
    전송순서보장 X
    데이터수신여부확인 X
    신뢰성높고 속도느림 신뢰성 낮고 속도빠름

4. OSI 7계층 모델

출처: effortDev: OSI 7 계층이란?, OSI 7 계층을 나눈 이유 https://shlee0882.tistory.com/110

  1. OSI 7 layers

    Layer(계층) ex
    Application(응용) HTTP, DNS, SSL, SMTP, FTP
    Presentation(표현) GIF, JPEG, MPEG, MIME, ZIP, ASCll
    Session(세션) Sockets, RPC, SQL, NETBOIS
    Transport(전송) TCP, UDP, NETBEUI
    Network(네트워크) IP, ICMP
    Data Link(데이터 링크) FDDI, Ethernet, PPP
    Physical(물리) CDMA, GSM, NICs, CSMA/CD, Fiber

  2. TCP/IP 4 layers

    Layer(계층) osi layer concern
    Application Application, Presentation, Session
    Transport Transport
    Internet Network
    Network Interface Data Link, Physical

International Oranization for Standardization(ISO), 국제표주놔기구에서 1984년 제정된 표준 규격이다. Apple이 라이트닝을 버리고 usb-c type을 선택한 것과 같이, 제조사에 상관없이 공통으로 사용할 수 있는 네트워크 표준 규격을 정의했다.

OSI 7계층을 따르면 원인이 어디에 있는지 범위를 좁혀 문제를 쉽게 파악할 수 있다.

  1. Physical: 시스템간의 물리적 연결과 전기 신호를 변환, 제어하는 계층이다. 전기신호를 전달하는데 초점을 둔다.
  2. Data Link: 네트워크 기기간 데이터 전송 및 물리주소를 결정하는 계층이다. 물리계층의 전기신호를 모아 알아볼 수 있는 데이터 ㅕㅇ태로 처리한다. 주소 정보를 정의, 출발지와 도착지 주소를 확인하여 데이터 처리를 수행한다.
  3. Network: 가장 복잡한 계층 중 하나로 실제 네트워크 간 데이터 라우팅을 담당한다.

    라우팅: 어떤 네트워크 안에서 통신 데이터를 짜여진 알고리즘에 의해 최대한 빠르게 보낼 최적의 경로를 선택하는 과정

  4. Transport: 컴퓨터간 신뢰성 있는 데이터를 주고받을 수 있도록하는 서비스를 제공하는 계층이다. 하위계층에서 올바른 위치로 보내고 신호를 만든다면, 해당 데이터들이 정상적으로 보내지는지 확인한다. 네트웨크 계층에서 사용되는 패킷의 순서가 바뀐다던가 유실되면 이를 바로잡는 역할 도 한다.
  5. Session: 세션 연결의 설정, ㅐ제, 메세지 전송 등의 기능을 수행한다. 컴퓨터간의 통신 방식을 결정한다. 작업을 마친 후 연력을 끊는 역할도 한다.
  6. Presentantion: Application Layer로 전달하거나 받는 데이터를 인코딩 또는 디코딩한다. 컴파일러 같은 역할이다.
  7. Application: 사용자와의 인터페이스를 제공한다.

4-1. 데이터 캡슐화

데이터를 상대방에게 보낼 때 각 계층에서 필요한 정보를 header(data link -> trailer)로 추가하는 것을 캡슐화라고 한다. 받을 때는 캡슐화의 반대인 역캡슐화를 하여 응용계층에서 원본을 받는 상대방에게 전달한다.

5. TCP/IP 4 Layer

OSI 모델을 기반으로 현실에 맞게 단순화된 모델이다.

  1. Network Interface: OSI계층의 물리, 데이터 링크에 해당하며, 물리적 주소는 MAC을 사용한다.
  2. Internet: Network에 해당하며, 통신 Node간 IP packet을 전송 기능 및 라우팅을 한다.
  3. Transport: 전송계층, 통신 노드간의 연결을 제어, 신뢰성있는 데이터 전송을 담당한다.
  4. Application: 세션, 표현, 응용 계층이 해당한다. TCP/UDP 기반 응용 그로그램 구현 시 사용한다.
    • 사용자에게 인터페이스를 제공하는 계층으로 서비스를 사용자에게 제공한다. 애플리케이션은 서비스를 요청하는측에서 사용하는 애플리케이션과 서비스를 제공하는 측의 애플리케이션으로 분류된다. Clinet, Server라고 명하고, 둘다 응용 계층에서 동작한다.

참조

effortDev: tistory
wiki: osi model
wiki: internet protocol suite
wiki: tcp
wiki: udp