네트워크 기본 정리(ING)

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네떡공부~

PDU(Protocol Data Unit) - OSI 모델에서의 데이터 단위

  • Message : 응용 프로그램이 소켓을 통해 보내는 데이터 단위
  • Segment : TCP통신에서의 데이터 단위
  • Datagram : UDP통신에서의 데이터 단
  • Packet : 네트워크 계층에서의 데이터 단위
  • Frame : 데이터 링크 계층에서의 데이터 단위
  • Bit : 물리 계층에서의 데이터 단위

OSI 7계층

1. 1계층 - 물리 계층(Physical Layer)

  • 이 계층에서는 단지 데이터를 전달만 할 뿐 전송하려는 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경 쓰지 않는다.
  • 통신단위 : 1, 0(전기적으로 On, Off 상태)
  • 통신 케이블, 리피터, 허브 등을 통해 전송

2. 2계층 - 데이터 링크 계층(DataLink Layer)

  • 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전한 정보의 전달을 수행할 수 있도록 도와주는 역할
  • 브릿지나 스위치를 통해 맥주소를 가지고 물리계층에서 받은 정보를 전달한다.
  • Point to Point 간의 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위해 CRC(순환 중복 검사, cyclic redundancy check)기반의 오류 제어와 흐름 제어가 필요하다.
    • 신뢰성 있는 전송을 위해 오류 검출 및 회복을 위한 오류 제어 기능 수행
    • 송수신 측의 속도 차이 해결을 위해 흐름 제어 기능 수행
  • ex) 이더넷, HDLC, ADCCP, LLC, ALOHA, Packet Switching Network

3. 3계층 - 네트워크 계층(Network Layer)

  • 경로를 선택하고 주소를 정하고 경로에 따라 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달
  • 다양한 길이의 데이터를 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 QoS를 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다.

4. 4계층 - 전송 계층(Transport Layer)

  • 종단 간에 오류제어 및 흐름제어를 통해 신뢰성 있고 정확한 데이터 전송을 담당
  • UDP(User Datagram Protocol)
    • 비연결형 프로토콜
    • 흐름제어, 오류제어 또는 손상된 세그먼트의 수신에 대한 재전송을 하지 않는다.
    • 종종 클라이언트는 서버로 짧은 요청을 보내고, 짧은 응답을 기대한다. 만약 요청 또는 응답이 손실된다면, 클라이언트는 time out 되고 다시 시도할 수 있다.
  • TCP(Transmission Control Protocol)
    • 대부분의 인터넷 응용분야들은 신뢰성과 순차적인 전달을 필요로 하는데 UDP로는 이를 만족시킬 수 없으므로 탄한 것이 TCP이다.
    • TCP서비스는 송신자와 수신자 모두가 소켓이라고 부르는 종단점을 생성함으로써 이루어진다. 각 소켓은 호스트의 IP주소와 그 호스트에 국한된 16비트로 구성된 포트라고 불리는 소켓 번호를 갖는다.
    • 전이중(full-duplex) 방식
      • 전송이 양방향으로 동시에 일어날 수 있음
    • 점대점(point to point) 방식
      • 각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있음
    • TCP Header
      • TCP Header에는 Code Bit(Flag bit)라는 부분이 존재한다. 이 부분은 총 6Bit로 이루어져 있으며 각각 한 bit들이 의미를 갖고 있다.
      • Urg-Ack-Psh-Rst-Syn-Fin 순서로 되어 있으며 해당 위치의 bit가 1이면 해당 패킷이 어떠한 내용을 담고 있는 패킷인지를 나타낸다.
      • 예를들어 SYN패킷일 경우에는 000010이 되고, ACK패킷일 경우에는 010000이 되는 것이다.
  • TCP랑 UDP는 다시 따로 크게 정리;;

5. 5계층 - 세션 계층(Session Layer)

6. 6계층 - 표현 계층(Presentation Layer)

7. 7계층 - 응용 계층(Application Layer)

Nagle Algorithm(네이글 알고리즘)

가능하면 조금씩 여러 번 보내지 말고, 한 번에 많이 보내라

  • 일반적인 TCP 통신에서는 상대방이 패킷을 받았는지 안 받았는지 확인하기 위해서, 데이터를 받은 쪽에서 ACK신호를 보낸다. ACK신호를 확인해야 송신부에서는 패킷 전송이 제대로 되었음을 확인하고 그 다음 패킷을 계속해서 전송할 수 있다.
  • 예를 들어 ‘HBJJ’ 라는 단어를 패킷으로 보낸다고 할 때, ‘H’ 를 전송한 다음 상대방으로부터 ACK를 받으면 ‘B’를 전송, 또 ACK를 받은 다음 ‘J’를 전송하는 형태로 한 글자씩 차례대로 전송하게 된다.
  • 하지만, Nagle Algorithm을 적용하게 되면 처음에 ‘H’를 전송한 다음 상대방으로부터 ACK를 받기 전까지 ‘HBJJ’에 대한 패킷 정보를 송신 버퍼에 저장한 다음 ACK가 오면 여러 개의 패킷을 모아서 한 번에 전송하게 된다.
  • 장점
    • 같은 양의 데이터라도 한 번에 많이 보내기 때문에 데이터 전송 횟수가 줄어들기 때문에 네트워크의 효율성이 높아진다.
  • 단점
    • ACK를 받을 때까지 패킷을 모으고 있기 때문에 반응 속도가 느려진다.

3-way-handshake

장치들 사이에 논리적인 연결을 성립하기 위하여 3-way-handshake 를 사용한다.

[사진 넣기]

  1. Client가 Server에 접속을 요청하는 SYN(a) 패킷을 보낸다.
  2. Server는 Client의 요청인 SYN(a)를 받고 Client에게 요청을 수락한다는 ACK(a+1)와 SYN(b)이 설정된 패킷을 발송한다.
  3. Client는 Server의 수락 응답인 ACK(a+1)와 SYN(b) 패킷을 받고 ACK(b+1)를 Server로 보내면 연결이 성립된다.

4-way-handshake

연결을 해제하기 위하여 4-way-handshake 를 사용한다.

[사진 넣기]

  1. Client가 연결을 종료하겠다는 FIN플래그를 전송한다.
  2. Server는 Client의 요청(FIN)을 받고 확인 메시지로 ACK를 보내고, 데이터를 모두 보낼 때까지 잠깐 TIME_OUT이 된다.
  3. 데이터를 모두 보내고 통신이 끝났으면 연결이 종료되었다고 Client에게 FIN플래그를 전송한다.
  4. Client는 FIN메시지를 확인했다는 ACK를 보낸다.
  5. Client의 ACK를 받은 Server는 소켓 연결을 close한다.
  6. Client는 아직 Server로부터 받지 못한 데이터가 있을 것을 대비해 일정 시간 동엔 세션을 남겨놓고 잉여 패킷을 기다리는 과정을 거친다.(TIME_WAIT)

왜 2-way가 아니라 3-way일까?

  • TCP connection은 양방향성이다. Client에서 Server에게 존재를 알리고 패킷을 보낼 수 있다는 것을 알리듯, Server에서도 Client에게 존재를 알리고 패킷을 보낼 수 있다는 신호를 보내야 한다. 그렇기 때문에 2-way-handshake로는 부족하다.

왜 Sequence Number를 난수로 생성해서 보낼까?

  • connection을 맺을 때 사용하는 포트는 유한 범위 내에서 사용하고 시간이 지남에 따라 재사용된다. 따라서 두 통신 호스트가 과거에 사용된 포트 번호 쌍을 사용하는 가능성이 존재한다.
  • 서버 측에서는 패킷의 SYN을 보고 패킷을 구분하게 되는데 난수가 아닌 순차적인 number가 전송된다면 이전의 connection으로부터 오는 패킷으로 인식할 수 있다.
  • 이러한 문제가 발생할 가능성을 줄잉기 위해서 난수로 ISN을 설정하는 것이다.(ISN : 초기 sequence number) ```

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