[네트워크] TCP/IP Application
이번 포스팅에서는 링크드인 COMPTIA 네트워크 강의의 TCP/IP Application 부분 강의를 듣고 정리한 내용을 적어보려고 한다.
TCP와 UDP
네트워크 계층 중 전송계층(Transport Layer)은 송신자와 수신자를 연결하는 계층으로, 데이터를 전달한다. 그리고 이 계층에서 데이터를 보내기 위해 사용하는 프로토콜이 TCP와 UDP이다.
TCP는 인터넷 상에서 데이터를 메시지의 형태로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜이다. 일반적으로 TCP와 IP를 함께 사용하는데, IP가 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 패킷을 추적 및 관리하게 된다. TCP의 특성은 아래와 같다.
- 연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공한다.
- 3 Way Handshake 방식으로 연결을 설정하고 4 Way Handshake를 통해 연결을 해제한다.
- 높은 신뢰성을 보장하지만 UDP보다 속도는 느리다.
- Full-Duplex, Point-to-Point 방식이다.
TCP가 가상 회선 방식을 제공한다는 의미는 발신지와 수신지를 연결하여 패킷을 전송하기 위한 논리적 경로를 배정한다는 의미이다. 그리고 3 Way Handshake 과정은 목적지와 수신지를 확실히 하여 정확한 전송을 보장하기 위해 세션을 수립하는 과정이다. TCP가 이러한 특징을 지니는 이유는 TCP가 연결형 서비스로 신뢰성을 보장하기 때문이다. 그래서 3 Way Handshake 과정을 사용하는 것이고 데이터의 흐름 제어나 혼잡 제어와 같은 기능도 한다.
TCP 서버의 특징은 다음과 같다.
- 서버 소켓은 연결만을 담당한다.
- 연결과정에서 반환된 클라이언트 소켓은 데이터의 송수신에 사용된다.
- 서버와 클라이언트는 1대1로 연결된다.
- 스트림 전송으로 전송 데이터의 크기가 무제한이다.
- 패킷에 대한 응답을 해야 하기 때문에(시간 지연, CPU 소모) 성능이 낮다.
- 스트리밍 서비스에 불리하다.
UDP는 데이터를 데이터그램 단위로 처리하는 프로토콜이다. 데이터그램이란 독립적인 관계를 지니는 패킷이라는 뜻이다. UDP는 TCP와 달리 비연결형 프로토콜이다. 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없는데, 그렇기 때문에 패킷은 각각 다른 경로로 전송이 되며 독립적인 관계를 지니게 된다. UDP의 특징은 다음과 같다.
- 비연결형 서비스로 데이터그램 방식을 제공한다.
- 정보를 주고 받을 때 정보를 보내거나 받는다는 신호절차를 거치지 않는다.
- UDP 헤더의 CheckSum 필드를 통해 최소한의 오류만 검출한다.
- 신뢰성이 낮으며 TCP보다 속도가 빠르다.
UDP는 비연결형 서비스이기 때문에, 연결을 설정하고 해제하는 과정이 존재하지 않는다. 서로 다른 경로로 독립적으로 처리함에도 패킷에 순서를 부여하여 재조립을 하거나 흐름 제어 또는 혼잡 제어와 같은 기능도 처리하지 않기에 TCP보다 속도가 빠르며 네트워크 부하가 적다는 장점이 있지만 신뢰성있는 데이터의 전송을 보장하지는 못한다. 따라서 신뢰성보다 연속성이 중요한 실시간 스트리밍 서비스 등에 자주 사용된다.
UDP 서버의 특징은 다음과 같다.
- UDP에는 연결 자체가 없어서(connect 함수 불필요) 서버 소켓과 클라이언트 소켓의 구분이 없다.
- 소켓 대신 IP를 기반으로 데이터를 전송한다.
- 서버와 클라이언트는 1대1, 1대N, N대M 등으로 연결될 수 있다.
- 데이터그램(메시지) 단위로 전송되며 그 크기는 65535바이트로 크기가 초과하면 잘라서 보낸다.
- 흐름 제어(flow control)가 없어서 패킷이 제대로 전송되었는지, 오류가 없는지 확인할 수 없다.
- 파일 전송과 같은 신뢰성이 필요한 서비스보다 성능이 중요시 되는 경우에 사용된다.
이더넷 프레임은 스위치와 라우터에서 사용된다. 그 안에 IP 패킷이 있고, 그 안에 TCP/UDP가 있다.
ICMP and IGMP
ICMP와 IGMP는 TCP/IP 계층 모델의 네트워크 계층(Network Layer)이다. ICMP는 인터넷 제어 메시지 프로토콜이다. 오류 메시지를 전송받는데 주로 사용되며 IP 프로토콜과 같이 사용이 된다. ICMP의 기능은 아래와 같다.
- 인터넷/통신 상에서 발생한 일반적인 상황에 대한 보고
- IP 프로토콜을 이용하여 ICMP 메시지 전달
- 네트워크 계층에 속하여 네트워크 관리 프로토콜의 역할 수행
- 오류 메시지를 전송받는데 주로 쓰임
ICMP는 다음과 같은 메시지를 부여한다. () 안은 실제 부여된 메시지 번호이다.
- Echo Request (8) : 해당 수신자가 이 메시지를 받으면 응답을 해 달라는 요청이다.
- Echo Reply (0) : Echo Request를 받은 수신자가 보내주는 응답.
- Destination Unreachable (3) : 네트워크가 끊겨있거나, 장비가 꺼져 있거나, 경로가 없거나 등 여러 이유로 최종 목적지에 도달할 수 없을 때 보내지는 메시지이다.
- Time Exceeded (11) : TTL 값이 감소하여 0이 되었을 때 이 메시지를 송신자에게 돌려준다.
이 때 사용하는 유틸리티는 다음과 같다.
- ping : 해당 IP를 가진 장비에 접속 가능한지 확인하는 프로그램. echo request를 던지고, 이로부터 받은 echo reply를 확인한다.
- traceroute : 해당 장비까지 가는 경로를 추적하는 프로그램.
IGMP는 인터넷 그룹 관리 프로토콜이다. 호스트가 멀티캐스트 그룹 구성원을 인접한 스위치 및 라우터로 광고할 수 있게 해주는 프로토콜이다. IGMP 프로토콜은 여러 호스트(수신자)에게 채널이 효과적으로 전송되기 하기 위해, 멀티캐스트 네트워크를 기반으로 구성되는 IPTV 서비스에 많이 사용되고 있다. IGMP는 IP 프로토콜과 동등한 계층의 기능을 수행한다. 그러나 바로 데이터링크 계층으로 보내지지 않고 IP 패킷에 캡슐화되어 보내진다.