네트워크 미시적으로 살펴보기 ( 프로토콜, 참조 모델, 캡슐화/역캡슐화 )

🚄 프로토콜

✅ 택배로 책을 보내는 예시

• 멀리 떨어진 “영수(수신지 호스트)” 에게 택배로 책을 선물
  1. 선물할 책(페이로드)을 택배 상자에 넣기
  2. 배송 주소 등 택배 기사가 읽을 메시지(헤더)를 작성하고 첨부
  3. 택배 기사(네트워크 장비)를 통해 발송
• 택배를 올바르게 주고 받으려면? 언어가 통해야 한다!
  • ‘나’와 ‘영수’가 이해하는 언어
  • ‘나’와 ‘택배 기사’가 이해하는 언어
  • ‘택배 기사’와 ‘택배 기사’가 이해하는 언어

📌 네트워크 세상의 언어, 프로토콜

• 프로토콜(protocol) : 노드 간 정보를 올바르게 주고받기 위해 합의된 규칙이나 방법

→ 통신 과정에서 일반적으로 여러 프로토콜을 함께 사용

• 프로토콜 학습의 중점, 목적과 특징

1. IP는 패킷을 수신지까지 전달하기 위해 사용되는 프로토콜이다.
2. ARP는 192.168.1.1과 같은 형태의 ‘IP 주소’를 A1:B2:C3:D4:E5:F6과 같은 형태의 ‘MAC 주소’로 대응하기 위해 사용되는 프로토콜이다.
3. HTTPS(443)는 HTTP(80)에 비해 보안상 더 안전한 프로토콜이다.
4. TCP는 UDP에 비해 일반적으로 느리지만, 신뢰성이 높은 프로토콜이다.

모든 프로토콜에는 목적과 특징이 있다.

📣 네트워크 참조 모델

• 통신이 이루어진 각 과정을 계층으로 나눈 구조

✅ 네트워크를 통해 송수신하는 과정

• 정형화된 여러 단계가 있다.
• 이 단계는 계층적으로 표현 가능

✅ 통신 과정을 계층적으로 나눈 이유

• 네트워크 구성과 설계가 용이

☕ 대표적인 참조 모델

⭐ OSI 모델 (7계층)

• 국제 표준화 기구 ISO에서 만든 네트워크 참조 모델

7️⃣ 응용 계층	사용자 및 사용자가 이용하는 응용 프로그램에 다양한 네트워크 서비스
6️⃣ 표현 계층	문자가 컴퓨터가 이해할 수 있는 코드(인코딩)로 변환하거나, 압축, 암호화
5️⃣ 세션 계층	세션(통신을 주고받는 호스트이 응용 프로그램 간 연결 상태)을 관리
4️⃣ 전송 계층	신뢰성 있고, 안정성 있는 전송을 해야 할 때 필요한 계층
3️⃣ 네트워크 계층	메시지를 (다른 네트워크에 속한) 수신지까지 전달하는 계층
2️⃣ 데이터 링크 계층	네트워크 내 주변 장치 간의 정보를 올바르게 주고받기 위한 계층
1️⃣ 물리 계층	OSI 모델의 최하단, 0과 1로 표현되는 비트 신호를 주고받는 계층

⭐ TCP/IP 모델 (4계층)

• 인터넷 프로토콜 스위트
• TCP/IP 프로토콜 스택

4️⃣ 응용 계층	OSI 모델의 세션+표현+응용 계층과 유사
3️⃣ 전송 계층	OSI 모델의 전송 계층과 유사
2️⃣ 인터넷 계층	OSI 모델의 네트워크 계층과 유사
1️⃣ 네트워크 액세스 계층	(링크 계층, 네트워크 인터페이스 계층) OSI 모델의 데이터 링크 계층과 유사

💊 캡슐화와 역캡슐화

✅ 송신 과정에서 캡슐화, 수신 과정에서 역캡슐화

• 메시지는 송신지 입장에서 가장 높은 계층 → 가장 낮은 계층 으로 이동
• 메시지는 수신지 입장에서 가장 낮은 계층 → 가장 높은 계층 으로 이동

⚡ 캡슐화

• 계층별 프로토콜의 목적과 특징에 부합하는 헤더(+트레일러) 추가
• 상위 계층으로부터 내려받은 패킷을 페이로드 삼아, 프로토콜에 걸맞은 헤더(혹은 트레일러)를 덧붙인 후 하위 계층으로 전달
• 상위 계층의 패킷은 하위 계층에서의 페이로드로 간주

🗨️ 역캡슐화

• 계층별 프로토콜의 목적과 특징 부합하는 헤더 제거

💹 PDU(Protocol Data Unit)

• 각 계층에서 송수신 되는 메시지 단위
• 현재 계층의 PDU = 상위 계층 데이터 + 현재 계층의 프로토콜 헤더(및 트레일러)

OSI 계층	PDU
응용 계층	데이터(data)
표현 계층
세션 계층
전송 계층	세그먼트(segment), 데이터 그램(datagram)
네트워크 계층	패킷(packet)
데이터 링크 계층	프레임(frame)
물리 계층	비트(bit)

🤔 OSI 7계층, TCP/IP 4계층은 사실 아무것도 해주지 않는다?

네트워크 지식 = 네트워크 참조 모델 이라 오해하기 쉽다.

1. 네트워크 참조 모델은 반드시 지켜져야 하는 규칙일까?
2. 모든 프로토콜이나 네트워크 장비가 반드시 특정 계층에 완벽히 대응될까?

둘다 NO! NO! 왜? 네트워크 참조 모델이니까.

• 새로운 프로토콜과 네트워크 장비는 만들어지고 있고, 모든 프로토콜이 모든 모델의 특정 계층에 완벽히 대응되지는 않음.

• TCP 모델의 경우 전공 서적마다 자유롭게 기술

네트워크 참조모델에 속한 프로토콜과 네트워크 장비가 네트워크를 작동 시키는 주체이다!!

➕ 트래픽과 네트워크 성능 지표

📌 트래픽(traffic)

• 네트워크 내의 정보량
• 트래픽은 주로 노드에서 측정 : “특정 시점에 노드를 경유하는 정보량”
• 과도한 트래픽이 야기하는 문제: 과부하(성능 저하) 발생

📌 처리율(throughput)

• 단위 시간당 네트워크를 통해 실제로 전송되는 정보량
• 표현 단위
  • bps(bit/s)
  • Mbps(Mbit/s)
  • Gbps(Gbit/s)
  • pps(p/s)

📌 대역폭(bandwidth)

• 컴퓨터 영역에서의 정의 - 단위 시간 동안 통신 매체를 통해 송수신할 수 있는 최대 정보량
• “정보를 주고받을 폭”
• bps, Mbps, Gbps 단위 사용
• cf) 신호 처리 영역에서의 정의 : 주파수 범위

📌 패킷 손실(packet loss)

• 송수신되는 패킷이 손실된 상황
• 손실된 패킷 수, 전체 패킷 / 유실된 패킷 (백분위) 사용