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      • Item 5. Prefer Dependency Injection to Hardwiring Resources
      • Item 6. Avoid Creating Unnecessary Objects
      • Item 7. Eliminate Obsolete Object References
      • Item 8. Avoid Finalizers and Cleaners
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        • Always Override toString
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  • 2.2 TCP/IP Four-Layer Model
  • 계층간 데이터 송수신 과정
  1. Books
  2. CS Note for Interview
  3. Ch2. Network

2.2.1 TCP/IP Four-Layer Model

2.2 TCP/IP 4계층 모델

2.2 TCP/IP Four-Layer Model

TCP/IP는 인터넷 및 네트워크 통신을 위해 가장 널리 사용되는 프로토콜입니다. 이 모델은 네트워크 통신을 네 개의 계층으로 나누어 각각의 역할을 명확히 정의합니다. 각 계층은 특정 기능을 담당하며, 상호작용하여 데이터를 효율적으로 전송합니다.

TCP/IP 4계층 모델의 개요

TCP/IP 모델은 네 개의 계층으로 구성됩니다:

  1. 네트워크 인터페이스 계층(Network Interface Layer)

  2. 인터넷 계층(Internet Layer)

  3. 전송 계층(Transport Layer)

  4. 응용 계층(Application Layer)

1. 네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface Layer)

네트워크 인터페이스 계층은 데이터가 물리적인 네트워크를 통해 전송되는 방법을 정의합니다. 이는 OSI 모델의 물리 계층과 데이터 링크 계층에 해당합니다. 이 계층은 네트워크 하드웨어와 직접 상호작용하며, 데이터의 실제 전송을 담당합니다.

  • 주요 프로토콜: 이더넷, Wi-Fi

  • 역할: 물리적 네트워크 연결 관리, 프레임 생성 및 오류 감지

예시: 이더넷

이더넷은 LAN(Local Area Network)에서 가장 널리 사용되는 기술입니다. 이더넷은 데이터를 프레임 단위로 나누어 네트워크를 통해 전송합니다. 프레임에는 송수신 MAC 주소와 오류 검출을 위한 체크섬이 포함됩니다.

2. 인터넷 계층 (Internet Layer)

인터넷 계층은 데이터 패킷을 목적지까지 라우팅하는 역할을 합니다. 이는 OSI 모델의 네트워크 계층에 해당합니다. 이 계층은 IP 주소를 사용하여 패킷을 목적지로 전달하며, 다양한 네트워크 간의 데이터 전송을 가능하게 합니다.

  • 주요 프로토콜: IP (Internet Protocol), ICMP (Internet Control Message Protocol)

  • 역할: IP 주소 지정 및 관리, 패킷 라우팅

예시: IP 주소

IP 주소는 네트워크 장치의 고유 식별자입니다. IPv4는 32비트 주소 체계를 사용하며, IPv6는 128비트 주소 체계를 사용합니다. IP 주소는 네트워크와 호스트 부분으로 나뉘며, 라우터는 이 주소를 사용하여 패킷을 올바른 네트워크로 전달합니다.

3. 전송 계층 (Transport Layer)

전송 계층은 데이터의 정확한 전달을 보장합니다. 이는 OSI 모델의 전송 계층에 해당합니다. 전송 계층은 송신자와 수신자 간의 신뢰성 있는 통신을 제공하며, 데이터 분할 및 재조립, 오류 복구 등의 기능을 수행합니다.

  • 주요 프로토콜: TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol)

  • 역할: 데이터 스트림 관리, 연결 설정 및 해제, 오류 검출 및 복구

예시: TCP와 UDP

TCP는 신뢰성 있는 연결형 프로토콜로, 데이터 전송의 정확성을 보장합니다. TCP는 데이터가 올바른 순서로 도착하도록 하고, 손실된 패킷을 재전송합니다. 반면, UDP는 비연결형 프로토콜로, 빠른 데이터 전송이 필요하지만 신뢰성이 덜 중요한 경우에 사용됩니다.

4. 응용 계층 (Application Layer)

응용 계층은 네트워크 서비스와 애플리케이션 간의 인터페이스를 제공합니다. 이는 OSI 모델의 응용 계층, 표현 계층, 세션 계층에 해당합니다. 응용 계층은 사용자가 네트워크에 접근할 수 있도록 하며, 다양한 네트워크 애플리케이션을 지원합니다.

  • 주요 프로토콜: HTTP (Hypertext Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), DNS (Domain Name System)

  • 역할: 사용자 인터페이스 제공, 애플리케이션 간 데이터 교환

예시: HTTP

HTTP는 웹 브라우징을 위해 가장 널리 사용되는 프로토콜입니다. HTTP는 클라이언트(웹 브라우저)와 서버(웹 서버) 간의 요청-응답 모델을 기반으로 동작합니다. 클라이언트가 URL을 통해 서버에 요청을 보내면, 서버는 해당 리소스를 응답으로 반환합니다.

TCP/IP 4계층 모델의 상호작용

TCP/IP 4계층 모델의 각 계층은 상호작용하며 데이터를 송수신합니다. 다음은 각 계층 간의 상호작용 과정입니다.

  1. 응용 계층: 사용자가 웹 브라우저를 통해 웹 페이지를 요청합니다.

  2. 전송 계층: TCP 프로토콜이 데이터 패킷을 분할하고, 각 패킷에 순서 번호와 오류 검출 정보를 추가합니다.

  3. 인터넷 계층: IP 프로토콜이 각 패킷에 송신자와 수신자의 IP 주소를 추가하여 패킷을 라우팅합니다.

  4. 네트워크 인터페이스 계층: 네트워크 인터페이스가 패킷을 실제 네트워크를 통해 전송합니다.

데이터가 수신 측에 도달하면, 각 계층은 반대 순서로 데이터를 처리하여 최종적으로 사용자에게 전달합니다.

계층간 데이터 송수신 과정

Data Transmission Process Between Layers

TCP/IP 모델에서 데이터가 전송되는 과정은 각 계층의 역할에 따라 이루어집니다. 이 모델은 데이터를 효율적으로 송수신하기 위해 각 계층이 상호작용하는 방식으로 설계되었습니다. 아래 그림은 이러한 계층 간 데이터 송수신 과정을 시각적으로 보여줍니다.

TCP/IP 모델의 각 계층

  1. 애플리케이션 계층 (Application Layer)

  2. 전송 계층 (Transport Layer)

  3. 인터넷 계층 (Internet Layer)

  4. 링크 계층 (Link Layer)

데이터 송신 과정

1. 애플리케이션 계층

애플리케이션 계층은 사용자가 네트워크 서비스를 이용할 수 있도록 도와줍니다. 이 계층에서 애플리케이션이 생성한 데이터는 전송 계층으로 전달됩니다.

  • 역할: 데이터 생성, 사용자 인터페이스 제공

  • 예시: 웹 브라우저가 HTTP 요청을 생성

  • PDU명칭: 메시지

2. 전송 계층

전송 계층은 애플리케이션 계층에서 전달받은 데이터를 세그먼트(segment)로 나누고, 각 세그먼트에 포트 번호와 같은 제어 정보를 추가합니다. 또한, 신뢰성 있는 전송을 위해 오류 검출 및 복구 기능을 제공합니다.

  • 역할: 데이터 분할 및 재조립, 오류 검출 및 복구

  • 프로토콜: TCP, UDP

  • 예시: TCP가 HTTP 요청을 세그먼트로 분할하고 각 세그먼트에 순서 번호를 부여

  • PDU명칭: 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP)

3. 인터넷 계층

인터넷 계층은 전송 계층에서 전달받은 세그먼트를 패킷(packet)으로 캡슐화하고, 각 패킷에 IP 주소를 추가합니다. 이 계층은 패킷의 라우팅을 담당하며, 최적의 경로를 찾아 패킷을 목적지로 전송합니다.

  • 역할: 패킷 라우팅, IP 주소 지정

  • 프로토콜: IP

  • 예시: IP 패킷에 송신자와 수신자의 IP 주소를 추가

  • PDU명칭: 패킷

4. 링크 계층

링크 계층은 인터넷 계층에서 전달받은 패킷을 프레임(frame)으로 캡슐화하고, 실제 네트워크를 통해 데이터를 전송합니다. 이 계층은 물리적 네트워크 연결을 관리하며, 데이터의 물리적 전송을 담당합니다.

  • 역할: 물리적 네트워크 연결 관리, 프레임 생성 및 전송

  • 프로토콜: 이더넷, Wi-Fi

  • 예시: 이더넷 프레임에 MAC 주소와 오류 검출 정보를 추가

  • PDU명칭: 프레임(데이터 링크 계층), 비트(물리 계층)

데이터 수신 과정

데이터 수신 과정은 송신 과정의 반대 순서로 이루어집니다. 수신자는 링크 계층에서 수신된 데이터를 상위 계층으로 전달하며, 각 계층은 해당 계층의 프로토콜을 사용하여 데이터를 처리합니다.

4. 링크 계층

링크 계층은 수신된 프레임을 확인하고, 오류 검출을 수행한 후, 프레임에서 데이터를 추출하여 인터넷 계층으로 전달합니다.

  • 역할: 프레임 수신 및 확인, 오류 검출

3. 인터넷 계층

인터넷 계층은 프레임에서 추출한 패킷을 확인하고, IP 주소를 기반으로 데이터를 전송 계층으로 전달합니다.

  • 역할: 패킷 수신 및 확인, 라우팅

2. 전송 계층

전송 계층은 패킷에서 추출한 세그먼트를 확인하고, 오류 검출 및 복구를 수행한 후, 세그먼트를 재조립하여 애플리케이션 계층으로 전달합니다.

  • 역할: 세그먼트 수신 및 확인, 데이터 재조립

1. 애플리케이션 계층

애플리케이션 계층은 전송 계층에서 전달받은 데이터를 최종 사용자에게 제공하며, 사용자는 이를 통해 네트워크 서비스를 이용합니다.

  • 역할: 데이터 수신 및 처리, 사용자 인터페이스 제공

요약

TCP/IP 모델에서 데이터가 송수신되는 과정은 각 계층이 상호작용하며, 데이터를 캡슐화하고, 전송하며, 디캡슐화하는 방식으로 이루어집니다. 이러한 계층 구조는 데이터 전송의 신뢰성과 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.

예시: HTTP 요청의 송수신 과정

  1. 애플리케이션 계층: 클라이언트가 웹 브라우저를 통해 HTTP 요청을 생성합니다.

  2. 전송 계층: TCP가 HTTP 요청을 세그먼트로 나누고, 각 세그먼트에 순서 번호와 오류 검출 정보를 추가합니다.

  3. 인터넷 계층: IP가 세그먼트를 패킷으로 캡슐화하고, 송신자와 수신자의 IP 주소를 추가합니다.

  4. 링크 계층: 이더넷이 패킷을 프레임으로 캡슐화하고, 실제 네트워크를 통해 데이터를 전송합니다.

수신자는 링크 계층에서 프레임을 수신하고, 각 계층을 거치며 데이터를 처리하여 최종적으로 사용자에게 전달합니다. 이 과정은 네트워크 통신의 기본 원리로, 효율적이고 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장합니다.

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