20. TCP/IP

1. 물리 계층

• 데이터는 아날로그 혹은 디지털로 변환되어 물리적으로 송수신됨
  • 아날로그 데이터: 연속적인 정보
  • 디지털 데이터: 이산 값을 가지는 정보

 

 

 

2. 데이터링크 계층

• 노드-대-노드 통신이 이루어짐

 

• 서비스
  1. 프레임 짜기
  2. 흐름 제어
  3. 오류 제어
     • 전기 신호가 오류에 취약해, 프레임도 취약하므로 검출 및 폐기하는 것이 중요
  4. 혼잡 제어는 제공하지 않음

 

 

 

3. 네트워크 계층

3-1. 프로토콜 서비스

• 서비스
  • 최선형 전송 서비스 (Best-Effort) 
  • 라우팅: 패킷이 목저지로 갈 수 있도록 경로를 탐색함
  • 포워딩: 라우터가 취하는 행동으로 정위되며, 라우팅 테이블을 참조해 의사 결정함

 

• ARP (Address Resolution Protocol)
  • 논리 주소를 물리 주소로 변환하는 프로토콜
  • 각 시스템은 ARP Cache에 매핑 정보를 저장함
  • ARP 요청은 브로드캐스트로, 응답은 유니캐스트로 전송
  • RARP: 물리 주소를 논리 주소로 변환함
  • GARP
    1. Sender와 Target의 IP가 동일한 ARP 요청
    2. IP 충돌 감지, 상대방의 ARP Cache 갱신 등을 위해 사용됨

 

• ICMPv4 (Internet Control Message Protocol version 4)
  • 오류 보고와 질의 메시지로 나뉨
    1. 오류 보고 메시지: 수정은 상위 계층에 맡김, 멀티캐스트나 특수 주소에는 생성되지 않음
    2. 질의 메시지: 에코 요청(8)과 응답(0)은 ping과 traceroute에서 사용됨
  • 헤더 필드에 대분류인 유형과, 소분류인 코드가 명시되어 있음

 

 

3-2. 주소 체계

• 클래스 기반 주소 지정
  • 클래스 A, B, C, D, E로 나누어 주소를 부여함
  • 주소 고갈로 인해 더 이상 쓰이지 않음
  • 문제 해결을 위해 서브네팅과 슈퍼네팅이 제안되었음

 

• 클래스 없는 주소 지정 (CIDR)
  • 클래스를 제거하고, 슬래시 표기를 통해 네트워크 크기 표시
  • VLSM: 서브네팅을 여러 번 반복해 네트워크 크기가 다른 서브넷으로 나눔
  • 특수 주소: 디스-호스트, 제한된 브로드캐스트, 루프백, 사설 주소

 

• IPv6
  • 128비트 주소 길이를 사용하여 주소 부족 문제 해결
  • 보안, 라우팅 효율성 문제도 동시에 해결
  • 특징
    1. 확장된 주소 공간: NAT이 불필요, unicast, anycast, multicast를 사용 (broadcast는 multicast의 특수한 형태)
    2. 헤더가 고정 길이로 바뀌고, 체크섬과 패킷 단편화 관련 필드 삭제
    3. 인증, 무결성 보호, 발신지 확인 등의 기능 추가 
  • IPv4 변환
    1. 이중 스택: 동시 지원
    2. 터널링: IPv4 사용 지역을 지날 때 IPv6 패킷을 IPv4로 캡슐화함
    3. 헤더 변환: 일부만 IPv4를 쓸 때, IPv4로 헤더를 변환해 보내줌

 

 

 

4. 전송 계층

4-1. UDP

비연결형이고, 신뢰성이 없는 단방향 전송 프로토콜

 

• 서비스
  • 프로세스-대-프로세스 통신
  • 비연결형 서비스: 각 데이터그램은 독립적임
  • 흐름 제어와 혼잡 제어가 없음
  • 검사합을 제외하고 오류제어 메커니즘 없음
  • UDP 서비스를 원하는 다수의 프로세스가 있으므로 다중화 지원

 

• 응용
  • TFTP, SNMP, RIP, 멀티 캐스팅 등에 사용

 

 

4-2. TCP

연결형이고, 신뢰성이 있는 양방향 전송 프로토콜

 

• 서비스
  • 프로세스-대-프로세스 통신
  • 신뢰성 제공: 확인응답 기법 사용 
  • 송신 및 수신 버퍼가 존재해 흐름 및 오류 제어에 사용됨
  • 가상의 튜브를 만드는 연결-지향 프로토콜, 바이트의 흐름을 전달함
  • 역시 다중화를 지원함

 

• 세그먼트
  • 20~60 bytes의 헤더와 payload로 구성
  • Src port, Dst port, SEQ, ACK, ws, Checksum, Urgent pointer 등이 헤더에 존재
  • 헤더 플래그: URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN

출처: https://afteracademy.com/blog/what-is-a-tcp-3-way-handshake-process/

 

• TCP 연결
  
  1. 연결 설정: 3-Way Handshaking
     • SYN, SYN+ACK, ACK를 교환함
     • DoS 공격으로 알려진 SYN 플러딩 공격에 취약함
  2. 연결 종료: 3-Way, 4-Way Handshaking이 있음
     • 3-Way: FIN, FIN+ACK, ACK
     • 4-Way: FIN, ACK, FIN, ACK (절반 폐쇄)
  3. 연결 재설정
     • RST 플래그의 패킷으로 수행

 

 

 

5. 응용 계층

프로토콜	Well-Know Port	서비스
HTTP	80	하이퍼텍스트 전송 프로토콜, 웹페이지 송수신을 정의
FTP	20(s), 21(c)	파일 전송 프로토콜
TELNET	23 (TCP)	최초의 원격 로그인 프로토콜 스니핑에 취약해 최근에는 SSH를 사용함 (포트 22)
DNS	53	도메인 네인 시스템 제공