[CS Network] TCP/IP 모델

 

안녕하세요 펭귄 교수입니다.

 

컴퓨터 네트워크 통신에서 TCP/IP 모델은 인터넷의 기반이 되는 중요한 프로토콜입니다.

오늘날 우리가 사용하는 거의 모든 네트워크 연결은 TCP/IP를 기반으로 작동하고 있으며, 이를 이해하는 것은 네트워크 엔지니어뿐만 아니라 개발자에게도 필수적입니다.

 

이번 글에서는 TCP/IP 모델의 기본 개념과 각 계층의 역할에 대해 설명하겠습니다. 또한 OSI 모델과의 비교를 통해 TCP/IP 모델이 어떻게 실제로 사용되는지 알아보겠습니다.

 

OSI 모델에 대해 궁금하시다면 아래 글을 참조해주세요.

[CS Network] OSI 모델

 

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1. TCP/IP 모델이란?

TCP/IP 모델은 인터넷에서 사용되는 프로토콜 스택을 정의한 모델입니다.

이는 두 개의 주요 프로토콜인 TCP(Transmission Control Protocol)와 IP(Internet Protocol)의 이름을 따왔습니다.

TCP/IP 모델은 데이터가 컴퓨터 간에 어떻게 전송되는지 설명하며, 데이터 송수신의 표준을 제공해 인터넷과 네트워크 통신의 기반이 됩니다.

TCP/IP 모델은 4계층으로 구성되며, OSI 모델처럼 계층 구조를 따릅니다. 각 계층은 특정한 역할을 수행하며, 서로 다른 계층은 독립적으로 동작하여 데이터를 송수신합니다.

TCP/IP 모델의 4계층

1. 네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface Layer)
2. 인터넷 계층 (Internet Layer)
3. 전송 계층 (Transport Layer)
4. 응용 계층 (Application Layer)

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2. TCP/IP 모델의 계층 구조

2-1. 네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface Layer)

네트워크 인터페이스 계층은 물리적인 네트워크 장치와 연결하여 데이터를 전송하는 역할을 합니다. 이 계층은 네트워크 카드, 스위치, 케이블 등의 하드웨어를 통해 데이터를 물리적으로 전송하며, 데이터 링크 계층의 역할도 포함됩니다.

• 기능: 데이터를 물리적으로 전달, 로컬 네트워크에서 데이터 패킷을 주고받음.
• 장치: 네트워크 카드, 스위치, 이더넷 케이블.
• 프로토콜: 이더넷, Wi-Fi.

2-2. 인터넷 계층 (Internet Layer)

인터넷 계층은 데이터가 목적지까지 이동할 수 있도록 **라우팅(Routing)**을 담당하는 계층입니다. 데이터를 여러 네트워크를 거쳐 목적지로 전송하며, 이 과정에서 IP 주소를 사용해 목적지 장치를 식별합니다. TCP/IP에서 인터넷 계층의 가장 중요한 역할은 IP 주소 할당과 데이터 패킷의 경로 지정입니다.

• 기능: 데이터 패킷을 목적지로 전달, 라우팅, IP 주소 할당.
• 장치: 라우터.
• 프로토콜: IP(Internet Protocol), ICMP(Internet Control Message Protocol), ARP(Address Resolution Protocol).

2-3. 전송 계층 (Transport Layer)

전송 계층은 데이터가 송신자와 수신자 간에 신뢰성 있게 전송될 수 있도록 보장하는 역할을 합니다. 이 계층에서 사용되는 대표적인 프로토콜은 TCP와 UDP입니다. TCP는 연결 지향 프로토콜로 데이터의 신뢰성을 보장하며, 패킷의 손실이 발생하면 재전송을 요청합니다. 반면 UDP는 연결 없이 데이터를 빠르게 전송하는 프로토콜로, 실시간 스트리밍 같은 경우에 유용합니다.

• 기능: 데이터 전송 신뢰성 보장, 오류 제어, 흐름 제어.
• 프로토콜: TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Datagram Protocol).

2-4. 응용 계층 (Application Layer)

응용 계층은 네트워크 서비스와 사용자가 상호작용하는 계층입니다. TCP/IP의 응용 계층은 웹 브라우저, 이메일 클라이언트, 파일 전송 애플리케이션과 같은 네트워크 애플리케이션을 포함하며, 데이터는 최종적으로 이 계층에서 처리됩니다. OSI 모델과는 다르게 TCP/IP 모델에서는 세션, 표현, 응용 계층이 통합되어 하나의 응용 계층으로 처리됩니다.

• 기능: 네트워크 애플리케이션 제공, 데이터 전송 및 수신.
• 프로토콜: HTTP(HyperText Transfer Protocol), FTP(File Transfer Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), DNS(Domain Name System).

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3. OSI 모델과 TCP/IP 모델 비교

OSI 모델과 TCP/IP 모델은 네트워크 통신을 설명하는 두 가지 대표적인 모델입니다. 두 모델은 계층 구조를 기반으로 하지만, OSI 모델은 이론적 틀이며 TCP/IP 모델은 실질적인 네트워크 프로토콜 스택을 설명합니다. TCP/IP 모델은 인터넷 통신에 실제로 사용되며, OSI 모델보다 단순한 계층 구조를 가지고 있습니다.

주요 차이점

• 계층 수: OSI 모델은 7계층 구조인 반면, TCP/IP 모델은 4계층 구조입니다.
• 계층 역할: OSI 모델은 더 세분화된 계층 구조를 가지고 있으며, TCP/IP 모델은 기능이 통합되어 있습니다. 예를 들어, OSI의 세션, 표현, 응용 계층이 TCP/IP 모델에서는 모두 응용 계층에 속합니다.
• 사용 사례: OSI 모델은 네트워크 교육 및 설명을 위한 개념적 모델인 반면, TCP/IP 모델은 실제 인터넷 및 네트워크 통신에 사용되는 실질적인 프로토콜 스택입니다.

OSI 모델과 TCP/IP 모델 비교표

OSI 모델 TCP/IP 모델

1. 물리 계층	네트워크 인터페이스 계층
2. 데이터 링크 계층	네트워크 인터페이스 계층
3. 네트워크 계층	인터넷 계층
4. 전송 계층	전송 계층
5. 세션 계층	응용 계층
6. 표현 계층	응용 계층
7. 응용 계층	응용 계층

 

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4. TCP와 UDP의 차이

TCP/IP 모델의 전송 계층에서는 TCP와 UDP라는 두 가지 주요 프로토콜을 사용합니다. 두 프로토콜은 데이터 전송을 담당하지만, 방식과 특성이 다릅니다.

TCP(Transmission Control Protocol)

TCP는 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 연결 지향 프로토콜입니다. 데이터를 송수신할 때, 송신자는 패킷이 수신자에게 제대로 전달되었는지 확인할 수 있으며, 문제가 발생하면 재전송 요청을 할 수 있습니다. TCP는 파일 전송, 이메일, 웹 브라우징 등에서 사용됩니다.

• 장점: 신뢰성 보장, 데이터 순서 보장, 에러 복구 가능.
• 단점: 속도가 느림(많은 확인 및 제어 과정 필요).

UDP(User Datagram Protocol)

UDP는 비연결 지향 프로토콜로, 데이터가 목적지에 도착했는지 확인하지 않습니다. 따라서 데이터 전송 중 손실이 발생할 수 있지만, 속도가 빠르고 실시간 데이터 전송에 유리합니다. UDP는 스트리밍, 온라인 게임, VoIP 등 실시간 응용 프로그램에 주로 사용됩니다.

• 장점: 속도가 빠름, 오버헤드가 적음.
• 단점: 신뢰성 없음, 데이터 손실 가능성 있음.

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5. TCP/IP 모델의 중요성

TCP/IP 모델은 현대 인터넷 통신의 근간을 이루고 있으며, 전 세계의 네트워크 통신을 표준화합니다. TCP/IP 모델을 이해하면 네트워크 통신이 어떻게 이루어지는지, 인터넷을 통해 데이터가 어떻게 전송되는지를 보다 쉽게 이해할 수 있습니다.

TCP/IP 모델은 다음과 같은 이유로 중요합니다.

• 인터넷 통신의 기반: TCP/IP 모델은 인터넷을 구성하는 필수적인 프로토콜 스택을 설명합니다.
• 신뢰성과 효율성: TCP/IP 프로토콜은 데이터가 정확하게 목적지에 도착하도록 보장하며, 네트워크 통신의 신뢰성을 높입니다.
• 상호 운용성: TCP/IP 모델은 전 세계의 다양한 장치와 네트워크가 상호 운용될 수 있도록 돕습니다.

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마무리

이번 글에서는 TCP/IP 모델의 기본 개념과 각 계층의 역할을 살펴보았습니다.

TCP/IP 모델은 인터넷을 비롯한 거의 모든 네트워크 통신에서 사용되며, 그 중요성은 나날이 커지고 있습니다. TCP와 UDP의 차이점, 그리고 OSI 모델과의 비교를 통해 TCP/IP 모델을 더욱 깊이 이해할 수 있었기를 바랍니다.

 

다음 글에서는 이더넷에 대해 다루어 보겠습니다.