TCP/IP 4계층 총정리

1. TCP/IP 4계층의 개념

앞선 OSI 7계층에서도 말했지만, 일반적으로 인터넷 이용자들의 네트워크는 TCP/IP의 4계층에 기반한다. 이 TCP/IP(Trasmission Control Protocol/Internet Protocol)는 실제로 OSI 7계층과 매우 흡사한, 인터넷 상에서 네트워크 장치들을 상호 연결하기 위해 사용되는 통신 프로토콜의 집합이다.

 

TCP/IP는 목적지에서 데이터가 패킷으로 분할되고, 주소가 지정되고, 전송되고, 라우팅되는 등 end-to-end 통신을 제공함으로써 데이터가 교환되는 방법을 지정한다. TCP/IP는 중앙관리가 거의 필요치 않으며, 네트워크 상의 모든 장치에서 발생하는 장애를 자동으로 복구할 수 있는 기능을 통해 네트워크를 안정적으로 유지하도록 설계되었다.

 

TCP/IP 계층에서 TCP는 애플리케이션이 네트워크를 통해 통신 채널을 생성할 수 있는 방법을 정의한다. 또한, 메시지가 인터넷을 통해 올바른 순서로 전송되고, 목적지 주소에서 올바른 순서로 재조립되기 전에 메시지가 더 작은 패킷으로 조립되는 방법을 관리한다. 한편, IP는 각 패킷이 올바른 목적지에 도달하도록 주소를 지정하고 라우팅하는 방법을 정의한다. 네트워크의 각 게이트웨이는 이 IP 주소를 확인하여 메시지를 전달할 위치를 결정하게 된다.

 

1.1 TCP/IP의 강점과 약점

TCP/IP는 특정 회사에 속해있는 것이 아니며, 그래서 어느 회사의 통제도 받는 대상이 아니다. 그러므로, IP 제품군은 쉽게 수정될 수 있을 것이다. 또한, 모든 운영체제와도 호환되므로 다른 시스템과 통신하기에도 용이하다. 추가로, IP 제품군은 모든 유형의 컴퓨터 하드웨어 및 네트워크와 호환이 가능하다. 호환성 측면에서는 따라올 것이 없는 것이다. 그리고 TCP/IP는 확장성이 뛰어난데, 라우팅이 가능한 프로토콜로서 네트워크를 통한 가장 효율적인 경로를 탐색할 수 있다. 이런 장점들 덕분에 현재의 인터넷 아키텍처로 널리 사용되고 있는 것이다.

 

그러나 명이 있으면 암이 있듯, TCP/IP에도 단점은 존재한다.첫째로, 설정 및 관리가 복잡하다는 것이고, OSI 계층과 달리 트랜스포트 계층은 패킷의 전달을 보장하지 않는다. 서비스, 인터페이스, 프로토콜의 개념을 명확하게 구분하지 않으므로 새로운 네트워크에서 새로운 기술을 설명하는 데에 적합하지 않다. 특히 동기화 공격에 취약한데, 이는 TCP/IP를 이용한 공격자의 DoS 공격의 일종이다.

 

2. TCP/IP의 구조 및 OSI와의 비교

 

2.1 애플리케이션 계층(=응용 계층)

애플리케이션 계층은 표준화된 데이터 교환이 가능한 응용 프로그램을 제공한다. 그것의 프로토콜은 HTTP, FTP, POP3(Post Office Protocol 3), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)와 SNMP(Simple Network Management Protocol)을 포함한다. 이 계층에서 전송되는 데이터는 실제 응용 프로그램 데이터이다.

 

2.2 트랜스포트 계층(=전송 계층)

트랜스포트 계층은 네트워크 전체에서 end-to-end 통신을 유지하는 역할을 수행한다. 여기서 TCP는 호스트 간의 통신을 처리하며, 흐름제어, 멀티플렉싱, 신뢰성을 제공한다. 트랜스포트 계층의 프로토콜은 앞에서 말한 TCP를 포함하여 UDP(User Datagram Protocol)가 있으며, 이 프로토콜은 목적성에 따라 TCP 프로토콜 대신 쓰이기도 한다.

 

2.3 네트워크 계층(=인터넷 계층)

인터넷 계층이라고도 불리는 네트워크 계층은 패킷을 다루며, 독립적인 네트워크를 연결하여 네트워크 경계 넘어로 패킷을 전송한다. 네트워크 계층의 프로토콜로는 IP와 오류 보고에 사용되는 ICMP(Internet Control Message Protocol) 등이 있다.

 

2.4 피지컬 계층(=네트워크 액세스 계층)

네트어크 인터페이스 계층, 또는 데이터 링크 게층으로도 불리는 피지컬 계층은 네트워크에서 노드나 호스트를 상호 연결하는 네트워크 구성요소인 링크에서만 작동하는 프로토콜로 구성된다. 가장 낮은 계층인 이 단계에서는 LAN용 이더넷과 ARP 등이 포함된다.

 

3. TCP/IP 모델 vs OSI 모델

두 개념 모두 가장 널리 사용되는 통신 네트워크 프로토콜인데, 핵심적인 차이가 있다. TCP/IP와 달리, OSI는 실질적으로 통신에 사용되는 것은 아닌, 그저 개념적인 모델이란 점이다. OSI 모델은 어떻게 애플리케이션이 네트워크를 통해 통신할 수 있는지를 정의하고, 반면 TCP/IP 모델은 링크와 네트워크 상호 작용을 설정하기 위해 널리 사용된다.

 

TCP/IP 프로토콜은 인터넷이 만들어진 표준을 제시하고, OSI 모델은 통신을 어떻게 해야하는 지에 대한 지침을 제시하기 때문에 TCP/IP가 더욱 실용적인 모델이라 말할 수 있다.

 

그리고 4계층 vs 7계층이라는 차이가 있긴 하지만, 둘다 애플리케이션, 네트워크, 트랜스포트 계층을 사용한다는 공통점이 존재한다. 그렇기에 각각의 모델에서 수행되는 기능들도 유사하다. TCP/IP 모델과 OSI 모델에서 데이터 패킷 전송은 다른 수단과 다른 경로를 통해 이뤄질 테지만, 결국 목적지에 도달한다는 것은 동일하다.

 

확실하게 둘의 유사점을 정리해본다면, 둘은 모두 논리적 모델이다. 네트워크 표준을 정의하며, 네트워크 통신 프로세스를 계층으로 나눈다. 또한, 네트워크 표준과 장치를 생성하고 구현하기 위한 프레임워크를 제공한다.

 

이번엔 차이점을 정리한다면, TCP/IP는 상위 계층을 정의하기 위해 1개의 계층을 사용하는 반면, OSI는 3개의 계층을 사용한다. 하위 계층을 따지면, TCP/IP는 1개의 계층을 사용하고, OSI는 2개의 계층을 사용한다. TCP/IP는 헤더의 크기가 20바이트이고, OSI의 헤더는 5바이트이다. 또한, TCP/IP는 프로토콜 지향 표준인 것에 비해, OSI는 각 계층의 기능을 기반으로 한 일반적인 모델이다. 그리고 각각의 역사를 살펴보았을 때, TCP/IP는 프로토콜이 먼저 개발되고, 그 이후에 모델이 개발된 경우이다. 그러나 OSI 모델은 모델을 먼저 개발한 후, 이후에 그 모델을 토대로 각 계층의 프로토콜을 개발한 경우다.