TCP/IP 프로토콜에서 데이터 통신을 처리하는 방법

TCP/IP 응용 프로그램 계층 프로토콜을 사용하는 명령을 사용자가 실행하면 일련의 이벤트가 시작됩니다. 사용자의 명령 또는 메시지는 로컬 시스템의 TCP/IP 프로토콜 스택을 통해 전달됩니다. 그런 다음 명령 또는 메시지가 네트워크 매체를 통해 원격 시스템의 프로토콜로 전달됩니다. 송신 호스트의 각 계층에 있는 프로토콜이 원래 데이터에 정보를 추가합니다.

또한 송신 호스트의 각 계층에 있는 프로토콜은 수신 호스트에 있는 해당 피어와 상호 작용합니다. 그림 1-1에서는 이러한 상호 작용을 보여 줍니다.

데이터 캡슐화 및 TCP/IP 프로토콜 스택

패킷은 네트워크를 통해 전송되는 기본 정보 단위입니다. 기본 패킷은 송신 및 수신 시스템의 주소가 있는 헤더, 본문 또는 전송될 데이터가 있는 페이로드로 구성됩니다. 패킷이 TCP/IP 프로토콜 스택을 통해 이동함에 따라 각 계층의 프로토콜은 기본 헤더에서 필드를 추가하거나 제거합니다. 송신 시스템의 프로토콜이 패킷 헤더에 데이터를 추가하면 이 프로세스를 데이터 캡슐화라고 합니다. 또한 각 계층은 다음 그림과 같이 변경된 패킷에 대해 서로 다른 용어를 사용합니다.

그림 1-1 패킷이 TCP/IP 스택을 통해 이동하는 방법

이 절에는 패킷의 수명 주기가 요약되어 있습니다. 사용자가 명령을 실행하거나 메시지를 보낼 때 수명 주기가 시작됩니다. 수신 시스템의 해당 응용 프로그램이 패킷을 수신할 때 수명 주기가 끝납니다.

응용 프로그램 계층: 통신이 시작되는 위치

한 시스템의 사용자가 메시지를 보내거나 원격 시스템에 액세스해야 하는 명령을 실행할 때 패킷의 기록이 시작됩니다. 적합한 전송 계층 프로토콜인 TCP 또는 UDP가 패킷을 처리할 수 있도록 응용 프로그램 프로토콜이 패킷의 형식을 지정합니다.

그림 1-1과 같이 사용자가 rlogin 명령을 실행하여 원격 시스템에 로그인한다고 가정합니다. rlogin 명령은 TCP 전송 계층 프로토콜을 사용합니다. TCP는 명령의 정보를 포함하는 바이트 스트림 형식의 데이터를 수신합니다. 따라서 rlogin은 이 데이터를 TCP 스트림으로 보냅니다.

전송 계층: 데이터 캡슐화가 시작되는 위치

데이터가 전송 계층에 도착하면 해당 계층의 프로토콜이 데이터 캡슐화 프로세스를 시작합니다. 전송 계층은 응용 프로그램 데이터를 전송 프로토콜 데이터 단위로 캡슐화합니다.

전송 계층 프로토콜은 전송 포트 번호로 구분되는 송신 응용 프로그램과 수신 응용 프로그램 간의 가상 데이터 플로우를 만듭니다. 포트 번호는 데이터 수신 또는 송신을 위한 메모리의 전용 위치인 포트를 식별합니다. 또한 전송 프로토콜 계층은 안정적인 다른 서비스를 데이터 배달 순서대로 제공할 수 있습니다. 마지막 결과는 정보를 처리하는 주체가 TCP, SCTP 또는 UDP인지에 따라 달라집니다.

TCP 세그먼트화

TCP는 데이터가 수신 호스트로 성공적으로 배달되도록 보장하므로 “연결 지향” 프로토콜이라고도 합니다. 그림 1-1에서는 TCP 프로토콜이 rlogin 명령에서 스트림을 수신하는 방법을 보여 줍니다. 그런 다음 TCP가 응용 프로그램 계층에서 수신한 데이터를 세그먼트로 나누고 헤더를 각 세그먼트에 연결합니다.

세그먼트 헤더에는 송신 및 수신 포트, 세그먼트 순서 지정 정보 및 체크섬으로 알려진 데이터 필드가 포함됩니다. 두 호스트 모두에 있는 TCP 프로토콜은 체크섬 데이터를 사용하여 데이터가 오류 없이 전송되는지 여부를 확인합니다.

TCP 연결 설정

TCP는 세그먼트를 사용하여 수신 시스템이 데이터를 수신할 준비가 되었는지 여부를 확인합니다. 송신 TCP가 연결을 설정하려고 하면 TCP는 SYN이라고 하는 세그먼트를 수신 호스트의 TCP 프로토콜로 보냅니다. 수신 TCP는 ACK라고 하는 세그먼트를 반환하여 세그먼트의 성공적인 수신에 긍정 응답합니다. 송신 TCP는 다른 ACK 세그먼트를 보낸 다음 계속 데이터를 보냅니다. 이러한 제어 정보 교환을 3선 핸드셰이크라고 합니다.

UDP 패킷

UDP는 “비연결” 프로토콜입니다. TCP와 달리 UDP는 데이터가 수신 호스트에 도착했는지를 확인하지 않습니다. 대신 UDP는 응용 프로그램 계층에서 UDP 패킷으로 수신한 메시지의 형식을 지정합니다. UDP는 헤더를 각 패킷에 연결합니다. 헤더에는 송신 및 수신 포트, 패킷 길이가 포함된 필드 및 체크섬이 포함됩니다.

송신 UDP 프로세스는 패킷을 수신 호스트의 해당 피어 UDP 프로세스에 보내려고 합니다. 응용 프로그램 계층은 수신 UDP 프로세스가 패킷 수신에 긍정 응답하는지 여부를 확인합니다. UDP는 수신 알림이 필요하지 않습니다. UDP는 3선 핸드셰이크를 사용하지 않습니다.

인터넷 계층: 패킷 배달이 준비되는 위치

전송 프로토콜 TCP, UDP 및 SCTP는 해당 세그먼트 및 패킷을 IP 프로토콜이 세그먼트 및 패킷을 처리하는 인터넷 계층으로 아래로 전달합니다. IP는 이러한 세그먼트 및 패킷의 형식을 IP 데이터그램이라고 하는 단위로 지정하여 배달 준비합니다. 그런 다음 IP는 데이터그램이 수신 호스트에 효율적으로 배달될 수 있도록 해당 데이터그램에 대한 IP 주소를 결정합니다.

IP 데이터그램

IP는 IP 헤더를 세그먼트 또는 패킷의 헤더는 물론 TCP 또는 UDP에서 추가한 정보에도 연결합니다. IP 헤더의 정보에는 송신 및 수신 호스트의 IP 주소, 데이터그램 길이 및 데이터그램 시퀀스 순서가 포함됩니다. 데이터그램이 네트워크 패킷에 대해 허용할 수 있는 바이트 크기를 초과하거나 단편화되어야 하는 경우 이 정보가 제공됩니다.

데이터 링크 계층: 프레이밍이 발생하는 위치

PPP와 같은 데이터 링크 계층 프로토콜은 IP 데이터그램의 형식을 프레임으로 지정합니다. 이러한 프로토콜은 세번째 헤더 및 바닥글을 연결하여 데이터그램을 “프레이밍”합니다. 프레임 헤더에는 프레임이 네트워크 매체를 통해 이동하면서 오류를 검사하는 순환 중복 검사(CRC) 필드가 포함됩니다. 그런 다음 데이터 링크 계층이 프레임을 물리적 계층에 전달합니다.

물리적 네트워크 계층: 프레임이 송수신되는 위치

송신 호스트의 물리적 네트워크 계층이 프레임을 수신하고 IP 주소를 네트워크 매체에 적합한 하드웨어 주소로 변환합니다. 그런 다음 물리적 네트워크 계층이 프레임을 네트워크 매체를 통해 외부로 보냅니다.

수신 호스트가 패킷을 처리하는 방법

패킷이 수신 호스트에 도착하면 패킷은 보내진 순서와 반대로 TCP/IP 프로토콜 스택을 통해 이동합니다. 그림 1-1에서는 이 경로를 보여 줍니다. 또한 수신 호스트의 각 프로토콜은 송신 호스트의 해당 피어로 패킷에 연결된 헤더 정보를 제거합니다.

프로세스는 다음과 같습니다.

1. 물리적 네트워크 계층은 패킷을 해당 프레임 형식으로 수신합니다. 물리적 네트워크 계층은 패킷의 CRC를 계산한 다음 프레임을 데이터 링크 계층으로 보냅니다.

2. 데이터 링크 계층은 프레임의 CRC가 정확하고 프레임 헤더 및 CRC를 제거하는지 확인합니다. 최종적으로 데이터 링크 프로토콜은 프레임을 인터넷 계층으로 보냅니다.

3. 인터넷 계층은 헤더의 정보를 읽어 전송을 식별합니다. 그런 다음 인터넷 계층은 패킷이 단편인지 여부를 확인합니다. 전송이 단편화된 경우 IP는 단편을 원래 데이터그램으로 재어셈블합니다. 그런 다음 IP는 IP 헤더를 제거하고 데이터그램을 전송 계층 프로토콜로 전달합니다.

4. 전송 계층(TCP, SCTP 및 UDP)은 헤더를 읽어 데이터를 수신해야 하는 응용 프로그램 계층 프로토콜을 확인합니다. 그런 다음 TCP, SCTP 또는 UDP가 관련 헤더를 제거합니다. TCP, SCTP 또는 UDP가 메시지 또는 스트림을 수신 응용 프로그램으로 보냅니다.

5. 응용 프로그램 계층이 메시지를 수신합니다. 그런 다음 응용 프로그램 계층이 송신 호스트가 요청한 작업을 수행합니다.

TCP/IP 내부 추적 지원

TCP/IP는 RST 패킷이 연결을 종료하면 TCP 통신을 로깅하여 내부 추적 지원을 제공합니다. RST 패킷이 전송되거나 수신되면 전송된 10개의 패킷에 대한 정보가 연결 정보와 함께 로깅됩니다.