테마
네트워크의 큰 그림 2
네트워크의 큰 그림에서 본 계층들이 실제로 데이터를 어떻게 주고받는지 이어서 다룬다. 각 계층의 프로토콜(protocol)은 보내는 쪽에서 헤더(header)를 겹겹이 붙이고, 받는 쪽에서 한 겹씩 벗겨 낸다. 그 과정에서 계층마다 다른 주소로 목적지를 좁혀 가는 방식을 본다.
캡슐화와 역캡슐화
보내는 쪽에서 데이터는 위 계층에서 아래 계층으로 내려간다. 각 계층은 위에서 받은 데이터를 건드리지 않고, 그 앞에 자기 계층의 제어 정보인 헤더(header)를 붙인다. 이렇게 위 계층 데이터를 통째로 감싸는 일을 캡슐화(encapsulation)라고 한다. 데이터 링크 계층(data link layer)은 앞에 헤더를 붙이고, 끝에도 전송 중 비트가 깨졌는지 확인하는 오류 검출용 값인 FCS(Frame Check Sequence, 프레임 검사 순서)를 붙인다.
웹 요청이라면 아래처럼 감싸진다. 전송 계층(transport layer)에서 TCP(Transmission Control Protocol, 전송 제어 프로토콜) 헤더가 붙은 단위는 세그먼트(segment)다. 인터넷 계층에서 IP(Internet Protocol, 인터넷 프로토콜) 헤더까지 붙은 단위는 패킷(packet)이고, 링크 계층에서 이더넷(Ethernet) 헤더와 FCS까지 붙은 단위는 프레임(frame)이다. 여기서 쓴 계층 이름은 TCP/IP 모델의 것이다. TCP/IP 모델의 인터넷 계층은 OSI(Open Systems Interconnection, 개방형 시스템 상호 연결) 모델의 네트워크 계층(network layer)에 해당하고, 링크 계층은 OSI의 물리 계층(physical layer)과 데이터 링크 계층을 묶은 것이다.
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응용 [데이터]
전송 [TCP][데이터] ← 세그먼트
인터넷 [IP][TCP][데이터] ← 패킷
링크 [이더넷][IP][TCP][데이터][FCS] ← 프레임받는 쪽은 반대로 아래 계층부터 헤더를 한 겹씩 읽고 벗겨 위로 넘긴다. 이것을 역캡슐화(decapsulation)라고 한다. 각 헤더에는 다음에 누구에게 넘길지가 적혀 있다. 이더넷 헤더의 타입(EtherType) 값은 안에 IP 패킷이 들었는지를, IP 헤더의 프로토콜 번호는 TCP인지 UDP(User Datagram Protocol, 사용자 데이터그램 프로토콜)인지를 알려 준다. TCP 헤더의 포트(port) 번호는 어느 프로그램에 줄지를 알려 준다. 중간의 라우터(router)는 링크 계층 헤더를 벗겨 IP 헤더까지만 읽은 뒤, 다음 링크에 맞는 새 링크 계층 헤더를 붙여 내보낸다.
주소 세 가지
통신에는 서로 다른 계층의 주소 세 가지가 함께 쓰인다. MAC 주소(Media Access Control address, 매체 접근 제어 주소)는 네트워크 장치마다 붙은 주소로, 같은 네트워크 안에서 바로 다음 장치에 넘길 때 쓴다. IP 주소는 호스트(host)가 인터넷의 어디에 있는지를 가리키며, 여러 네트워크를 건너 목적지를 찾을 때 쓴다. 지금 널리 쓰는 IPv4(Internet Protocol version 4, 인터넷 프로토콜 4판) 주소는 32비트다. 포트는 그 호스트 안에서 데이터를 받을 프로그램, 즉 실행 중인 프로세스(process)를 가리킨다.
| 주소 | 계층 | 가리키는 것 | 크기 | 전달 중 변화 |
|---|---|---|---|---|
| MAC 주소 | 데이터 링크 | 네트워크 장치 | 48비트 | 라우터를 지날 때마다 바뀜 |
| IP 주소 | 네트워크 | 네트워크 위의 호스트 | IPv4는 32비트 | 대체로 끝까지 유지 |
| 포트 | 전송 | 호스트 안의 프로그램 | 16비트 | 대체로 끝까지 유지 |
택배에 비유하면 IP 주소는 받는 건물 주소이고 포트는 건물 안의 호수다. MAC 주소는 구간마다 짐을 넘겨받을 다음 사람의 이름표에 가깝다. 실제로 패킷이 라우터를 하나 지날 때마다 출발지·목적지 MAC 주소는 그 구간 장비의 것으로 바뀌지만, IP 주소는 출발지에서 목적지까지 그대로 간다.
다이어그램 로딩…
공유기처럼 주소를 바꿔 주는 장비가 끼면 IP 주소와 포트도 바뀔 수 있는데, 이는 IP와 라우팅에서 다룬다.
이어지는 내용은 네트워크의 큰 그림 3에서 다룬다.
면접 포인트
- "캡슐화란?" → 송신 측이 내려가며 헤더를 붙이고, 수신 측이 역순으로 벗긴다. 라우터는 IP 헤더까지만 열어 본다.
- "MAC 주소와 IP 주소가 둘 다 필요한 이유는?" → MAC 주소는 같은 네트워크 안의 한 구간 전달, IP 주소는 최종 목적지. 구간마다 MAC 주소만 바뀐다.