[네트워크] 트랜스포트 계층(1) - 서비스 및 개요

 

서론

지금까지 애플리케이션 계층들에 대해 다루었습니다. 이번 게시글부터는 트랜스포트 계층에 대해 정리해 보겠습니다.

네트워크의 5계층

 

트랜스포트 계층 서비스 및 개요

트랜스포트 계층 프로토콜은 서로 다른 호스트에서 동작하는 애플리케이션 프로세스들 간의 논리적 통신(logical communication)을 제공합니다. 논리적 통신은 애플리케이션의 관점에서 보면 프로세스들이 동작하는 호스트들이 직접 연결된 것처럼 보인다는 것을 의미합니다. 실제로 호스트는 수많은 라우터와 다양한 형태의 링크를 통해 연결되어 지구 상의 서로 다른 지역에 있을 수 있습니다. 애플리케이션 프로세스는 메시지 운반에 사용되는 물리적인 하위 구조의 세부 사항에 상관없이 서로 메시지를 송신하기 위해서 트랜스포트 계층에서 제공하는 논리적 통신을 사용합니다. 아래 이미지는 논리적 통신의 개념을 보여줍니다.

트랜스포트 계층은 애플리케이션 간의 물리적 통신보다는 논리적 통신을 제공함

위 이미지와 같이 트랜스포트 계층 프로토콜은 네트워크 라우터가 아닌 종단 시스템에서 구현됩니다. 송신 측의 트랜스포트 계층은 송신 애플리케이션 프로세스로부터 수신한 메시지를, 트랜스포트 계층 세그먼트(segment)인 트랜스포트 계층 패킷으로 변환합니다. 이러한 변환은 애플리케이션 메시지를 트랜스포트 계층 세그먼트로 만들기 위해 작은 조각으로 분할하고, 각각의 조각에 트랜스포트 계층 헤더를 추가함으로써 수행됩니다. 그런 후에 트랜스포트 계층은 송신 종단 시스템에 있는 네트워크 계층으로 세그먼트를 전달하고, 여기서 세그먼트가 네트워크 계층 패킷(데이터그램) 안에 캡슐화되어 목적지로 전달됩니다. 수신 측에서, 네트워크 계층은 데이터그램으로부터 트랜스포트 계층 세그먼트를 추출하고 트랜스포트 계층으로 세그먼트를 보냅니다. 이후에 트랜스포트 계층은 수신 애플리케이션에서 세그먼트 내부의 데이터를 이용할 수 있도록 수신된 세그먼트를 처리합니다.

 네트워크 애플리케이션에는 하나 이상의 트랜스포트 계층 프로토콜이 사용 가능한데 인터넷은 TCP와 UDP라는 두 가지 프로토콜을 가지고 있습니다.

 

트랜스포트 계층과 네트워크 계층 사이의 관계

트랜스포트 계층은 프로토콜 스택에서 네트워크 계층 바로 상위에 존재합니다. (아래 이미지 참고)

네트워크 5계층

 트랜스포트 계층 프로토콜은 (서로 다른 호스트)에서 동작하는 프로세스들 사이의 논리적 통신을 제공하지만, 네트워크 계층 프로토콜은 (호스트들 사이)의 논리적 통신을 제공합니다. 이러한 차이점은 중요한데 이 차이점을 집안에 비유하여 한번 설명해 보겠습니다.

 두 집안이 있다고 가정합시다.

1. 하나는 부산에 있고, 다른 하나는 서울에 있습니다.
2. 그리고 집안마다 12명의 아이들이 있는데, 부산 집안의 아이는 서울 집안의 아이와 사촌지간입니다.
3. 두 집안의 아이는 서로에게 편지 쓰기를 좋아해서 매주 사촌끼리 편지를 쓰고, 편지는 따로따로 봉투에 넣어서 일반 우편 서비스로 배달됩니다.
4. 그러므로 각각의 집에서 서로 다른 집으로 144통의 편지를 보낸다고 가정합시다.
5. 두 집안에는 우편을 수거하고 나눠 주는 한 명의 아이가 있는데, 서울 집안은 "제니"가 부산 집안은 "로제"가 담당한다고 합시다.
6. 매주 제니는 그녀의 모든 형제자매에게서 우편물을 수거하고, 매일 집에 찾아오는 집배원에게 우편물을 줍니다.
7. 편지가 서울 집안에 도착했을 때, 제니는 또한 그 우편물을 나눠 주는 일을 합니다.
8. 또한 부산 집안의 로제도 제니와 같은 일을 합니다.

위 예처럼, 우편 서비스는 두 집 간에 논리 통신을 제공합니다(우편 서비스는 우편물을 개인으로부터 개인에게로 우편물을 이동시키는 것이 아니라, 집에서 집으로만 이동시킵니다). 반면에, 제니와 로제는 사촌 자매들 사이에서 논리 통신을 제공합니다(제니와 로제는 그들의 사촌 자매로부터 우편물을 받아서 형제와 자매에게 배달합니다). 제니와 로제는 단지 종단 사이의 배달 프로세스의 한 일부(종단 시스템)이지만, 사촌 형제 입장에서는 제니와 로제는 우편 서비스라는 것에 주목해야 합니다. 

위 두 집안의 예는 트랜스포트 계층이 네트워크 계층과 어떻게 관련되어 있는지를 설명하는 좋은 비유입니다.

• 애플리케이션 메시지 = 봉투 안의 편지
• 프로세스 = 사촌 자매 및 형제
• 호스트(종단 시스템) = 집
• 트랜스포트 계층 프로토콜 = 제니와 로제
• 네트워크 계층 프로토콜 = 우편 서비스(우편집배원 포함)

 

인터넷 트랜스포트 계층의 개요

인터넷은 애플리케이션 계층에게  두 가지 구별되는 아래의 트랜스포트 계층 프로토콜들을 제공합니다. 

• UDP(User Datagram Protocol): 비신뢰적이고 비연결형인 서비스를 제공
• TCP(Transmission Control Protocol): 신뢰적이고 연결지향형 서비스를 제공

네트워크 애플리케이션을 설계할 때, 애플리케이션 개발자는 이 두 가지 트랜스포트 프로토콜 중 하나를 명시해야 합니다.

인터넷의 네트워크 계층 프로토콜은 "인터넷 프로토콜" 줄여서 IP라고 부릅니다. IP 서비스 모델은 호스트들 간에 논리적 통신을 제공하는 최선형 전달 서비스(best-effort delivery service)입니다.

• 최선형 전달 서비스(best-effort delivery service): IP가 통신하는 호스트들 간에 세그먼트를 전달하기 위해서 최대한 노력하지만, 어떠한 보장도 하지 않는다.

특히, IP는 세그먼트의 전달을 보장하지 않고 세그먼트가 순서대로 전달되는 것을 보장하지 않습니다. 또한 IP는 세그먼트 내부 데이터의 무결성(integrity)을 보장하지 않습니다. 이러한 이유 때문에, IP를 비신뢰적인 서비스(unreliable service)라고 부릅니다. 

UDP와 TCP의 가장 기본적인 기능은 종단 시스템 사이의 IP 전달 서비스를 종단 시스템에서 동작하는 두 프로세스 간의 전달 서비스로 확장하는 것입니다. "호스트 - 호스트" 전달을 "프로세스 - 프로세스" 전달로 확장하는 것을 트랜스포트 다중화(transport multiplexing)와 역 다중화(demultiplexing)라고 부릅니다. 이다음 게시글에서 다중화와 역 다중화에 대해서 한번 살펴보겠습니다.

 

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