14 Transport Layer (Feat. TCP, UDP)

전송계층(Transport Layer)은 OSI 모델의 4번째 계층으로, 데이터의 전송을 관리하고 송신자와 수신자 간의 신뢰할 수 있는 통신을 제어하는 역할을 합니다.

 

전송계층의 특징 

1) 신뢰성/정확성 - TCP(연결형 통신)

연결형 통신에서는 데이터 전송 전에 먼저 송신자와 수신자 간에 연결을 설정합니다. 이는 세션을 수립하는 과정으로, 송신자와 수신자 간의 신뢰성 있는 통신을 위해 필요합니다.

데이터를 전송하기 위해 캡슐화 과정에서 전송 계층의 헤더가 TCP가 붙으면 Segment라고 합니다. TCP의 특징은 신뢰성과 정확성이기 때문에 데이터를 전송하려면 연결(Connection)이라는 가상의 독점 통신로가 확보되야 합니다. 

TCP 헤더 안에 코드 비트는 6비트로 되어 있습니다. 여기서 SYN은 열결 요청을 ACK은 응답 확인을 의미합니다. 이렇게 신뢰할 수 있는 연결을 하려면 데이터를 전송하기 전에 패킷을 교환하는데 3번 반복합니다.

 

송신자가 연결 요청을 보내고 수신자가 응답 확인과 연결 요청을 동시에 송신자에게 보냅니다. 그리고 마지막으로 송신자가 응답 확인을 하면서 마무리 됩니다. 이러한 연결을 3-way handshake라고 부릅니다. 그리고 연결을 끊을 때는 FIN과 ACK을 사용합니다. 

 

 

 

2) 효율성 - UDP ( 비연결형 통신 )

비연결형 통신은 데이터를 빠르게 전송할 수 있습니다. 연결 설정에 필요한 추가적인 단계가 없으므로, 데이터 패킷이 빠르게 송신자에서 수신자로 전송됩니다. 주로 데이터를 송신하는데 시간이 오래걸리지 않는 동영상 서비스와 같은 곳에서 많이 사용됩니다. 

UDP 헤더가 데이터에 붙으면 UDP Datagram이가 부릅니다. 상당히 간단한 구성으로 되어 있어 전송속도가 빠르다는 장점을 가져옵니다.

UDP의 특징으로는 같은 LAN에 연결된 컴퓨터, 네트워크 장비에 데이터를 일괄적으로 보낼 수 있다는 것입니다. 이를 Broadcast라 합니다. 

 

 

 

3) 어플리케이션 식별 기능 

전송 계층에서는 전송된 데이터가 어떤 어플리케이션인지 구분하는 역할도 합니다. 예를 들어, 송신자가 데이터를 상대방 컴퓨터의 outlook으로 보냈다고 합시다. 그런데 수신 컴퓨터는 받은 데이터를 어떻게 처리해야 할 지 모릅니다. 그래서 포트 번호를 통해 이를 해결합니다. 

예를 들어, TCP 헤더를 보면 출발지 포트 번호와 목적지 포트 번호가 명시되어 있습니다. 포트 번호는 2바이트로 0~65535번을 사용할 수 있으며 0~1023번 포트는 주요 프로토콜이 사용되도록 예약되어 있습니다. 이러한 포트를 Well-known ports라고 합니다. 1024번은 사용하지 않는 포트이고 1025번 이상부터는 Random ports라 해서 Clients측의 송신포트로 사용됩니다.   

 

포트는 호텔의 객실 번호와 같습니다. 손님은 자신의 방 번호가 뭔지 알아야 서비스를 이용할 수 있습니다. 컴퓨터에서도 마찬가지입니다. 각 어플리케이션마다 지정된 포트 번호가 있어 데이터가 정확하게 전달될 수 있습니다. 

 

 

 

4) 오류 점검 

전송계층에서 오류 점검은 데이터의 무결성을 보장하기 위해 수행되는 중요한 기능 중 하나입니다. 주로 TCP (Transmission Control Protocol)에서 이루어지며, 다음과 같은 방법을 사용하여 오류를 감지하고 복구합니다.

1. 확인응답 (Acknowledgment): TCP는 데이터를 전송한 후 수신자로부터 확인응답을 기다립니다. 수신자는 데이터를 제대로 수신했을 경우에만 확인응답을 보냅니다. 만약 제대로 수신되지 않았다면 송신자는 데이터를 재전송합니다.

2. 순서 번호 (Sequence Number): TCP는 각각의 데이터 세그먼트에 일련번호(순서 번호)를 할당합니다. 이를 통해 수신자는 세그먼트의 순서를 확인하고 데이터의 정확한 재조립이 가능합니다.

3. 확인응답 타임아웃 (Acknowledgment Timeout): 송신자가 데이터를 전송하면 일정 시간 동안 확인응답을 기다립니다. 이 시간을 초과하면 송신자는 데이터를 재전송합니다. 이러한 메커니즘은 특히 네트워크 지연이나 데이터 손실로 인한 문제에 대응할 수 있도록 도와줍니다.

4. 순서 번호와 확인응답을 이용한 오류 제어: TCP는 데이터를 나누어 전송하고, 각각의 데이터에 일련번호를 부여하여 순서를 지킵니다. 수신자는 데이터를 수신하고, 그에 대한 확인응답을 송신자에게 보냅니다. 송신자는 확인응답을 받으면 다음 일련번호의 데이터를 전송합니다. 만약 일련번호에 이상이 있거나 확인응답이 오지 않으면 송신자는 해당 데이터를 다시 전송합니다.

이러한 방법들을 통해 TCP는 데이터의 손실이나 왜곡을 신속하게 감지하고, 재전송 등의 메커니즘을 통해 오류를 복구합니다. 이로써 TCP는 신뢰성 있는 연결 지향형 통신을 제공하며, 데이터의 안전한 전송을 보장합니다.

 

 

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Transport Layer

- The layer in a network responsible for reliable and efficient data transmission, often employing protocols like TCP and UDP.

Connection-oriented communication and TCP (Transmission Control Protocol)

- A protocol that establishes a connection and ensures reliable data transmission, breaking data into segments for transfer.

Segment

- Small fragments into which data is divided during transmission via TCP, utilized for reassembly at the receiving end.

SYN, ACK, FIN, and 3-way handshake

- A three-step communication process for establishing a TCP connection; the client sends a SYN, the server responds with SYN and ACK, and the client acknowledges with an ACK to complete the connection.

Connectionless communication and UDP (User Datagram Protocol)

- A protocol for transmitting data without establishing a connection, prioritizing speed over reliability.

UDP datagram

- A unit of data transmitted via UDP, analogous to a segment in TCP.

Well-known ports

- Fixed port numbers assigned to specific protocols or services, such as port 80 for HTTP or port 443 for HTTPS.