[Network] 데이터를 전송하는 과정

데이터를 전송하는 과정

데이터 전송은 일반적으로 송신자와 수신자 간에 이루어지며, 이를 위해 몇 가지 프로토콜과 기술이 사용됩니다. 예를 들어, 인터넷을 통해 이메일을 보내는 경우를 생각해보겠습니다.

1. 송신자(보내는 사람)는 이메일 프로그램을 사용하여 이메일을 작성합니다. 이메일 프로그램은 사용자가 작성한 내용을 메일 서버에 보내기 위해 Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)이라는 프로토콜을 사용합니다.

2. SMTP는 메일 서버에 연결하여 데이터를 전송합니다. 이때 송신자의 이메일 주소와 수신자의 이메일 주소, 메일 내용 등이 포함됩니다.

3. 수신자(받는 사람)는 이메일 프로그램을 사용하여 자신의 메일 서버에 연결합니다. 이때 사용되는 프로토콜은 보통 Post Office Protocol (POP) 또는 Internet Message Access Protocol (IMAP)입니다.

4. 메일 서버는 수신자의 이메일 주소를 확인하고, 해당 이메일 주소에 도착한 메일을 가져와서 수신자의 이메일 프로그램에 전송합니다.

5. 수신자는 이메일 프로그램을 통해 받은 메일을 확인할 수 있습니다.

위와 같이, 데이터 전송은 송신자와 수신자 간의 프로토콜을 통해 이루어지며, 각각의 단계에서는 다양한 기술과 알고리즘이 사용됩니다. 이를 통해 안전하고 빠르게 데이터를 전송할 수 있습니다.

 

네트워크에서 데이터를 전송하는 단계

네트워크에서 데이터를 전송하는 단계는 크게 4단계로 나눌 수 있습니다.

1. 송신자에서 데이터 생성 및 인코딩
   - 송신자는 데이터를 생성합니다. 예를 들어, 이메일을 보내는 경우에는 이메일 내용을 작성하고, 파일을 보내는 경우에는 파일을 생성합니다.
   - 이후 데이터는 디지털 신호로 변환되어 인코딩됩니다. 인코딩 방식에는 다양한 것이 있지만, 보통은 바이너리 형태로 인코딩됩니다.

2. 송신자에서 패킷 생성 및 전송
   - 데이터는 패킷이라는 작은 단위로 나누어집니다. 패킷은 고유한 식별자, 송신자와 수신자의 주소, 데이터의 일부분, 오류 검출을 위한 체크섬 등의 정보를 포함합니다.
   - 이후 패킷은 송신자의 라우터를 통해 인터넷으로 전송됩니다. 라우터는 패킷의 목적지 주소를 확인하고, 다음 라우터로 패킷을 전송합니다.

3. 인터넷에서 라우팅 및 전달
   - 패킷은 인터넷을 통해 목적지에 도달합니다. 중간에 여러 라우터를 거치며, 라우터는 패킷의 목적지 주소를 확인하고 다음 라우터로 패킷을 전송합니다.
   - 이 과정에서 패킷의 경로는 동적으로 결정됩니다. 라우터 간의 네트워크 상태나 혼잡도 등을 고려하여 최적의 경로로 패킷을 전송합니다.

4. 수신자에서 패킷 수신 및 디코딩
   - 패킷은 수신자에게 도착하면 수신자의 라우터를 통해 수신자의 컴퓨터로 전달됩니다.
   - 이후 패킷은 디코딩되어 원래의 데이터로 복원됩니다. 이 데이터를 소프트웨어나 하드웨어로 처리하여 최종적으로 사용자에게 제공됩니다.

이러한 과정을 통해 데이터는 안전하고 빠르게 전송됩니다. 단, 이 과정에서 다양한 문제가 발생할 수 있으며, 이를 처리하기 위한 다양한 기술과 프로토콜이 사용됩니다.

 

패킷이 전송되는 과정

네트워크에서 패킷이 전송되는 과정은 크게 4단계로 나눌 수 있습니다.

1. 패킷 분할과 라우팅
   - 송신자 컴퓨터에서 데이터를 패킷으로 분할합니다. 각 패킷은 고유한 ID와 목적지 주소를 가지며, 패킷 헤더에 저장됩니다.
   - 이후 송신자 컴퓨터에서는 패킷을 다음 라우터로 보내기 위해 라우팅 결정을 합니다. 이때는 다양한 라우팅 알고리즘이 사용됩니다.

2. 라우터에서 패킷 처리
   - 라우터는 패킷의 목적지 주소를 확인하여 다음 라우터로 패킷을 전송합니다. 이때 라우터는 패킷 헤더에 저장된 목적지 주소를 기반으로 패킷을 전송합니다.
   - 라우터는 패킷을 처리하면서 다양한 기술과 프로토콜을 사용합니다. 예를 들어, 라우터는 패킷을 재전송하거나, 패킷의 우선순위를 조정할 수 있습니다.

3. 패킷 전송 및 중계
   - 패킷은 다음 라우터로 전송됩니다. 이때는 라우터 간의 연결이 필요하며, 이를 위해 다양한 기술과 프로토콜이 사용됩니다.
   - 패킷이 전송되는 동안에는 중간에 여러 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 패킷이 분실되거나 손상될 수 있습니다. 이러한 문제를 처리하기 위해 다양한 오류 검출과 복구 기술이 사용됩니다.

4. 패킷 수신과 재조립
   - 패킷이 목적지에 도달하면, 수신자 컴퓨터에서 패킷을 수신합니다. 이때는 패킷의 ID와 목적지 주소를 확인하여 정확한 패킷을 수신합니다.
   - 이후 패킷은 재조립되어 원래의 데이터로 복원됩니다. 이 데이터는 소프트웨어나 하드웨어로 처리되어 최종적으로 사용자에게 제공됩니다.

 

패킷의 구성요소

패킷은 네트워크를 통해 전송되는 데이터의 기본 단위입니다. 패킷은 전송되는 데이터를 잘게 나눈 것으로, 각각의 패킷은 목적지 주소, 출발지 주소, 데이터, 제어 정보 등의 정보를 포함합니다. 패킷의 구성요소에 대해 자세히 설명하면 다음과 같습니다.

1. 헤더(Header)
   - 패킷의 헤더는 패킷의 정보를 포함합니다. 이 정보는 목적지 주소, 출발지 주소, 패킷의 길이, 패킷 번호 등을 포함합니다. 이 정보는 라우터 등의 네트워크 장비에서 패킷을 처리하는 데 사용됩니다.
  
2. 페이로드(Payload)
   - 패킷의 페이로드는 전송되는 데이터를 의미합니다. 이 데이터는 분할된 전체 데이터 중에서 해당 패킷이 가지고 있는 데이터를 의미합니다. 즉, 전체 데이터를 여러 개의 패킷으로 나누어 전송할 때 각각의 패킷이 가지고 있는 데이터입니다.

3. 푸터(Footer)
   - 패킷의 푸터는 패킷의 끝을 표시하고, 오류 검사 등의 정보를 포함합니다. 이 정보는 패킷의 정확성과 안정성을 보장하기 위한 것입니다. 예를 들어, 패리티 비트, 체크섬, CRC 등의 오류 검사 기술이 사용됩니다.

패킷의 구성요소는 패킷이 전송되는 과정에서 중요한 역할을 합니다. 패킷의 헤더 정보를 통해 패킷이 어디서 왔고, 어디로 가는지를 파악하고, 패킷의 페이로드를 통해 실제 데이터를 전송하며, 패킷의 푸터 정보를 통해 패킷의 안전성을 보장합니다. 이러한 구성요소들은 패킷이 전송되는 과정에서 오류 검사, 복구, 재전송 등의 기술과 함께 사용되어 안전하고 신뢰성 높은 데이터 전송을 보장합니다.

 

패킷의 최대길이

패킷의 최대 길이는 네트워크에서 전송될 수 있는 패킷의 크기 제한을 의미합니다. 이는 네트워크 프로토콜에서 정의되어 있으며, 패킷의 최대 크기는 프로토콜에 따라 다를 수 있습니다.

예를 들어, 이더넷 프로토콜에서는 최대 패킷 크기가 1518바이트로 정의되어 있습니다. 이 최대 크기는 이더넷 프로토콜에서 사용되는 MTU(Maximum Transmission Unit) 값이며, 이 값 이상의 패킷은 분할되어 전송됩니다.

이와 같은 최대 패킷 크기의 제한은 여러 이유로 필요합니다. 먼저, 네트워크 대역폭을 효율적으로 사용하기 위해서는 큰 패킷을 보내는 것이 좋지 않습니다. 패킷이 크면 전송하는 데 걸리는 시간이 더 오래 걸리기 때문에, 전체적인 대역폭이 낮아질 수 있습니다.

또한, 최대 패킷 크기를 제한함으로써, 패킷을 분할하여 전송하는 방법을 사용할 수 있습니다. 이는 중간에 패킷이 손실되거나 손상되어도, 분할된 다른 패킷들이 전송되는 데에 지장이 없게 하여 데이터 전송의 신뢰성을 높이는 데에 도움이 됩니다.

마지막으로, 최대 패킷 크기의 제한은 네트워크 보안 측면에서도 중요합니다. 패킷의 크기가 크면 공격자가 큰 양의 데이터를 한번에 전송하여 네트워크를 공격할 수 있기 때문입니다. 이를 방지하기 위해, 네트워크 프로토콜에서는 최대 패킷 크기를 제한하는 것입니다.

따라서, 패킷의 최대 길이는 네트워크 전송의 효율성과 신뢰성을 보장하기 위해 중요한 역할을 합니다.

 

네트워크에서 데이터를 전송하는 데 사용되는 프로토콜

네트워크에서 데이터를 전송하는 데에는 여러 가지 프로토콜이 사용됩니다. 이 중에서 가장 많이 사용되는 것은 TCP/IP 프로토콜 스위트입니다. 이 프로토콜 스위트는 인터넷을 구성하는 프로토콜로서, TCP와 IP를 기본으로 구성되어 있습니다.

TCP(Transmission Control Protocol)는 연결 지향적인 프로토콜로서, 데이터를 전송하기 전에 3-way handshake라는 과정을 수행하여 연결을 설정합니다. 이후에는 패킷의 순서를 보장하고, 패킷 전송 여부를 확인하여 재전송 등의 기능을 수행하며, 데이터의 신뢰성을 보장합니다. TCP는 대부분의 인터넷 서비스에서 사용되며, 이메일, 파일 전송 등의 데이터 전송에 사용됩니다.

IP(Internet Protocol)는 패킷을 전달하는 데에 사용되는 프로토콜로서, 데이터를 패킷 단위로 분할하여 전송합니다. 각 패킷은 목적지 IP 주소와 출발지 IP 주소가 포함되어 있으며, 라우팅을 통해 목적지까지 전달됩니다. IP는 인터넷에서 데이터를 전송하는 데 필수적인 프로토콜이며, TCP와 함께 TCP/IP 프로토콜 스위트를 구성합니다.

HTTP(Hypertext Transfer Protocol)는 웹 서버와 웹 브라우저 간의 데이터 전송에 사용되는 프로토콜입니다. HTTP는 TCP 위에서 동작하며, 웹 페이지, 이미지, 동영상 등을 전송하는 데 사용됩니다.

FTP(File Transfer Protocol)는 파일 전송에 사용되는 프로토콜로서, TCP를 기반으로 동작합니다. FTP를 사용하여 파일을 전송하면, 파일을 분할하여 패킷으로 전송하고, 전송 중에 오류가 발생하면 재전송을 수행합니다.

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)는 이메일 전송에 사용되는 프로토콜입니다. SMTP는 TCP를 기반으로 동작하며, 이메일을 보내는 데 사용됩니다.

이외에도 Telnet, SSH, DNS 등 다양한 프로토콜이 있으며, 각각의 프로토콜은 특정한 용도에 따라 사용됩니다. 이러한 프로토콜들은 네트워크에서 데이터를 안전하고 신속하게 전송하기 위한 중요한 역할을 합니다.

 

TCP와 UDP의 차이

TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)는 네트워크에서 데이터를 전송하는 데 사용되는 프로토콜입니다. 이 둘의 가장 큰 차이점은 연결 지향성과 신뢰성입니다.

TCP는 연결 지향적이며 신뢰성이 높은 프로토콜입니다. 예를 들어, 웹 브라우저에서 웹 페이지를 요청할 때, TCP는 3-way handshake라는 프로세스를 사용하여 서버와 클라이언트 간의 연결을 설정합니다. 이 연결이 설정된 후에는, 데이터를 전송할 때 패킷의 순서를 보장하고, 패킷 전송 여부를 확인하여 재전송 등의 기능을 수행합니다. 이러한 과정으로 데이터의 신뢰성을 보장하며, 전송 중에 패킷의 손실이나 오류가 발생해도 데이터의 손상을 최소화할 수 있습니다.

반면, UDP는 연결 지향성이 없으며, 신뢰성이 낮은 프로토콜입니다. UDP는 3-way handshake와 같은 연결 설정 과정이 없으며, 데이터 전송 시 패킷 순서를 보장하지 않으며, 패킷 전송 여부를 확인하지 않습니다. UDP는 예를 들어, 스트리밍 비디오나 음성 전화 같은 실시간 서비스에서 많이 사용됩니다. 이는 실시간으로 발생하는 데이터가 지연 없이 전송되어야 하기 때문입니다. 따라서, 손실된 패킷은 무시되고, 데이터 전송 속도와 지연시간이 중요한 경우에는 UDP가 더 적합합니다.

또한, TCP는 전송 중에 패킷의 손실이나 오류가 발생하면 재전송을 수행하므로, 대역폭이 적고 전송 오류가 자주 발생하는 불안정한 환경에서는 UDP보다 성능이 낮을 수 있습니다. 반면에 UDP는 재전송 등의 추가 기능이 없기 때문에, TCP보다 전송 속도가 빠르고 대역폭을 덜 차지합니다.

따라서, TCP와 UDP는 서로 다른 특성을 가지고 있으며, 사용하는 환경에 따라 적절한 프로토콜을 선택해야 합니다. TCP는 대부분의 인터넷 서비스에서 사용되며, UDP는 실시간 서비스나 대규모 데이터 전송 등에 사용됩니다.

 

네트워크 대역폭

네트워크 대역폭은 단위 시간당 전송 가능한 데이터의 양을 의미합니다. 일반적으로 대역폭은 초당 비트(bps, bits per second)로 측정됩니다. 

예를 들어, 1Mbps(메가비트/초)의 대역폭을 가진 인터넷 회선은 1초 동안 최대 1,000,000개의 비트를 전송할 수 있습니다. 이러한 대역폭은 대부분 인터넷 서비스 제공자(ISP)에서 계약할 수 있는 최소 대역폭입니다.

네트워크 대역폭은 네트워크 성능과 관련이 있습니다. 대역폭이 높을수록 더 많은 데이터를 빠르게 전송할 수 있으며, 네트워크 지연과 혼잡을 최소화할 수 있습니다. 예를 들어, 대역폭이 1Gbps(기가비트/초)인 네트워크는 대역폭이 100Mbps인 네트워크보다 10배 빠른 속도로 데이터를 전송할 수 있습니다.

대역폭이 중요한 예시 중 하나는 스트리밍 서비스입니다. 스트리밍 서비스는 영상이나 음악 등의 컨텐츠를 인터넷을 통해 실시간으로 전송하는 서비스로서, 대역폭이 높을수록 더욱 부드러운 스트리밍이 가능합니다. 반면, 대역폭이 낮을 경우에는 화질이 낮아지거나 버퍼링이 발생할 수 있습니다.

또 다른 예시로는 클라우드 컴퓨팅이 있습니다. 클라우드 컴퓨팅은 인터넷을 통해 서버, 스토리지, 애플리케이션 등의 컴퓨팅 자원을 사용하는 서비스입니다. 대역폭이 높을수록 클라우드 컴퓨팅에서 필요한 데이터 전송이 더욱 빠르게 이루어지며, 더 많은 사용자나 애플리케이션을 지원할 수 있습니다. 

따라서, 대역폭은 인터넷을 통한 데이터 전송에 있어서 중요한 요소 중 하나이며, 네트워크의 성능과 연결된 다양한 서비스들에 영향을 미칩니다.

 

3-way handshake

3-way handshake는 TCP/IP 프로토콜에서 연결 설정을 위해 사용되는 과정입니다. 이 과정은 클라이언트와 서버 간에 데이터 전송이 가능한 신뢰성 있는 연결을 설정하기 위해 사용됩니다.

아래는 3-way handshake의 예시입니다.

1. 클라이언트가 서버에 SYN 패킷을 보냅니다. SYN 패킷은 연결 요청을 보내는 패킷으로서, 이 패킷에는 클라이언트가 사용할 임시 포트 번호와 초기 시퀀스 번호가 포함됩니다. 이때, 클라이언트는 SYN_SENT 상태로 변경됩니다.

2. 서버는 SYN 패킷을 받고, 클라이언트에게 ACK와 SYN을 함께 담은 패킷을 보냅니다. 이 패킷은 연결 요청에 대한 응답으로서, SYN/ACK 패킷이라고 부릅니다. 이때, 서버는 SYN_RECEIVED 상태로 변경됩니다.

3. 클라이언트는 서버로부터 받은 SYN/ACK 패킷에 대해 ACK 패킷을 보냅니다. 이 패킷은 연결 요청에 대한 최종 응답으로서, 이제부터 데이터 전송이 가능한 상태가 되었음을 알리는 것입니다. 이때, 클라이언트는 ESTABLISHED 상태로 변경됩니다.

이렇게 3-way handshake가 완료되면, 클라이언트와 서버는 신뢰성 있는 연결이 설정되어 데이터 전송이 가능해집니다. 이후에는 데이터 전송이 완료되면 연결을 종료하기 위해 4-way handshake 과정을 거치게 됩니다.

3-way handshake 과정에서 중요한 점은, SYN 패킷이 유실되거나 중복되는 경우에는 서버가 클라이언트의 요청을 인식하지 못하고 데이터 전송이 불가능해지는 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서, 이러한 상황을 방지하기 위해서는 TCP/IP 프로토콜에서 제공하는 재전송과 중복 제거 기능을 적절히 사용해야 합니다.