2. TCP/IP 4계층

📌 개념

실제 인터넷에서 사용하는 프로토콜 스택

OSI 7계층을 단순화
실용적인 모델

🔢 4계층 구조

┌─────────────────────┐
│ 4. 응용 계층         │ ← OSI 5, 6, 7계층
│   (Application)     │
├─────────────────────┤
│ 3. 전송 계층         │ ← OSI 4계층
│   (Transport)       │
├─────────────────────┤
│ 2. 인터넷 계층       │ ← OSI 3계층
│   (Internet)        │
├─────────────────────┤
│ 1. 네트워크 액세스   │ ← OSI 1, 2계층
│   (Network Access)  │
└─────────────────────┘

📝 각 계층 상세

4계층: 응용 계층 (Application Layer)

OSI 5, 6, 7계층 통합

역할:
- 응용 프로그램 간 통신
- 사용자 인터페이스

프로토콜:
- HTTP/HTTPS (웹)
- FTP (파일)
- SMTP/POP3 (이메일)
- DNS (도메인)
- SSH (원격 접속)
- Telnet

데이터 단위: 메시지

3계층: 전송 계층 (Transport Layer)

OSI 4계층과 동일

역할:
- 프로세스 간 통신
- 신뢰성 보장 (TCP)
- 빠른 전송 (UDP)

프로토콜:
- TCP (Transmission Control Protocol)
- UDP (User Datagram Protocol)

데이터 단위: 세그먼트 (TCP), 데이터그램 (UDP)

2계층: 인터넷 계층 (Internet Layer)

OSI 3계층과 동일

역할:
- IP 주소 지정
- 패킷 라우팅
- 경로 결정

프로토콜:
- IP (Internet Protocol)
- ICMP (Internet Control Message Protocol)
- IGMP (Internet Group Management Protocol)
- ARP (Address Resolution Protocol)

데이터 단위: 패킷

1계층: 네트워크 액세스 계층 (Network Access Layer)

OSI 1, 2계층 통합

역할:
- 물리적 전송
- MAC 주소 지정
- 프레임 전송

프로토콜:
- Ethernet
- WiFi (IEEE 802.11)
- PPP

데이터 단위: 프레임

📊 OSI vs TCP/IP

OSI 7계층	TCP/IP 4계층	주요 프로토콜
응용		HTTP, FTP
표현	응용	SSL/TLS
세션		SSH
전송	전송	TCP, UDP
네트워크	인터넷	IP, ICMP
데이터링크	네트워크 액세스	Ethernet
물리		UTP, 광케이블

3. TCP vs UDP

📊 비교표

구분	TCP	UDP
연결 방식	연결 지향	비연결
신뢰성	보장 ✔	보장 안 함 ✘
순서 보장	보장 ✔	보장 안 함 ✘
속도	느림	빠름 ✔
오버헤드	큼 (20바이트)	작음 (8바이트) ✔
흐름 제어	✔	✘
혼잡 제어	✔	✘
재전송	✔	✘
사용 사례	웹, 이메일, 파일 전송	스트리밍, 게임, DNS

🔵 TCP (Transmission Control Protocol)

특징

✔ 연결 지향 (Connection-Oriented)
✔ 신뢰성 보장
✔ 순서 보장
✔ 흐름 제어
✔ 혼잡 제어
✘ 느린 속도

TCP 헤더 구조

0                   16                  31
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     Source Port   |   Destination Port|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           Sequence Number             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|        Acknowledgment Number          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Data |R|C|E|U|A|P|R|S|F|               |
|Offset|S|W|C|R|C|S|S|Y|I|    Window    |
|     |V|R|E|G|K|H|T|N|N|               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|    Checksum       |  Urgent Pointer   |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

주요 필드:
- Sequence Number: 순서 번호
- Acknowledgment Number: 확인 응답 번호
- Flags: SYN, ACK, FIN 등 제어 플래그
- Window: 흐름 제어 (수신 버퍼 크기)
- Checksum: 오류 검출

흐름 제어 (Flow Control)

수신자의 처리 속도를 고려하여 전송 속도 조절

Window Size:
- 수신자가 받을 수 있는 데이터 크기
- ACK에 포함하여 전달

예:
송신자: 1000 바이트 전송
수신자: Window = 500 → 500바이트만 전송
수신자: 처리 완료 → Window = 1000
송신자: 1000 바이트 전송

혼잡 제어 (Congestion Control)

네트워크 혼잡을 방지하기 위한 전송 속도 조절

알고리즘:
1. Slow Start:
   - 처음엔 천천히 시작
   - 지수적으로 증가

2. Congestion Avoidance:
   - 임계값 도달 후 선형 증가

3. Fast Retransmit:
   - 중복 ACK 3개 수신 시 즉시 재전송

4. Fast Recovery:
   - 혼잡 발생 시 절반으로 감소

사용 사례

✔ 웹 브라우징 (HTTP/HTTPS)
✔ 이메일 (SMTP, POP3, IMAP)
✔ 파일 전송 (FTP)
✔ 원격 접속 (SSH, Telnet)
✔ 데이터베이스 연결

→ 신뢰성이 중요한 경우

🟢 UDP (User Datagram Protocol)

특징

✔ 비연결 (Connectionless)
✔ 빠른 속도
✔ 작은 오버헤드
✘ 신뢰성 보장 안 함
✘ 순서 보장 안 함
✘ 흐름 제어 없음

UDP 헤더 구조

0                   16                  31
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     Source Port   |   Destination Port|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|      Length       |     Checksum      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

주요 필드:
- Source Port: 출발지 포트
- Destination Port: 목적지 포트
- Length: 전체 길이
- Checksum: 오류 검출 (선택사항)

크기: 8바이트 (TCP 20바이트의 40%)

사용 사례

✔ 실시간 스트리밍 (동영상, 음악)
✔ 온라인 게임
✔ DNS (도메인 조회)
✔ DHCP (IP 할당)
✔ VoIP (인터넷 전화)
✔ IoT 센서 데이터

→ 속도가 중요하고 일부 손실 허용 가능

💬 면접 답변 예시

짧은 답변

TCP:
- 연결 지향, 신뢰성 보장
- 3-Way Handshake로 연결
- 순서 보장, 재전송
- 느리지만 안전
- 웹, 이메일, 파일 전송

UDP:
- 비연결, 빠른 속도
- 신뢰성 보장 안 함
- 순서 보장 안 함
- 빠르지만 손실 가능
- 스트리밍, 게임, DNS

상세 답변

TCP (Transmission Control Protocol):

연결 방식:
- 3-Way Handshake로 연결 수립
- 4-Way Handshake로 연결 종료
- 연결 지향

신뢰성:
- 순서 번호로 순서 보장
- ACK로 수신 확인
- 타임아웃 시 재전송
- Checksum으로 오류 검출

제어:
- 흐름 제어 (Window Size)
- 혼잡 제어 (Slow Start 등)

단점:
- 헤더 크기 큼 (20바이트)
- 연결 수립 시간
- 느린 속도

UDP (User Datagram Protocol):

연결 방식:
- 비연결
- 사전 연결 없이 전송

특징:
- 헤더 작음 (8바이트)
- 빠른 전송
- 낮은 지연시간

단점:
- 신뢰성 보장 안 함
- 순서 보장 안 함
- 손실 가능

선택 기준:
- 신뢰성 중요 → TCP
- 속도 중요 + 일부 손실 허용 → UDP
- 실시간성 중요 → UDP