1. TCP(Transmission Control Protocol)

: 전송제어 프로토콜로, TCP는 통신망을 이용하여 서로 연결된 망 내에서 실행되는 Application간의 *옥텟을 순서대로 교환하는 프로토콜이다.(IETF RFC-793)

옥텟(Octet) : 8개의 Bit가 한데 모인 것 = 바이트(byte)

TCP는 데이터 스트림으로부터 데이터를 받아들여 이것을 *청크 단위로 분할 한 뒤, *TCP Header를 덧붙여 TCP Segment를 생성한다. 생성된 TCP Segment는 IP 데이터그램(IP Packet)에 캡슐화 되어 전달된다.

청크(Chunk) : Data 덩어리, Data의 단위. TCP/IP를 이용하여 전달되는 Packet(TCP Segment) 내 실제 Data에 해당하는 부분으로 전체 Data의 일부분이다. Chunk의 종류에 따라 Content-Type을 확인할 수도 있다.

TCP 전송의 기본단위가 TCP Segment이며, Header와 Data로 구성된다.

TCP Header(TCP 전송에 필요한 Header정보, WIKI 발췌)

Source port(16 비트)

송신 포트

Destination port(16 비트)

수신 포트

Sequence number (32 비트)

SYN 플래그가 (1)로 설정된 경우, 이것은 초기 시퀀스 번호가 된다. 실제 데이터의 최초 바이트 값과 그에 상응하는 ACK 번호는 이 값에 1을 더한 값이 된다. SYN 플래그가 (0)으로 해제된 경우, 이것은 현재 세션의 이 세그먼트 데이터의 최초 바이트 값의 누적 시퀀스 번호이다.

Acknowledgment number (32 비트)

ACK 플래그가 설정된 경우 이 필드의 값은 수신자가 예상하는 다음 시퀀스 번호이다. 이것은 모든 선행하는 바이트들(존재할 경우)에 대한 수신에 대한 확인응답이 된다. 한쪽이 보낸 최초의 ACK는 반대쪽의 초기 시퀀스 번호 자체에 대한 확인응답이 되며, 데이터에 대한 응답은 포함되지 않는다.

Header Length (4 비트)

32-bit 워드 단위로 나타낸 TCP 헤더 크기값이다. 헤더의 최소 크기는 5 워드이며 최대 크기는 15 워드이다.

Reserved (3 비트)

미래에 사용하기 위해 남겨둔 예비 필드이며 0으로 채워져야 한다.

Control bits (9 bits)

9개의 1-비트 플래그를 포함

• NS (1 비트) – ECN-nonce 은폐 보호(RFC 3540에 의해 헤더에 추가)
• CWR (1 비트) – 혼잡 윈도 축소(Congestion Window Reduced) 플래그는 송신측 호스트에 의해 설정되는 것으로, 호스트가 ECE 플래그가 포함된 TCP 세그먼트를 수신했으며 혼잡 제어 메커니즘에 의해 응답했음을 알리는 역할을 한다(RFC 3168에 의해 헤더에 추가).

• ECE (1 비트) – ECN-Echo는 다음을 나타낸다.

  SYN 플래그가 (1)로 설정된 경우, TCP 상대가 명시적 혼잡 통지(Explicit Congestion Notification, ECN)가 가능함을 의미한다.
  SYN 플래그가 (0)으로 해제된 경우, IP 헤더 셋에 혼잡 경험(Congestion Experienced) 플래그가 설정된 패킷이 정상적인 전송 중에 수신되었다는 것을 의미한다(RFC 3168에 의해 헤더에 추가).

• URG (1 비트) – Urgent pointer 필드의 값이 유효함을 나타낸다.
• ACK (1 비트) – Acknowledgment 필드의 값이 유효함을 나타낸다. 클라이언트가 보낸 최초의 SYN 패킷 이후에 전송되는 모든 패킷은 이 플래그가 설정되어 있어야 한다.
• PSH (1 비트) – 푸시 기능. 수신 애플리케이션에 버퍼링된 데이터를 푸시해 줄지 여부를 질의하는 역할을 한다.
• RST (1 비트) – 커넥션 리셋
• SYN (1 비트) – 동기화 시퀀스 번호. 양쪽이 보낸 최초의 패킷에만 이 플래그가 설정되어 있어야 한다. 다른 일부 플래그들의 의미가 이 플래그의 값에 따라 바뀌며, 일부 플래그들은 이 플래그가 설정되어 있을 때만 유효하고, 또 다른 일부 플래그들은 이 플래그가 해제되어 있을 때에만 유효하다.
• FIN (1 비트) – 남은 송신측 데이터 없음

Window size (16 비트)

수신 윈도의 크기. 해당 세그먼트의 송신측이 현재 수신하고자 하는 윈도 크기(기본 단위는 바이트). acknowledgment 필드의 시퀀스 번호보다 큰 값이어야 한다.

Checksum (16 비트)

헤더 및 데이터의 에러 확인을 위해 사용되는 16 비트 체크섬 필드

Urgent pointer (16 비트)

URG 플래그가 설정된 경우, 이 16 비트 필드는 시퀀스 번호로부터의 오프셋을 나타낸다. 이 오프셋이 마지막 긴급 데이터 바이트를 가리킨다.

Options(가변 0–320 비트, 32의 배수)

이 필드의 길이는 데이터 오프셋 필드에 의해 결정된다. 이 부분은 Option-Kind (1 바이트, 옵션 종류), Option-Length (1 바이트, 옵션 길이), Option-Data (가변, 옵션의 값) 이렇게 최대 3개의 필드로 구성될 수 있다

Padding

TCP 헤더 패딩은 TCP 헤더의 종료 지점과 데이터의 시작 지점을 32 비트 단위 길이에 맞추기 위해 사용된다. 패딩의 값은 0이다.

2. IP(Internet Protocol)

: 인터넷 프로토콜로, 송신호스트와 수신호스트가 데이터를 주고받는 데 사용하는 정보에 대한 프로토콜이다. Host의 주소지정과 Packet의 분할, 조립을 담당한다.

IP에서 Data는 Packet, Datagram으로 불리는 덩어리로 나뉘어서 전송된다. IP의 특징은 비신뢰성(unreliability)과 비연결성(connectionlessness)이다.

비신뢰성(unreliability)

데이터의 전송이 성공했는지 모름, 전송한 패킷의 순서가 바뀔 수 있으며, 같은 패킷을 보낼 수도, 특정 패킷을 안보낼 수 도 있다.

비연결성(connectionlessness)

어떠한 사전 호출 / 연결 설정없이도 Host간의 데이터 전송이 가능하다. UDP도 동일한 속성을 가지고 있다.

IP는 전송시에 Datagram을 이용하는 데, 아래와 같은 구조로 되어있다.
TCP/IP 통신에서 TCP Segment는 IP의 Datagram(IP Packet)에 담겨서 전송된다.

IP Datagram Header(IP 전송에 필요한 Header 정보, 네이버 블로그 [Just Blue] 발췌)

버전(Version)

• IP프로토콜의 버전을 의미(IPv4 = 0100, IPv6 = 0110)
• 버전에 따라 헤더 구성이 다르므로, 올바른 해석을 위해 IP버전 정보가 필요함
• 버전이 맞지 않은 경우에는 폐기함

헤더길이(Header Length)

• 4바이트 단위로 표현
• 표현가능한 길이 : (2^4 - 1) x 4 (바이트단위) = 60
• 헤더 최소길이 : 20바이트 (헤더길이 부분에 들어가는 실제값 = 5 word)
• 헤더 최대길이 : 60바이트 (헤더길이 부분에 들어가는 실제값 = 15 word)

서비스타입(Differentiated Services)

• QoS 제공을 위해 사용함
  • QoS : Quality of Service의 약어로, 인터넷이나 네트워크 상에서 전송율, 에러율과 관련된 서비스 품질을 의미

전체길이 (Total Length)

• 헤더와 데이터 길이를 합한 길이
• 전체길이의 최대값 : 2^16 - 1 = 65,535
• 데이터 길이 = 전체길이 - 헤더길이
  • 헤더길이 20 ~ 60바이트
• 전체길이 필드가 필요한 이유 : 실제 데이터와 패딩을 구분해야 하기 때문임

식별자(Identification)

• 데이터그램이 단편화되어 전송된 후, 재조립할 때 이용됨
• 식별자 필드는 중복되지 않아야 함 = 유일해야 함
• 카운터를 이용해 데이터그램을 보낼때 마다 카운터 값을 1씩 증가
• 모든 단편화된 단편의 헤더에는 식별자 필드가 포함

플래그(Flag)

• 데이터그램의 상태나 진위를 나타내기 위한 변수
• 데이터그램의 헤더에 들어가는 플래그는 D와 M으로 구성
  • D : Do not Fragment (D값이 1이면 단편화를 하지 않고, 0이면 단편화를 함)
  • M : More Fragment (M값이 1이면 마지막 단편이 아님, 0이면 마지막 단편임)

단편옵셋(Fragmentation Offset)

• 단편화 되기 전 데이터 시작점으로 부터의 차이
• 즉, 전체 데이터그램에서 단편에 포함된 데이터의 시작 위치
• 8바이트 단위로 표시
  • 전체길이 필드가 16비트라서, 단편옵셋도 16비트 만큼 표시가 가능해야 하지만 3비트를 플래그 표시에 사용했으므로, 남은 13비트로 16비트를 표현하기 위해
  • 첫번째 단편의 옵셋 값은 0 : 첫번째 단편이므로 시작 위치가 0임
  • 두번째 단편부터는 이전에 단편화된 길이를 8로 나누어 계산 : 만약, 첫번째가 800바이트였다면 두번째 단편화 옵셋 값은 100

수명(Time to Live)

• 데이터그램의 수명제한을 위해 사용
• 데이터그램들의 송수신 과정에서 상위계층 프로토콜을 혼란시킬 수 있으므로, 수명제한을 통해 오래된 데이터그램은 폐기
• 홉 수로 수명이 표시됨, 라우터가 데이터크램을 처리할 때마다 수명값은 1홉씩 감소, 0이 되면, 라우터에서 데이터그램 폐기
• 송신지에서 수명 값을 지정하여 송신, 반적으로 예상 경로에 속한 라우터 수의 두배 만큼 지정(만약 1로 지정할 경우 데이터그램은 라우터를 벗어나지 못하고 폐기됨)

프로토콜(Protocol)

• 데이터그램을 처리한 후, 전달될 상위프로토콜을 표시
• IP프로토콜은 다양한 상위프로토콜을 다중화, 역다중화하기 때문에 필요

검사합(Checksum)

• 수신한 데이타그램 내의 에러여부 확인

발신지주소(Source Address)

• 발신지의 IP주소

목적지주소(Destination Address)

• 목적지의 IP주소

Application 간 TCP/IP를 이용해 통신을 한다는 것은 결국, 전송할 Data를 Chunk단위로 나누어 TCP Header를 붙여 TCP Segment를 생성하고, 이것을 IP Datagram에 담아 전달하는 것을 의미한다.

IP는 주소를 기반으로 데이터를 전송할 수 있게 하고, TCP는 전송하는 데이터의 손실을 검색하고 이를 교정하여 순서를 재조합할 수 있도록 한다. 또한 TCP/IP는 운영체제, 접속매체에 구애받지 않는다.

이러한 특징으로 인해 HTTP, FTP, TELNET 등 TCP/IP를 기반으로 하는 수많은 프로토콜이 활용되고 있다.

IP에서 현재 대중화된 현재 대중화된 프로토콜은 IPv4이나, 주소공간의 고갈 문제가 있어 IPv6로 전환중에 있다.

Ref :
WIKI-TCP
WIKI-IP
IP Datagram
TCP/IP 개론