[컴퓨터 네트워크] Computer Network outline

The Internet

인터넷 네트워크의 기본 구성 요소는 다음과 같다:

1. 수십억 개의 연결된 컴퓨팅 장치: 이들 장치는 '호스트' 또는 '엔드 시스템'이라고도 불리며, 인터넷의 "가장자리"에서 네트워크 애플리케이션을 실행한다.
2. 패킷 스위치: 패킷(데이터 조각)을 전달하는 역할을 한다. 이에는 라우터와 스위치가 포함된다.
3. 통신 링크: 광섬유, 구리, 무선, 위성 등 다양한 매체를 통해 데이터를 전송한다. 이러한 링크의 데이터 전송 속도는 '대역폭'으로 측정된다.
4. 네트워크: 디바이스, 라우터, 링크 등의 모음으로서 특정 조직에 의해 관리된다.

인터넷은 이러한 구성 요소들이 복잡하게 연결되어 있어 전 세계적인 통신망을 형성하고 있다.

 

 

인터넷은 말 그대로 "네트워크의 네트워크"로, 다양한 종류의 네트워크가 상호 연결되어 있는 글로벌 시스템이다.

1. 상호 연결된 ISP들: 인터넷 서비스 제공자(ISP)들은 각각의 네트워크를 운영하고, 이러한 네트워크들이 상호 연결되어 전 세계적인 인터넷을 형성한다.
2. 프로토콜: 프로토콜은 메시지의 송수신을 제어하는 규칙이다. 예를 들면 HTTP(웹), 스트리밍 비디오, Skype, TCP, IP, WiFi, 4G, 이더넷 등이 있다.
3. 인터넷 표준: 인터넷 표준은 RFC(Request for Comments)와 같은 문서를 통해 정의된다. 이러한 문서는 인터넷 엔지니어링 작업 그룹(IETF)과 같은 기구에서 관리하고 발행한다.

IETF는 전 세계적으로 개방된 커뮤니티로서 인터넷 아키텍처와 프로토콜에 대한 기술적 사양을 개발하고 유지 관리한다. RFC는 IETF에서 제안된 새로운 표준이나 수정 사항에 대해 논의하고 평가하기 위해 사용하는 공식 문서이다.

 

 

인터넷은 다양한 애플리케이션에 서비스를 제공하는 인프라이다. 이러한 애플리케이션에는 웹, 스트리밍 비디오, 멀티미디어 텔레컨퍼런싱, 이메일, 게임, 전자상거래, 소셜 미디어, 상호 연결된 가전제품 등이 포함된다.

 

또한 우체국 서비스와 유사하게 다양한 서비스 옵션을 제공한다. 예를 들어 데이터 패킷의 우선순위 지정 또는 다른 종류의 트래픽 관리 기능 등을 제공할 수 있다.

 

따라서 인터넷은 단지 데이터 전송 매체가 아니라 다양한 기능과 서비스를 제공하는 복잡하고 고도로 구조화된 시스템이다.

 

 

 

 

 

 

 

Protocol

사람들이 일상적으로 사용하는 프로토콜(규약)과 네트워크 프로토콜은 비슷한 개념이다.

 

인간의 프로토콜:

인간 사이의 대화는 일종의 프로토콜이다. 예를 들어, "지금 몇 시야?"라고 물을 때나 "질문이 있어"라고 말할 때 특정한 응답을 기대한다. 또한, 처음 만난 사람에게 인사를 하는 것도 일종의 소통 규약이다.

 

네트워크 프로토콜:

네트워크에서는 컴퓨터(또는 디바이스)가 서로 통신할 때 이러한 규약을 '네트워크 프로토콜'이라고 한다. 네트워크 프로토콜은 메시지 전송 및 수신 시점에 수행되어야 하는 동작, 메시지 형식 및 순서 등을 정의한다.

 

모든 인터넷 내 통신 활동은 이러한 네트워크 프로토콜에 의해 관리된다. 예를 들면 HTTP, TCP/IP 등이 있다. 이러한 근본적인 통신 귀칙들 덕분에 우리는 전 세계 어디에서나 웹 페이지를 열거나 이메일을 보낼 수 있다.

 

 

 

 

 

Internet Structure

네트워크 구조는 크게 '네트워크 엣지(edge)', '접근 네트워크 및 물리적 매체', 그리고 '네트워크 코어(core)'으로 나누어 볼 수 있습니다.

 

1. 네트워크 엣지(Network Edge): 이 부분에는 클라이언트와 서버와 같은 호스트가 위치한다. 사용자들이 직접적으로 인터넷에 접속하는 기기들(예: PC, 스마트폰)과 데이터를 제공하는 서버들이 이에 해당한다. 서버들은 종종 데이터 센터에서 운영된다.
2. 접근 네트워크 및 물리적 매체: 사용자의 디바이스와 인터넷의 핵심 부분을 연결하는 네트워크이다. 유선과 무선 통신 링크 등 다양한 통신 링크를 통해 데이터를 전송한다.
3. 네트워크 코어(Network Core): 여러 개의 라우터가 상호 연결되어 있는 부분으로, "인터넷"을 형성하는 주요 구성 요소이다. 이곳에서 패킷은 출발지부터 목적지까지 최적의 경로를 찾아 전달된다.

 

 

 

 

Access network

종단 시스템(예: 컴퓨터, 스마트폰 등)을 가장자리 라우터(edge router)에 연결하는 방법은 여러 가지가 있다. 그중에서도 주로 사용되는 방법은 다음과 같다:

1. 주거용 접근 네트워크(Residential Access Networks): 일반적으로 DSL, 케이블 모뎀, 광섬유 등을 통해 집에서 인터넷에 접속한다.
2. 기관용 접근 네트워크(Institutional Access Networks): 학교나 회사와 같은 기관에서는 보통 이더넷 또는 Wi-Fi를 통해 인터넷에 접속한다.
3. 모바일 접근 네트워크(Mobile Access Networks): 모바일 장치는 Wi-Fi 또는 4G/5G와 같은 이동 통신망을 통해 인터넷에 연결된다.

 

연결 방식을 선택할 때 고려해야 할 주요 요소들은 다음과 같다:

• 전송률(Transmission Rate): 전송률이란 단위 시간당 전달할 수 있는 데이터의 양을 의미하며, 비트 당 초(bits per second)로 측정된다. 이 값이 클수록 데이터를 더 빠르게 전송할 수 있다.
• 공유 또는 전용 접근(Shared or Dedicated Access): 일부 네트워크는 사용자 간에 대역폭이 공유되므로 많은 사람들이 동시에 사용하면 속도가 줄어들 수 있다. 반면, 전용 선의 경우 사용자 수와 상관없이 일정한 대역폭을 보장받을 수 있다.

따라서 각각의 환경과 요구 사항에 따라 가장 적합한 연결 방식과 기술을 선택하는 것이 중요하다.

 

 

 

 

 

 

Host: sends packets of data

호스트의 전송 기능은 애플리케이션 메시지를 받아서 이를 작은 조각들, 즉 패킷으로 나누고 이를 전송 속도 R로 접근 네트워크에 전송하는 역할을 한다.

1. 패킷화: 대부분의 네트워크에서 데이터는 일정한 크기의 패킷으로 나누어져 전송된다. 이렇게 하면 각 패킷이 독립적으로 라우팅 되어 효율적인 네트워크 사용이 가능해진다.
2. 전송: 호스트는 이러한 패킷을 접근 네트워크에 전송한다. 여기서 전송 속도 R은 보통 '링크 용량(link capacity)' 또는 '링크 대역폭(link bandwidth)'라고 부르며, 단위 시간당 링크가 수용할 수 있는 데이터 비트 수를 의미한다.

 

 

 

 

Links: physical media

데이터는 다양한 링크와 물리적 매체를 통해 전송된다. 이러한 매체는 크게 가이드 미디어(유도매체)와 언가이드 미디어(비유도매체)로 나눌 수 있다.

 

1. 가이드 미디어(Guided Media): 신호가 고체 매체(예: 구리, 광섬유, 동축 케이블)를 통해 전파되는 방식이다.

• Twisted Pair (TP): 두 개의 절연된 구리 선을 꼰 형태로 만든 케이블이다. Category 5(TP-Cat5)는 100 Mbps, 1 Gbps 이더넷을 지원하며, Category 6(TP-Cat6)은 최대 10 Gbps의 이더넷을 지원한다.
• Coaxial Cable: 중심에 위치한 구리 도선과 그 주변을 감싼 외부 구리 도선으로 이루어진 케이블이다. 양방향 데이터 전송과 여러 주파수 채널 사용이 가능하다.
• Fiber Optic Cable: 광펄스를 전달하는 유리 섬유로 만들어진 케이블이다. 각 광펄스는 비트 하나를 나타내며, 초고속 데이터 전송(10's-100's Gbps), 낮은 오류율, 장거리 리피터 배치 등의 장점을 가진다.

2. 언가이드 미디어(Unguided Media): 신호가 자유행하게 전파되는 방식으로, 주로 무선통신에서 사용된다.

• Wireless Radio: 실제 "선" 없이 전자기 스펙트럼 내에서 신호를 운반한다. 송신자와 수신자 사이에 반사, 객체에 의한 방해 등 다양한 환경적 요인들에 영향받는다.
• Radio Link Types:

     -  Terrestrial Microwave: 최대 45 Mbps의 채널 제공

     -  Wireless LAN (WiFi): 최대 수백 Mbps 제공

     -  Wide-area (e.g., cellular): 4G cellular 네트워크에서 약 수십 Mbps 제공

     -  Satellite: 최대 45 Mbps의 채널 제공, 하지만 고정궤도 위성과 저궤도 위성 사이에는 큰 지연 시간 차이 있음

 

각 링크와 매체는 그들의 성능, 비용, 사용 가능한 환경 등에 따라 적절한 상황에서 선택되어 사용된다.

 

 

 

 

Packet-switching

라우터들이 상호 연결된 메시(mesh) 네트워크에서는 패킷 스위칭(packet-switching) 방식이 일반적으로 사용된다. 이 방식은 호스트가 애플리케이션 계층의 메시지를 패킷으로 나누고, 이 패킷들을 소스부터 목적지까지의 경로상에 있는 다음 라우터로 전달하는 방식이다.

 

패킷 스위칭은 아래와 같은 과정을 거친다:

1. 패킷 생성: 호스트는 애플리케이션 계층에서 생성된 데이터를 작은 크기의 패킷으로 분할한다.
2. 패킷 전송: 각각의 패킷은 출발지에서 목적지까지 라우터들을 통해 전송된다. 각 라우터는 받은 패킷을 다음 라우터나 최종 목적지로 전달한다. 이때 각 패킷은 링크 용량에 따라 전송되며, 일반적으로 매번 완전한 링크 용량을 사용해 전송된다.
3. 목적지 도착 및 재조립: 모든 패킷들이 목적지에 도착하면, 원래 순서대로 재조립되어 원본 메시지를 복원한다.

 

 

Store-and-forward

패킷 스위칭 네트워크에서는 주로 '스토어 앤 포워드(store-and-forward)' 방식이 사용된다. 이 방식에서 각 라우터는 패킷을 수신하고 저장한 후, 다음 링크로 전달한다.

• 전송 지연(Transmission Delay): L 비트의 패킷을 R bps의 링크를 통해 전송하는 데 걸리는 시간이다. 이 시간은 L/R 초로 계산된다. 예를 들어, 1 Gbps의 속도로 1Gb의 데이터를 전송하려면 1초가 걸린다.
• Store-and-Forward: 이 기법은 패킷이 완전히 도착할 때까지 라우터가 패킷을 저장한다. 그런 다음, 완전한 패킷이 도착하면 다음 링크로 전송한다.
• 종단 간 지연(End-to-end delay): 소스에서 목적지까지 패킷이 이동하는데 필요한 총시간이다.

 

 

 

Packet-switching: queueing delay, loss

링크로의 도착률이 일정 시간 동안 링크의 전송률을 초과하면 패킷들이 큐에 대기하게 된다.

• 패킷 큐잉(Queuing): 라우터는 패킷을 받아서 출력 링크로 전송할 때까지 메모리에 저장한다. 그러나 출력 링크가 바쁘면 (즉, 다른 패킷들이 이미 전송 중일 때), 새로운 패킷은 임시적으로 큐에 저장되어 대기한다.
• 패킷 손실(Packet Loss): 만약 라우터의 메모리(버퍼)가 가득 찬 상태에서 추가적인 패킷이 도착하면, 이러한 새로운 패킷은 손실될 수 있다. 이것은 네트워크 성능 저하를 초래할 수 있으며, 특정 애플리케이션에서는 사용자 경험을 심각하게 악화시킬 수 있다.

 

 

Forwarding and Routing

포워딩(Forwarding)과 라우팅(Routing)은 패킷 스위칭 네트워크에서 핵심적인 역할을 하는 두 가지 프로세스이다.

1. 포워딩: 포워딩은 로컬 액션으로, 라우터가 도착한 패킷을 적절한 출력 링크로 이동시키는 작업을 의미한다. 이 작업은 각 개별 라우터 내에서 발생하며, 패킷의 목적지 주소를 바탕으로 결정된다. 라우터의 포워딩 테이블이 이 결정을 돕는다.
2. 라우팅: 라우팅은 글로벌 액션으로, 소스와 목적지 사이에 패킷이 어떤 경로를 따라갈 것인지를 결정하는 과정입니다. 이 작업은 네트워크 전체에서 수행되며, 다양한 라우팅 알고리즘에 의해 처리됩니다.

 

 

 

 

Circuit switching

스위칭의 또 다른 방법으로 회선 스위칭(circuit switching)이 존재한다. 이 방식은 소스와 목적지 간의 "통화"에 대해 종단 간 리소스를 할당하고 예약하는 방식이다.

 

회로 스위칭의 특징:

1. 전용 리소스: 한 번 설정된 회로는 다른 데이터에 의해 공유되지 않는다. 이것은 패킷 스위칭과 대조적인 점으로, 패킷 스위칭에서는 여러 데이터가 동일한 경로를 공유할 수 있다.
2. 성능 보장: 일단 통화가 설정되면 해당 연결에 대한 성능(예: 전송률)이 보장된다. 이것은 실시간 응용 프로그램(예: 음성 통화)에 유리하다.
3. 회선 유휴 상태: 만약 호출이 사용하지 않으면 해당 회선은 유휴 상태가 됩니다. 즉, 자원을 효육적으로 활용하는 데 제한이 있을 수 있다.

Circuit switching은 전통적인 전화 네트워크에서 일반적으로 사용되었다.

 

 

Circuit switching: FDM and TDM

주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing, FDM)와 시간 분할 다중화(Time Division Multiplexing, TDM)는 여러 통신 채널을 동시에 사용하기 위한 두 가지 기본적인 다중화 방식이다.

1. 주파수 분할 다중화(FDM): 이 방식에서는 광학 또는 전자기 주파수가 좁은 주파수 대역으로 나눠진다. 각 통화는 자체 대역을 할당받아 해당 대역의 최대 비율로 전송할 수 있다. 예를 들어, FM 라디오 방송에서는 각각의 스테이션에 고유한 주파수 대역이 할당되어 독립적으로 신호를 송출한다.
2. 시간 분할 다중화(TDM): 이 방식에서는 시간을 슬롯으로 나눈다. 각 통화는 주기적으로 슬롯을 할당받아 전체 주파수 대역의 최대 비율로 전송할 수 있지만, 오직 자신의 시간 동안에만 가능하다. 디지털 네트워크에서 일반적으로 사용되며, 여러 사용자가 같은 통신 채널을 공유하면서도 서로 간섭하지 않게 한다.

 

 

 

 

Packet switching versus circuit switching

패킷 스위칭의 장점:

1. "Bursty" 데이터에 적합: 패킷 스위칭은 데이터 전송이 일정하지 않고 큰 양의 데이터가 한 번에 전송되는 "bursty"한 트래픽에 대해 매우 효율적이다.
2. 자원 공유: 여러 사용자가 같은 링크를 공유할 수 있으므로 자원을 더 효과적으로 활용할 수 있다.
3. 단순성: 회로 설정이 필요 없으므로 전반적인 네트워크 구성이 단순해진다.

패킷 스위칭의 단점:

1. 과도한 혼잡 가능성: 버퍼 오버플로우로 인해 패킷 지연 및 손실이 발생할 수 있다.
2. 신뢰성 있는 데이터 전송, 혼잡 제어를 위한 프로토콜 필요: TCP와 같은 프로토콜들을 통해 이러한 문제를 해결할 수 있다.

 

Circuit switching과 Packet switching은 회사에서 컴퓨터나 회의실 등의 자원을 예약하는 것과 비슷하다고 볼 수 있다. 회사에서 컴퓨터나 회의실 등의 자원을 예약하게 되면(Circuit switching) 해당 시간 동안 그 리소스를 전용으로 사용하게 된다. 반면, Packet switching은 공용 컴퓨터나 공간을 필요할 때마다 사용하는 것과 비슷하다. 이 경우, 다른 사람이 동시에 사용하려고 하지 않는 한 언제든지 사용할 수 있다.

 

 

 

 

ISP

인터넷의 구조는 복잡하며, 개인이나 기업은 인터넷 서비스 공급자(ISP)를 통해 인터넷에 연결된다. 이 ISP들은 주거용, 기업용(회사, 대학 등)으로 다양하다. 이러한 액세스 ISP들은 서로 상호 연결되어 있어야 하며, 그렇게 해야 어떤 두 호스트라도 서로 패킷을 주고받을 수 있다. 이런 네트워크의 네트워크 구조는 매우 복잡하며, 그 발전은 경제적 요인과 국가 정책에 의해 주도되었다.

 

개인이나 기업은 액세스 ISP를 통해 인터넷에 접속합니다. 이런 액세스 ISP들은 서로 상호 연결되어 있으며, 이렇게 연결된 ISP 네트워크는 복잡한 '네트워크의 네트워크'를 형성한다.

 

인터넷의 구조는 중심과 주변으로 나눌 수 있다. 중심에는 소수의 잘 연결된 대규모 네트워크가 위치하고, 이들은 일반적으로 "티어 1(Tier-1)" 상업용 ISP이다.

• 티어 1 ISP: 티어 1 ISP는 전국적이며 종종 국제적인 범위를 가진 대형 네트워크이다. 이들은 서로 피어링 관계를 맺고 있으며, 자신의 네트워크를 통해 다른 모든 티어 1 ISP와 데이터를 직접 교환할 수 있다. Level 3, Sprint, AT&T, NTT 등이 이에 해당한다. 주변에는 작은 ISP들이나 기업 네트워크 등이 위치하며, 이들은 보통 더 큰 ISP(즉, 티어 2 또는 티어 3)를 거쳐 인터넷에 접속한다.
• 콘텐츠 제공자 네트워크: Google이나 Facebook 같은 콘텐츠 제공자도 자체적인 대규모 프라이빗 네트워크를 운영한다. 이런 회사들은 자신의 데이터 센터를 직접 인터넷에 연결하는데, 때로는 지역 ISPs나 심지어 티어-1 ISPs을 우회하기도 한다다. 이렇게 하면 콘텐츠 제공자로부터 사용자까지 데이터 전송 시간을 줄일 수 있다.
• IXP(인터넷 교환 지점): IXP는 ISP들 간 트래픽을 교환하는 인터넷 인프라이다. 이를 통해 데이터 패킷의 경로가 짧아지고 대역폭이 절감되며, 전체 인터넷 성능이 향상된다.

 

 

 

 

Packet delay: four sources

패킷 지연은 네트워크에서 패킷이 소스에서 목적지로 이동하는 데 걸리는 시간을 나타낸다. 패킷 지연에는 주로 네 가지 원인이 있다.

1. 노드 처리 지연(dproc): 이는 패킷이 라우터나 스위치 등의 네트워크 노드를 통과하는데 필요한 시간이다. 비트 오류를 확인하고 출력 링크를 결정하는 등의 처리 작업이 포함된다. 일반적으로 이 시간은 밀리초 이하이다.
2. 대기열 지연(dqueue): 패킷이 출력 링크에서 전송을 기다리는 동안 대기열에 있는 시간이다. 이 시간은 라우터의 혼잡 수준에 따라 달라진다.
3. 전송 지연(dtrans): 패킷을 링크를 통해 전송하는 데 걸리는 시간이다. 달리 말해 패킷을 모두 링크로 밀어넣는데 걸리는 시간이라 할 수 있다. 패킷 길이(L, 비트 단위)와 링크 전송률(R, bps)에 따라 결정된다. 계산식은 dtrans = L/R이다.
4. 전파 지연(dprop): 신호가 물리적인 링크를 통해 전파되는 데 걸리는 시간이. 링크의 길이(d)와 전파 속도(s, 일반적으로 ~2x10^8 m/sec)에 따라 결정된다. 계산식은 dprop = d/s이다.

따라서 총 패킷 지연은 위 네 가지 요소들의 합계로 볼 수 있다.

 

 

Packet queueing delay

대기열 지연은 패킷이 라우터의 출력 링크에서 전송을 기다리는 시간을 의미한다. 이 지연은 패킷 도착률(a), 링크 대역폭(R), 그리고 패킷 길이(L)에 따라 달라진다.

 

La/R는 "트래픽 강도(Traffic Intensity)"라고 불리며, 시스템이 처리해야 하는 작업량을 나타낸다.

La/R ~ 0: 트래픽 강도가 낮다는 것을 의미하며, 평균 대기열 지연이 작다. 이 경우, 시스템은 들어오는 트래픽을 즉시 처리할 수 있다.

La/R -> 1: 트래픽 강도가 증가함에 따라 평균 대기열 지연이 커진다. 이 경우, 패킷들은 라우터에서 일정 시간 동안 대기해야 한다.

La/R > 1: 들어오는 작업량이 서비스 가능한 양보다 많아진다. 이 경우, 평균 대기열 지연은 무한대로 가게 된다. 즉, 네트워크의 병목 현상이 발생하며, 이로 인해 큐 내의 패킷들은 계속해서 쌓일 것이다.

 

따라서 네트워크 성능 최적화를 위해서는 La/R 값을 잘 관리하는 것이 중요하다.

 

 

 

Packet loss

패킷 손실은 네트워크 통신에서 중요한 이슈 중 하나이다. 패킷 손실은 다음과 같은 상황에서 발생할 수 있다:

1. 버퍼 오버플로우: 각 링크 앞에는 버퍼(또는 큐)가 있어 들어오는 패킷을 임시로 저장한다. 이 버퍼의 용량이 유한하기 때문에, 만약 버퍼가 가득 찬 상태에서 새로운 패킷이 도착하면, 그 패킷은 드롭(즉, 손실)되게 된다.
2. 네트워크 오류: 하드웨어 실패, 신호 간섭 등으로 인해 패킷이 정상적으로 전송되지 않을 수 있다.
3. 네트워크 혼잡: 네트워크 혼잡도가 높아지면 패킷 전송 지연이 증가하고, 결국 일부 패킷은 시간 초과로 인해 손실될 수 있다.

손실된 패킷들은 보낸 노드나 원본 시스템에 의해 재전송될 수도 있고 아예 재전송되지 않을 수도 있다. TCP와 같은 프로토콜들은 신뢰성을 보장하기 위해 재전송 메커니즘을 사용하지만, UDP와 같이 비연결형 프로토콜에서는 이런 메커니즘이 없기 때문에 일단 손실된 데이터는 복구되지 않는다.

 

 

 

Throughput

처리량(throughput)은 송신자(sender)에서 수신자(receiver)로 비트가 전송되는 속도를 나타낸다. 이는 단위 시간당 비트의 전송률을 의미한다.

 

처리량은 두 가지 관점에서 측정될 수 있다:

1. 즉각적인 처리량(Instantaneous Throughput): 특정 시간 지점에서의 처리량을 말한다. 예를 들어, 현재 순간에 얼마나 많은 비트가 전송되고 있는지를 측정할 수 있다.
2. 평균 처리량(Average Throughput): 일정 기간 동안의 평균 처리량을 의미한다. 예를 들어, 1분, 1시간 또는 1일 동안의 평균적인 비트 전송률을 계산할 수 있다.

이러한 처리량 개념은 네트워크 성능 측정 및 분석에 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 네트워크 대역폭과 같은 제한된 자원이 있는 경우, 적절한 처리량 관리와 조절이 필요할 수 있다. 또한 실시간 멀티미디어 스트리밍과 같은 응용 프로그램에서는 고품질의 서비스 제공을 위해 충분한 평균 처리량이 필요하다.

 

 

 

 

 

 

Protocol layers

네트워크 구조를 정리하는 중요한 개념 중 하나는 프로토콜 계층이다. 프로토콜 계층은 특정 수준이나 측면의 네트워크 기능을 나타내며, 특정 작업을 수행하거나 특정 서비스를 제공하는 역할을 한다. 프로토콜 계층의 개념은 복잡한 네트워크 기능을 계층적으로 나누어 이해하고 관리하기 쉽도록 한다.

 

컴퓨터 네트워크에서 프로토콜 계층을 정돈하기 위해 가장 널리 사용되는 참조 모델은 TCP/IP 모델 (Transmission Control Protocol/Internet Protocol model)이다. TCP/IP 모델은 다음과 같은 4개의 계층으로 구성된다:

1. 응용 계층(Application Layer): 이 계층에는 HTTP(Hypertext Transfer Protocol), FTP(File Transfer Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) 등과 같이 사용자 응용 프로그램과 직접 상호작용하는 프로토콜들이 포함된다.
2. 전송 계층(Transport Layer): 전송 계층은 성분화, 오류 복구, 흐름 제어, 다중화와 같은 서비스를 제공함으로써 종단 시스템 간에 신뢰할 수 있는 데이터 전달을 보장한다. 이 계층에서 활용되는 예시 프로토골들에는 TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)가 있다.
3. 네트워크 계층(Network Layer): 네트워크 계층은 주소 지정, 라우팅, 패킷 포워딩 등 다양한 네크워크를 거치는 작업을 다룬다. 이 계층에서 핵심적인 프로토콜은 IP(Internet Protocol)이다.
4. 링크 계층(Link Layer): 링크 계층은 인접한 노드 간의 단일 물리적 연결이나 매체를 통한 통신을 다룬다. 이에는 Ethernet, Wi-Fi, PPP(Point-to-Point Protocol) 등의 프로토콜이 포함된다.