TCP/IP 모델 완전 이해

지난 글에서 OSI 7계층이 네트워크 통신을 어떻게 추상화하는지 살펴봤습니다. 이번에는 실제 인터넷이 동작하는 방식인 TCP/IP 모델을 다룹니다. OSI가 이론적 참조 모델이라면, TCP/IP는 1970년대에 실용 목적으로 먼저 설계된 뒤 인터넷의 표준이 된 모델입니다.

TCP/IP 모델의 탄생 배경

1969년 미국 국방부의 ARPANET 프로젝트에서 탄생한 TCP/IP는 분산된 네트워크에서도 신뢰성 있게 통신할 수 있도록 설계됐습니다. 핵심 철학은 “네트워크 자체는 단순하게, 복잡성은 종단(End) 장치에”입니다. 이 원칙 덕분에 인터넷은 수십억 개의 이질적인 장치를 하나로 연결할 수 있었습니다.

4개 계층 구조

TCP/IP는 OSI 7계층을 4개의 실용적인 계층으로 단순화합니다.

1. 네트워크 접근 계층 (Network Access Layer)

OSI의 물리·데이터링크 계층을 합친 개념입니다. 실제로 데이터를 전선/광섬유/전파로 전달하는 하드웨어 수준의 작업을 담당합니다.

역할: 프레임 송수신, MAC 주소 기반 로컬 전달
대표: 이더넷(Ethernet), Wi-Fi(802.11), PPP
장비: 스위치, NIC(네트워크 인터페이스 카드)

2. 인터넷 계층 (Internet Layer)

OSI 3계층에 해당합니다. IP 주소를 사용해 패킷을 목적지까지 라우팅하는 것이 핵심 역할입니다. 경로 선택은 라우터가 담당합니다.

역할: 논리 주소(IP) 부여, 라우팅, 단편화
대표: IPv4, IPv6, ICMP, ARP
장비: 라우터

3. 전송 계층 (Transport Layer)

OSI 4계층과 동일합니다. 포트 번호를 사용해 어떤 애플리케이션이 데이터를 받을지 결정합니다.

프로토콜	특징	사용 예
TCP	연결 지향, 신뢰성, 순서 보장	HTTP, HTTPS, FTP
UDP	비연결, 빠름, 손실 허용	DNS, 동영상 스트리밍

4. 응용 계층 (Application Layer)

OSI 5·6·7계층을 통합합니다. 사용자가 직접 상호작용하는 서비스 프로토콜이 모두 이 계층에 위치합니다.

HTTP/HTTPS  — 웹 통신
FTP/SFTP    — 파일 전송
SMTP/IMAP   — 이메일
DNS         — 도메인 이름 해석
SSH         — 보안 원격 접속

HTTP 요청 시 계층별 처리 흐름

브라우저에서 https://example.com을 입력하면 어떤 일이 일어날까요?

[클라이언트]                         [서버]
응용 계층:  HTTP GET /index.html  →  HTTP 요청 수신
전송 계층:  TCP 세그먼트 생성     →  TCP 포트 443 확인
인터넷:     IP 패킷 생성(목적지IP) →  IP 검증
네트워크:   이더넷 프레임 생성    →  프레임 수신·디캡슐화
물리 매체:  ─────── 신호 전송 ──────────────

라우터는 인터넷 계층(IP)까지만 처리합니다. HTTP 헤더나 TCP 연결 상태는 전혀 관여하지 않고 오직 목적지 IP 주소를 보고 다음 홉(hop)을 결정합니다.

계층 간 데이터 전달: 소켓(Socket)

개발자 관점에서 TCP/IP를 사용하는 인터페이스는 소켓(Socket) 입니다.

import socket

# TCP 소켓 생성 (AF_INET=IPv4, SOCK_STREAM=TCP)
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect(("example.com", 80))     # 전송+인터넷 계층이 처리
sock.sendall(b"GET / HTTP/1.1\r\nHost: example.com\r\n\r\n")
response = sock.recv(4096)
sock.close()

소켓은 응용 계층과 전송 계층 사이의 API입니다. AF_INET + SOCK_STREAM을 지정하면 하위 TCP·IP·이더넷 처리는 운영체제 커널이 모두 대신합니다.

왜 TCP/IP가 표준이 됐나

OSI 모델이 1984년 정식 표준으로 발표됐지만, TCP/IP는 이미 1983년부터 ARPANET에서 실제로 동작하고 있었습니다. 구현체가 먼저 존재했고, 그것이 인터넷으로 성장하면서 사실상 표준(de facto standard)이 됐습니다. OSI는 이론적으로 더 정교하지만 “이미 있는 것이 동작한다”는 실용주의가 TCP/IP의 승리를 이끌었습니다.

다음 글에서는 네트워크 성능을 가늠하는 세 가지 척도인 대역폭(Bandwidth), 처리량(Throughput), 지연(Latency) 을 구체적으로 살펴봅니다.

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지난 글: OSI 7계층 완전 이해

다음 글: 대역폭, 처리량, 지연이란

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