스택을 통과하는 패킷 추적하기

계층의 작동을 구체적으로 이해하기 위해 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 이동하는 하나의 메시지를 따라가 보겠습니다. 송신자 스택을 따라 데이터가 아래로 이동하고, 네트워크를 건너 수신자 스택을 따라 위로 올라가는 과정을 살펴보겠습니다. 전체 이동 과정을 보면 캡슐화, 주소 지정, 라우팅이 하나의 명확한 흐름으로 연결되고 모든 계층이 각자의 역할을 수행하는 방식도 알 수 있습니다.

송신 컴퓨터의 애플리케이션 계층에서 시작합니다. 브라우저가 웹 페이지 요청을 만든다고 가정해 보겠습니다. 이 원시 요청은 아직 네트워크 헤더가 없는 원래 데이터입니다. 애플리케이션은 이동을 시작하기 위해 데이터를 전송 계층으로 전달합니다. 이제부터 데이터가 네트워크를 향해 내려가면서 각 계층이 데이터를 감쌉니다.

전송 계층은 데이터가 올바른 서비스에 도달하도록 포트 번호가 담긴 헤더를 추가하고, TCP를 사용하면 안정성을 위해 순서 번호도 추가합니다. 이제 데이터는 세그먼트가 됩니다. 필요한 경우 전송 계층은 큰 데이터를 여러 세그먼트로 나누기도 합니다. 그런 다음 각 세그먼트를 주소 지정을 위해 인터넷 계층으로 전달합니다.

인터넷 계층은 출발지와 목적지 IP 주소가 들어 있는 IP 헤더로 세그먼트를 감싸 패킷을 만듭니다. 이 IP 주소는 종단 간 동일하게 유지되며 원래 송신자와 최종 수신자를 식별합니다. 이제 패킷은 중간에 몇 개의 네트워크가 있든 최종적으로 어느 장치에 도달해야 하는지 알 수 있습니다.

링크 계층은 로컬 네트워크에서 다음 장치의 MAC 주소와 오류 검사용 트레일러를 포함한 프레임으로 패킷을 감쌉니다. 프레임은 신호로 변환되어 매체를 통해 전송됩니다. 목적지 MAC 주소는 최종 장치가 아니라 다음 홉의 주소라는 점에 유의해야 합니다. 이것이 이동 과정에서 중요한 세부 사항입니다.

목적지가 다른 네트워크에 있다면 프레임은 먼저 라우터(기본 게이트웨이)로 이동합니다. 라우터는 프레임을 수신해 제거하고, 패킷의 IP 주소를 읽은 다음 다음 전달 위치를 결정합니다. 그런 다음 라우터는 다음 홉의 새로운 목적지 MAC 주소가 담긴 새 프레임을 만듭니다. 패킷은 유지되고 프레임은 새로 만들어집니다.

이 패턴은 경로상의 각 라우터에서 반복됩니다. 매 홉마다 해당 로컬 링크에 맞는 새로운 MAC 주소로 프레임을 다시 만들지만, 패킷과 패킷의 IP 주소는 그대로 유지됩니다. 따라서 링크 계층의 포장은 계속 바뀌지만 네트워크 계층의 주소 지정은 종단 간 유지됩니다. 패킷은 목적지 네트워크에 도착할 때까지 라우터에서 라우터로 이동합니다.

패킷이 최종 네트워크에 도착하면 마지막 장치가 프레임을 목적지 컴퓨터로 전달합니다. 이제 역캡슐화가 시작됩니다. 수신자는 스택을 따라 데이터를 위로 이동시키며 각 계층이 자체 헤더를 읽고 제거합니다. 송신자에서 아래로 내려간 여정은 수신자에서 위로 올라가는 여정으로 그대로 되풀이됩니다.

링크 계층은 프레임에 오류가 있는지 검사한 다음 프레임을 제거하여 패킷을 드러냅니다. 인터넷 계층은 목적지 IP를 확인하고 IP 헤더를 제거합니다. 전송 계층은 포트를 읽고, 필요한 경우 세그먼트의 순서를 바로잡아 다시 조립한 뒤 정리된 데이터를 상위 계층으로 전달합니다. 각 계층은 송신자의 대응 계층이 수행한 작업을 정확히 되돌립니다.

마지막으로 수신자의 애플리케이션 계층은 송신자가 만든 원래 데이터인 웹 요청을 그대로 받습니다. 수신 서비스는 이를 처리하고, 같은 경로를 반대로 이동하는 응답을 보냅니다. 메시지는 네트워크를 건넜지만 애플리케이션 입장에서는 마치 서로 직접 통신한 것처럼 보입니다.

메시지는 송신자 스택을 따라 아래로 이동하며 전송 헤더를 얻어 세그먼트가 되고, IP 헤더를 얻어 패킷이 되며, 링크 헤더를 얻어 프레임이 됩니다. 라우터를 통과할 때는 프레임이 매 홉마다 새로 만들어지지만 패킷은 그대로 유지됩니다. 그런 다음 수신자 스택을 따라 위로 올라가며 각 헤더가 제거됩니다. 이 아래로-가로질러-위로 이어지는 경로가 모든 네트워크 통신이 실제로 이루어지는 방식입니다.

패킷이 라우터를 통과할 때 무엇이 그대로 유지되고, 각 홉에서 무엇이 바뀌나요?

패킷의 이동을 따라가 보면, 송신자에서 데이터는 내려가며 세그먼트(포트), 패킷(종단 간 IP 주소), 프레임(다음 홉의 MAC)이 됩니다. 각 라우터에서는 새로운 MAC 주소로 프레임을 다시 만들지만 패킷과 IP 주소는 변하지 않습니다. 목적지에 도착하면 각 계층이 헤더를 제거하면서 데이터가 올라가고, 원래 메시지가 애플리케이션에 전달됩니다. 아래로, 가로질러, 위로 이동합니다.