실제 인터넷의 동작 원리: TCP/IP 프로토콜

4과목 네트워크 영역의 핵심 강. 44강이 OSI 7계층으로 통신의 골격을 세웠다면, 45강은 실제 인터넷이 돌아가는 TCP/IP 4계층을 본격적으로 파고든다. TCP/IP 4계층 ★네인전응★, 인터넷 계층 5대 프로토콜 ★IP-ARIG★, 연결 설정 ★싸싹악★ 3-Way·연결 해제 ★파악파악★ 4-Way, Well-Known 포트 ★21F23T25S53D80H★, 오류 제어 ★정연(고셀)적★ ARQ — 여기에 IP 헤더·포트 번호·흐름/혼잡 제어까지 더해 정리한다. 매 회차 1~3문제가 나오는 빈출 단원으로, 44강 OSI 골격과 짝을 이뤄 네트워크 영역의 양대 축을 이룬다.

대단원 1 — TCP/IP 4계층 골격

TCP/IP — 인터넷의 실전 표준(De facto Standard) ·TCP/IP 개요·시험 단골·

[정의] TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol) = 서로 다른 기종의 컴퓨터끼리 데이터를 주고받기 위해 1960년대 후반 미국 국방부(DARPA) 프로젝트에서 탄생한 통신 프로토콜의 집합. 1983년 ARPANET이 공식 채택한 뒤 사실상의 표준(De facto Standard)으로 자리 잡았다. TCP/IP로 연결된 모든 망의 집합체가 곧 인터넷(Internet = INTERconnected NETwork).

[표] OSI 7계층 vs TCP/IP 4계층 — 이론 모델 vs 실전 모델

🔑 암기 OSI = 이론 표준(7), TCP/IP = 실전 표준(4). "인터넷의 실제 통신 모델은?" → TCP/IP. ⚠️ 함정 "인터넷 표준 = OSI" ❌ → OSI는 참조 모델, 실제 인터넷이 쓰는 것은 TCP/IP. 🎯 빈출 두 모델의 성격 구분·계층 수(7 vs 4) 단답형. 44강 OSI 골격 위에서 출발한다. 💡 OSI = 표준화 회의실에서 만든 설계도, TCP/IP = 현장에서 굳어진 실전 시스템.

★네인전응★ — TCP/IP 4계층 + 종합표 ·4계층 골격·시험 1순위·

[정의] TCP/IP는 통신을 4개 계층으로 나눈다. 아래(1층)에서 위(4층)로 네트워크 인터페이스 → 인터넷 → 전송 → 응용. 두음 ★네인전응★.

[표] ★네인전응★ (1층 → 4층)

[표] 4계층 종합표 — 이 한 장이 45강의 골격

🔑 암기 ★네인전응★ — 네트워크IF·인터넷·전송·응용 (1→4). 거꾸로 4→1은 응·전·인·네. ⚠️ 함정 "TCP/IP = 5계층" ❌ → 4계층. 계층 수·순서를 OSI 7과 섞는 보기가 단골. 🎯 빈출 4계층 순서 나열·계층별 프로토콜 매칭이 매 회차 1순위 문항. 📝 기출 기출 2 (4계층 순서)

OSI 7 → TCP/IP 4 매핑 — 7=4·상3합1·하2합1 ·4계층 골격·시험 단골·

[정의] 44강 OSI 7계층(★아프세전네대물★)을 TCP/IP 4계층(★네인전응★)으로 압축하는 규칙. 위 3층(응·표·세)을 응용 하나로, 아래 2층(대·물)을 네트워크 인터페이스 하나로 묶고, 가운데 2층(전·네)은 그대로 둔다.

[흐름] OSI 7 → TCP/IP 4 압축

  [OSI 7계층 · 아프세전네대물]              [TCP/IP 4계층 · 네인전응]

  7 응용 · 6 표현 · 5 세션   ──▶   4 응용 (응)                  · 상3합1
  4 전송                     ──▶   3 전송 (전)                  · 그대로
  3 네트워크                 ──▶   2 인터넷 (인)                · 그대로
  2 데이터링크 · 1 물리      ──▶   1 네트워크 인터페이스 (네)   · 하2합1

[표] 매핑 요약

🔑 암기 7=4 · 상3합1 · 하2합1. ★아프세전네대물★만 외우면 4계층은 자동으로 도출된다. ⚠️ 함정 "TCP/IP 응용 = OSI 응용 1개" ❌ → 응용+표현+세션 3개(5+6+7). 네트워크 인터페이스 = 데이터링크+물리(1+2). 🎯 빈출 "TCP/IP 응용 계층에 해당하는 OSI 계층은?" 단답형이 매년 단골.

대단원 2 — 인터넷 계층 (인)

★IP-ARIG★ — 인터넷 계층 5대 프로토콜 + 라우터 ·인터넷 계층·시험 1순위·

[정의] ★네인전응★의 인 — 인터넷 계층(TCP/IP 2층)은 경로 설정(라우팅)과 논리 주소(IP)를 담당한다. 5대 프로토콜을 두음 ★IP-ARIG★로 묶는다. 이 5종이 동작하는 장비가 44강 ★허리스브라게★의 라우터(IP 주소로 경로 선택).

[표] ★IP-ARIG★ — 인터넷 계층 5종

🔑 암기 ★IP-ARIG★ 5종은 모두 인터넷 계층(2). ARP = IP→MAC, RARP = MAC→IP(반대). 동작 장비 = 라우터. ⚠️ 함정 ARP 방향을 뒤집은 보기가 단골(44강에서 주소 변환 4종으로 자세히 다뤘다). SNMP는 이름에 'Network'가 들어가도 응용 계층(4) — IP-ARIG 5종에 없으면 인터넷 계층이 아니다. 🎯 빈출 "응용 계층 프로토콜이 아닌 것 / 인터넷 계층이 아닌 것"으로 IP-ARIG에 SNMP·DNS를 섞어 출제. 📝 기출 기출 7 (인터넷 계층 아닌 것 = SNMP) 💡 ICMP = 배송 사고 신고(목적지 없음·경로 없음을 송신자에게 보고). IGMP = 단체 채팅방 관리(가입·탈퇴).

IP 프로토콜 심화 — 비연결형·Best Effort·TTL·헤더 20B ·인터넷 계층·시험 1순위·

[정의] IP(Internet Protocol) = 인터넷 계층의 핵심. 사전 연결 없이 패킷을 보내는 비연결형(Connectionless) 프로토콜이며, 도착 여부·순서를 보장하지 않는 Best Effort 방식이다. 신뢰성은 상위 전송 계층(TCP)이 책임진다.

[표] IP 핵심 특성

[흐름] IP 헤더 — 기본 20 bytes

  IP 헤더 (기본 20 bytes · 옵션 포함 최대 60B)
  +-------------------------------------------+
  | Version | IHL | Total Length             |
  | TTL | Protocol | Header Checksum          |
  | Source IP Address              (32 bit)   |
  | Destination IP Address         (32 bit)   |
  +-------------------------------------------+

  단골 필드: Version(IPv4=4) · TTL(라우터 통과마다 -1) ·
            Protocol(TCP=6 / UDP=17) · 출발/도착 주소 각 32비트

🔑 암기 IP 헤더 기본 20바이트(160비트). 출발지·도착지 주소 각 32비트(IPv4). TTL은 라우터 1개 통과마다 1 감소, 0이 되면 폐기. ⚠️ 함정 "IP가 신뢰성을 보장한다" ❌ → IP는 Best Effort, 신뢰성은 TCP 책임. TTL의 역할(무한 루프 방지)을 헤더 길이 등으로 바꾸는 보기. 🎯 빈출 IP 헤더 크기(20B)·주소 길이(32비트)·TTL 역할이 단답형으로 매 회차 단골. IP 주소 체계(클래스·서브네팅)와 IPv6는 46강에서 계산까지 다룬다. 💡 IP = 일반우편 — 주소대로 보내주지만 도착 확인까지는 안 한다(그건 TCP의 일). TTL = 쿠폰 유효기간, 무한 루프 방지.

대단원 3 — 전송 계층 (전)

전송 계층 + 포트 번호 — 종단 간·소켓·포트 범위 ·전송 계층·시험 1순위·

[정의] 전송 계층(Transport · TCP/IP 3층) = 송신지와 수신지 사이 종단 간(End-to-End) 신뢰성 전송을 책임지고, 포트 번호로 어느 응용 프로그램에 전달할지 식별한다. 포트 번호는 16비트(0~65535)로 한 컴퓨터에 최대 65,536개. IP와 포트를 합친 IP:Port 쌍이 통신의 종단점인 소켓(Socket)이다.

[표] IP 주소 vs 포트 번호 vs 소켓

[표] 포트 번호 범위 3종

🔑 암기 포트 = 16비트(0~65535). 종단 간 = 전송 계층. Well-Known 0~1023. 소켓 = IP:Port. ⚠️ 함정 "종단 간 = 데이터링크" ❌ → 종단 간은 전송 4, 지점 간이 데이터링크 2(44강). 포트 범위를 섞는 보기. 🎯 빈출 "프로세스에 접근하기 위한 번호는?" → 포트. 포트 비트 수(16)·범위(0~65535)가 단답형 단골. 📝 기출 기출 4 (프로세스 접근 헤더 필드 = 포트) 💡 한 컴퓨터에 웹·메신저·이메일을 동시에 켜도 안 섞이는 이유 = 각각 다른 포트(호수)를 쓰기 때문.

TCP vs UDP — 7항목 + 헤더 20B/8B + Flags 6종 ·전송 계층·시험 1순위·

[정의] 전송 계층의 두 프로토콜. TCP는 연결형·신뢰성 중심, UDP는 비연결형·속도 중심. 44강에서 OSI 전송 계층 관점으로 7항목을 다뤘고, 여기서는 헤더 구조와 제어 비트(Flags)까지 본격적으로 본다.

[표] TCP vs UDP 7항목 (핵심 요약)

[흐름] TCP 헤더(20B) vs UDP 헤더(8B)

  TCP 헤더 (20 bytes 기본 · 옵션 포함 최대 60B)
  +-------------------------------------------+
  | Source Port (16) | Destination Port (16)  |
  | Sequence Number (32)                       |
  | Acknowledgement Number (32)                |
  | HLen | Flags(6) | Window Size (16)         |
  | Checksum (16)    | Urgent Pointer (16)     |
  +-------------------------------------------+

  UDP 헤더 (8 bytes 고정)
  +-------------------------------------------+
  | Source Port (16) | Destination Port (16)  |
  | Length (16)      | Checksum (16)          |
  +-------------------------------------------+

[표] TCP Flags 6종 (제어 비트)

🔑 암기 TCP = 연결형·세그먼트·20B·제어 O. UDP = 비연결형·데이터그램·8B·제어 X. Flags 6종 = URG·ACK·PSH·RST·SYN·FIN. ⚠️ 함정 "TCP 헤더 = 8B" ❌ → 8B는 UDP, TCP는 20B 기본. "UDP 헤더는 가변" ❌ → UDP = 8B 고정. "Flags에 PSH 없음" ❌ → 6종에 포함. 🎯 빈출 헤더 크기(20 vs 8)·PDU(세그먼트 vs 데이터그램)·연결성 뒤바꿈이 매 회차 1순위. Window Size = 16비트 → 최대 65,535B(약 64KB). 📝 기출 기출 3 (TCP 옳지 않은 것) 💡 TCP = 등기우편(확인·재전송·정렬, 느리지만 확실). UDP = 전단지 뿌리기(던지고 끝, 빠르지만 보장 없음).

대단원 4 — TCP 연결 관리

★싸싹악★ — 3-Way Handshake (연결 설정) ·연결 관리·시험 1순위·

[정의] TCP가 데이터를 보내기 전에 먼저 연결을 맺는 3단계 절차. SYN → SYN+ACK → ACK 순서로 두음 ★싸싹악★. 핵심은 2단계에서 서버가 SYN과 ACK를 한 번에 동시 전송하기 때문에 3단계로 끝난다는 점.

[흐름] 3-Way Handshake

   Client  ──── ① SYN ─────────▶  Server      싸 · "연결할까?"
   Client  ◀─── ② SYN+ACK ──────  Server      싹 · "그래, 나도 준비"
   Client  ──── ③ ACK ─────────▶  Server      악 · "확인! 연결 완료"
   ──────────────────────────────────────────────────────────
   연결 완료 → 이후 데이터 전송 시작

[표] 단계별 정리

🔑 암기 ★싸싹악★ = SYN → SYN+ACK → ACK. 2단계 SYN+ACK 동시 전송이 3단계의 핵심. ⚠️ 함정 "SYN → ACK → SYN+ACK" 순서 뒤바꿈이 매 회차 단골. 정답은 SYN → SYN+ACK → ACK. 🎯 빈출 단계별 화살표 그림·플래그 조합으로 매 회차 1순위 출제. 📝 기출 기출 1 (3-Way 순서) 💡 전화 통화 첫 인사 3단계 — "여보세요?"(SYN) → "네, 들려요!"(SYN+ACK) → "좋아요, 얘기합시다!"(ACK).

★파악파악★ — 4-Way Handshake (연결 해제) + 왜 3 vs 4 ·연결 관리·시험 1순위·

[정의] 연결을 끊을 때는 FIN → ACK → FIN → ACK 4단계가 필요하다. 두음 ★파악파악★. 설정은 3단계인데 해제는 왜 4단계인가 — 한쪽이 끊자고 해도 다른 쪽에 미처리 데이터가 남아 있을 수 있어 ACK를 먼저, FIN을 나중에 분리해 보내기 때문이다.

[흐름] 4-Way Handshake

   Client  ──── ① FIN ─────────▶  Server      파 · "이제 끊을게"
   Client  ◀─── ② ACK ──────────  Server      악 · "알겠어 (데이터 정리)"
   Client  ◀─── ③ FIN ──────────  Server      파 · "나도 정리 끝, 끊자"
   Client  ──── ④ ACK ─────────▶  Server      악 · "확인, 종료"

[표] 설정(3-Way) vs 해제(4-Way)

🔑 암기 설정 = ★싸싹악★ 3-Way(SYN+ACK 합쳐 3단계) / 해제 = ★파악파악★ 4-Way(ACK·FIN 분리 4단계). ⚠️ 함정 "TCP 연결 해제는 3-Way" ❌ → 해제는 4-Way. "해제 시 SYN 사용" ❌ → 해제는 FIN, SYN은 연결 시작용. 🎯 빈출 3 vs 4 단계 뒤바꿈·해제 플래그(FIN)가 매 회차 단골. 💡 카페 퇴장 4단계 — "갈게요!"(FIN) → "잠깐 계산서 정리"(ACK) → "정리 끝, 안녕히"(FIN) → "감사합니다!"(ACK).

대단원 5 — 응용 계층 (응)

응용 계층 + ★21F23T25S53D80H★ Well-Known 포트 ·응용 계층·시험 1순위·

[정의] ★네인전응★의 응 — 응용 계층(TCP/IP 4층, OSI 5+6+7 흡수). 사용자가 직접 쓰는 서비스에 더해 부호화·압축·암호화(표현 계층 일)와 세션 관리까지 흡수한다. 주요 프로토콜의 포트 번호 5개를 두음 ★21F23T25S53D80H★로 묶는다.

[표] ★21F23T25S53D80H★ — Well-Known 포트 5개

[표] 보조 포트 + 전송 프로토콜

🔑 암기 ★21F23T25S53D80H★ — 21F·23T·25S·53D·80H. 대부분 응용 계층은 TCP, DNS·SNMP만 UDP. ⚠️ 함정 "DNS = TCP" ❌ → 일반 조회는 UDP(53), 영역 전송·큰 응답만 TCP. "SNMP = 인터넷 계층" ❌ → SNMP = 응용 계층(4·161·UDP). FTP는 포트 2개(20 데이터·21 제어). 🎯 빈출 포트 ↔ 프로토콜 매칭, DNS/SNMP=UDP, FTP 2포트가 매 회차 단골. 📝 기출 기출 5 (Well-Known 포트 매칭) 💡 부호화·압축·암호화(표현 계층)와 세션 관리까지 모두 응용 계층에 흡수 — HTTPS의 TLS 암호화도 응용 계층 일.

대단원 6 — 흐름·오류·혼잡 제어

흐름 제어 — 정지-대기 vs 슬라이딩 윈도우 ·전송 제어·시험 단골·

[정의] 흐름 제어(Flow Control) = 송신측과 수신측의 처리 속도 차이를 조절해 수신 버퍼가 넘치지 않게 하는 기능. 2종을 분별한다.

[표] 흐름 제어 2종

[흐름] 슬라이딩 윈도우 (윈도우 크기 = 4)

  초기       : [1][2][3][4]  5  6  7 ...   ← 4개 동시 전송
  ① ACK 수신 : [2][3][4][5]  6  7 ...      ← 윈도우 1칸 슬라이드
  ② ACK 수신 : [3][4][5][6]  7 ...         ← 받은 만큼 오른쪽 이동

  윈도우 크기 = TCP 헤더 Window Size(16비트·최대 64KB)에서 결정

🔑 암기 "한 번에 하나만" = 정지-대기. "여러 개 동시" = 슬라이딩 윈도우(TCP). Window Size 16비트 → 최대 65,535B(약 64KB). ⚠️ 함정 "슬라이딩 윈도우 = 한 번에 하나" ❌ → 여러 개 동시. 정지-대기와 뒤바꿈. 🎯 빈출 두 방식 분별·Window Size 비트 수가 단답형 단골. TCP가 빠른 이유 = 슬라이딩 윈도우. 💡 정지-대기 = 1명 입장 후 나올 때까지 대기. 슬라이딩 윈도우 = 동시 4명 입장, 1명 나오면 1명 추가.

★정연(고셀)적★ — ARQ 4종 (오류 제어) ·오류 제어·시험 1순위·

[정의] ARQ(Automatic Repeat reQuest) = 오류가 검출되면 재전송을 요청하는 오류 제어 방식. 4종을 두음 ★정연(고셀)적★으로 묶는다. 연속 ARQ가 다시 고(Go-Back-N)·셀(Selective Repeat)로 갈린다.

[표] ★정연(고셀)적★ — ARQ 4종

🔑 암기 ★정연(고셀)적★ — 정지대기·고(Go-Back-N)·셀(Selective)·적응적. 고 = 전부 재전송, 셀 = 오류만 재전송. ⚠️ 함정 Go-Back-N과 Selective Repeat 뒤바꿈이 매 회차 단골. "오류 블록만 + 큰 버퍼 + 복잡" = Selective Repeat. 🎯 빈출 설명 → ARQ 기법 매칭. 고 vs 셀 분별이 결정 문항. 📝 기출 기출 6 (Selective Repeat) 💡 답안지 채점 비유 — 고(Go-Back-N) = 5번 틀리면 5번부터 전부 다시 / 셀(Selective) = 5번만 다시.

혼잡 제어 + TCP 신뢰성 5종 종합 ·전송 제어·시험 간헐·

[정의] 혼잡 제어(Congestion Control) = 네트워크 내부의 혼잡(과부하)을 송신측이 감지해 전송량을 조절하는 기능. 흐름 제어가 송·수신 양측 속도 차를 맞추는 것이라면, 혼잡 제어는 네트워크 전체 상태를 본다. TCP만 가진 기능(UDP에는 없음).

[표] 혼잡 제어 알고리즘

[표] TCP 신뢰성 5종 — 결합되어 완성

🔑 암기 혼잡 제어 = Slow Start(지수↑)·AIMD(가산↑/승산↓)·Fast Retransmit(중복 ACK 3회). TCP 신뢰성 5종 결합. ⚠️ 함정 "UDP도 혼잡 제어를 한다" ❌ → 흐름·혼잡 제어 모두 TCP만. UDP는 둘 다 없음. 🎯 빈출 TCP만의 기능(흐름·혼잡 제어) 묻기가 단골. 알고리즘 이름 매칭은 간헐. 🌟 이 카드는 TCP 신뢰성 전체를 한 컷으로 묶는 마무리 — 5종 결합만 잡으면 충분. 💡 AIMD = 고속도로 — 비면 천천히 가속(가산), 막히면 급히 감속(승산).

기출 다지기

[기출 1 출제] TCP가 연결을 설정할 때 사용하는 3-Way Handshake의 올바른 순서는? (올바른 순서 고르기)

• ① SYN → ACK → SYN+ACK
• ② SYN → SYN+ACK → ACK
• ③ ACK → SYN → SYN+ACK
• ④ SYN+ACK → SYN → ACK

[기출 2 출제] TCP/IP 프로토콜의 계층 구조를 하위(1계층)에서 상위(4계층)로 올바르게 나열한 것은? (올바른 순서 고르기)

• ① 응용 → 전송 → 인터넷 → 네트워크 인터페이스
• ② 네트워크 인터페이스 → 인터넷 → 전송 → 응용
• ③ 네트워크 인터페이스 → 전송 → 인터넷 → 응용
• ④ 물리 → 데이터링크 → 네트워크 → 전송

[기출 3 출제] TCP에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (옳지 않은 것 고르기)

• ① 신뢰성 있는 연결형 서비스를 제공한다
• ② 송수신 프로세스를 포트 번호로 다중화한다
• ③ 순서 제어·흐름 제어·오류 제어를 제공한다
• ④ 비연결형으로 데이터그램 단위로 전송한다

[기출 4 출제] TCP/UDP 헤더에서 송신·수신 프로세스(응용 프로그램)를 식별하기 위한 필드는? (해당 필드 고르기)

• ① 순서 번호 (Sequence Number)
• ② 확인 응답 번호 (Acknowledgement Number)
• ③ 윈도우 크기 (Window Size)
• ④ 송신지/수신지 포트 (Source/Destination Port)

[기출 5 출제] 포트 번호와 응용 계층 프로토콜의 연결이 옳지 않은 것은? (옳지 않은 것 고르기)

• ① 21 — FTP
• ② 23 — Telnet
• ③ 25 — SMTP
• ④ 80 — DNS

[기출 6 출제] 오류가 발생한 블록만 선택적으로 재전송하며, 수신측에 큰 버퍼와 복잡한 논리 회로를 요구하는 오류 제어 방식은? (해당 기법 고르기)

• ① 정지-대기 ARQ (Stop-and-Wait)
• ② Go-Back-N ARQ
• ③ 선택적 재전송 ARQ (Selective Repeat)
• ④ 적응적 ARQ (Adaptive)

[기출 7 출제] TCP/IP 인터넷 계층의 프로토콜에 해당하지 않는 것은? (옳지 않은 것 고르기)

• ① IP
• ② ICMP
• ③ IGMP
• ④ SNMP

한 장 요약

시험장 5분 — 6총사 즉답

4계층 마스터 표

핵심 함정 (매년 1회 이상)

핵심 수치: TCP 헤더 20B(최대 60B) · UDP 헤더 8B(고정) · IP 헤더 20B · 포트 16비트(0~65535) · Window 16비트(최대 64KB) · Well-Known 0~1023.