OSI 7 Layers - 4. Transport Layer

Transport Layer(전송 계층)

전송 계층은 OSI 모델의 4 번째 계층으로, 종단 간 (end-to-end) 통신을 담당한다.
이 계층은 상위 계층에서 받은 데이터를 세그먼트로 분할하고, 목적지에서 다시 조립하여 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다.

전송 계층은 네트워크 통신의 신뢰성과 효율성을 보장하는 중요한 역할을 수행하며, 상위 계층의 애플리케이션에 투명한 데이터 전송 서비스를 제공한다.

역할과 기능

1. 세그멘테이션과 재조립: 데이터를 세그먼트로 분할하고 목적지에서 재조립한다.
2. 연결 제어: 연결 지향적 (TCP) 또는 비연결형 (UDP) 서비스를 제공한다.
3. 흐름 제어: 송신자와 수신자 간의 데이터 전송 속도를 조절한다.
4. 오류 제어: 데이터 전송 중 발생한 오류를 감지하고 수정한다.
5. 다중화와 역다중화: 여러 애플리케이션의 데이터를 하나의 연결로 전송하고 수신 시 분리한다.

세그멘테이션 (Segmentation)

• 상위 계층에서 받은 큰 데이터를 더 작은 단위인 세그먼트로 나누는 과정이다.
• 효율적인 오류 처리: 세그먼트 단위로 오류를 처리할 수 있어, 문제가 발생했을 때 해당 세그먼트만 재전송하면 된다.
• 네트워크 자원의 효율적 사용: 작은 단위로 나누어 전송함으로써 네트워크 대역폭을 효율적으로 사용할 수 있다.
• 다중화 (Multiplexing) 가능: 여러 애플리케이션의 데이터를 동시에 전송할 수 있다.
• 작동 방식
  1. 데이터 분할 애플리케이션 계층에서 받은 데이터를 적절한 크기의 세그먼트로 나눈다.
     TCP 의 경우, Maximum Segment Size(MSS) 를 기준으로 데이터를 나눈다.
     MSS 는 일반적으로 MTU 에서 IP 와 TCP 헤더 크기를 뺀 값이다.
  2. 순서 번호 할당 각 세그먼트에는 순서 번호 (Sequence Number) 가 부여된다.
     이는 수신측에서 데이터를 올바른 순서로 재조립할 수 있게 해준다.
  3. 헤더 추가 각 세그먼트에는 TCP 또는 UDP 헤더가 추가된다.
     TCP 헤더의 경우 다음과 같은 중요한 정보를 포함한다:
     • 출발지/목적지 포트 번호
     • 순서 번호 (Sequence Number)
     • 확인 응답 번호 (Acknowledgment Number)
     • 윈도우 크기
     • 체크섬
• 세그멘테이션 관련 고려사항
  1. 세그먼트 크기 선택
     • 너무 크면: 재전송 시 비효율적
     • 너무 작으면: 헤더 오버헤드 증가
     • 최적의 크기 선택이 중요
  2. 버퍼 관리: 수신측에서 세그먼트를 저장하고 재조립할 수 있는 충분한 버퍼 공간이 필요하다.
  3. 타이밍 관리: 재전송 타이머, 확인 응답 대기 시간 등을 적절히 관리해야 한다.
• TCP 와 UDP 의 세그멘테이션 차이
  • TCP 와 UDP 는 세그멘테이션을 다르게 처리한다.
  • TCP 의 세그멘테이션:
    • 신뢰성 있는 전송을 보장
    • 순서 보장
    • 흐름 제어와 혼잡 제어 제공
    • 세그먼트 손실 시 재전송
  • UDP 의 세그멘테이션:
    • 단순히 데이터그램으로 나누기만 함
    • 순서 보장 없음
    • 신뢰성 보장 없음
    • 더 빠른 전송 가능

특징

• 종단 간 통신을 제공한다.
• 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다.
• 포트 번호를 사용하여 애플리케이션을 식별한다.

port (포트)
네트워크에서 서로 다른 프로세스들이 통신할 수 있도록 구분해주는 논리적인 접속 위치.
각 포트는 16 비트 숫자로 표현되며, 범위는 0~65535
역할

• 데이터 트래픽 분류: 포트는 컴퓨터가 받는 네트워크 트래픽을 종류별로 구분하는 데 도움을 준다.
• 서비스 식별: 각 포트는 특정 서비스나 애플리케이션과 연결되어 있어, 데이터가 어떤 서비스로 전달되어야 하는 식별
• 다중화 (Multiplexing): 하나의 네트워크 연결을 통해 여러 서비스나 애플리케이션이 동시에 통신할 수 있게 됨.
  기능
• 통신 엔드포인트 제공: 네트워크 상의 특정 서비스나 프로세스와의 통신을 위한 엔드포인트
• 데이터 라우팅: 들어오는 데이터를 올바른 애플리케이션이나 서비스로 전달
• 프로토콜 구분: 각 포트는 특정 네트워크 프로토콜 (예: HTTP(80), HTTPS(443), FTP(21), SMTP(25)) 과 연관되어 있어 프로토콜 별 통신을 가능하게 함.
• 동시 연결 관리: 하나의 IP 주소에서 여러 개의 네트워크 연결을 동시에 관리할 수 있게 한다.

데이터 단위와 구조

데이터 단위: 세그먼트 (TCP) 또는 데이터그램 (UDP)
기본 구조: 헤더 + 데이터
헤더 필드:

• 출발지 포트 번호
• 목적지 포트 번호
• 시퀀스 번호 (TCP)
• 확인 응답 번호 (TCP)
• 체크섬

작동 방식

1. 애플리케이션 계층에서 데이터를 받는다.
2. 데이터를 세그먼트로 분할한다.
3. 각 세그먼트에 헤더를 추가한다.
4. 네트워크 계층으로 세그먼트를 전달한다.
5. 수신 측에서는 세그먼트를 재조립하여 애플리케이션 계층으로 전달한다.

주요 프로토콜

1. TCP (Transmission Control Protocol):
   • 연결 지향적이고 신뢰성 있는 데이터 전송을 제공한다.
   • 데이터의 순서를 보장하고 손실된 데이터를 재전송한다.
   • 흐름 제어와 혼잡 제어 제공
   • 3-way handshake: TCP 연결을 설정하는 과정.
     1. SYN: 연결 요청
     2. SYN-ACK: 요청 승인
     3. ACK: 연결 설정 완료
   • 4-way Handshake: 클라이언트와 서버 간의 연결을 종료하는 과정.
     1. FIN (클라이언트 → 서버): 클라이언트가 연결 종료를 요청.
     2. ACK (서버 → 클라이언트): 서버가 FIN 을 받았음을 확인. 클라이언트→서버 방향의 연결이 닫힌다.
     3. FIN (서버 → 클라이언트): 서버가 모든 데이터 전송을 완료하고 연결 종료를 요청한다.
     4. ACK (클라이언트 → 서버): 클라이언트가 서버의 FIN 을 확인한다.
2. UDP (User Datagram Protocol):
   • 비연결형이고 신뢰성이 낮지만 빠른 전송을 제공한다.
   • 순서나 신뢰성 보장 없음
   • 실시간 애플리케이션에 적합하다.

주의 사항

• 네트워크 혼잡을 방지하기 위한 적절한 흐름 제어가 필요하다.
• TCP 와 UDP 의 특성을 이해하고 적절히 선택해야 한다.
• 포트 번호 충돌을 피해야 한다.

용어 정리

참고 및 출처

1. 주제의 분류 적절성

전송 계층 (Transport Layer) 은 “Computer Science and Engineering > Computer Science Fundamentals > Networking Knowledge > Layered Network Models > OSI 7Layers” 분류에 완전히 적합하다. OSI 7 계층의 네 번째 계층으로, 네트워크 통신에서 애플리케이션 간 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당한다 [1][19].

2. 200 자 요약

전송 계층은 OSI 7 계층 중 4 계층으로, 애플리케이션 간 데이터의 신뢰성 있는 종단 간 (end-to-end) 전송을 보장한다. 데이터 분할 (세그먼트화), 오류 제어, 흐름 제어, 혼잡 제어, 포트 기반 다중화 등 다양한 기능을 제공하며, TCP, UDP 등 주요 프로토콜이 이 계층에서 동작한다 [2][3][15][17].

3. 250 자 내외 개요

전송 계층 (Transport Layer) 은 네트워크 계층과 세션 계층 사이에서 애플리케이션 간의 종단 간 통신을 지원한다. 데이터 세그먼트화, 순서 보장, 오류 제어, 흐름 제어, 혼잡 제어, 포트 기반 다중화 및 주소 지정 등의 기능을 제공하며, TCP(Transmission Control Protocol) 와 UDP(User Datagram Protocol) 가 대표 프로토콜이다. 이 계층은 신뢰성, 효율성, 데이터 무결성을 보장해 다양한 네트워크 환경에서 안정적인 데이터 교환을 실현한다 [3][17][18][19].

4. 핵심 개념

• 정의: 전송 계층은 서로 다른 호스트의 애플리케이션 간에 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 계층으로, 데이터 세그먼트화, 오류 및 흐름 제어, 혼잡 제어, 다중화, 포트 주소 지정 기능을 제공한다 [2][3][17][18].
• 주요 프로토콜: TCP(연결지향, 신뢰성 보장), UDP(비연결지향, 빠른 전송)[2][3][17].
• 포트 (Port): 애플리케이션 식별 및 다중화/역다중화에 사용 [3][17][19].
• 세그먼트 (Segment): 전송 계층의 데이터 단위 [19].
• 종단 간 통신: 송신 애플리케이션에서 수신 애플리케이션까지의 논리적 연결 및 데이터 전송 [2][3][6][17].

5. 상세 조사 및 정리

배경

• 네트워크 계층은 패킷을 목적지까지 전달하지만, 애플리케이션 간 신뢰성, 순서 보장, 오류 복구 등은 지원하지 않음.
• 전송 계층은 이러한 신뢰성, 데이터 무결성, 효율성 보장을 위해 도입됨 [3][6][17][19].

목적 및 필요성

• 애플리케이션 간 종단 간 신뢰성 보장 및 데이터 무결성 확보
• 데이터 손실, 중복, 순서 오류, 혼잡 등 네트워크 환경에서 발생할 수 있는 문제 해결 [2][3][6][18][20]

주요 기능 및 역할

• 세그먼트화/재조립: 큰 데이터를 세그먼트로 분할, 수신 측에서 재조립 [3][17][19]
• 오류 제어: 체크섬, ACK/NACK, 재전송 등으로 데이터 무결성 보장 [2][3][6][20]
• 흐름 제어: 송수신 속도 차이 조절 (슬라이딩 윈도우 등)[3][6][17][18]
• 혼잡 제어: 네트워크 혼잡 감지 및 전송 속도 조절 (예: TCP Slow Start)[3][6][17][18][20]
• 다중화/역다중화: 포트 번호로 여러 애플리케이션 데이터 구분 및 전달 [3][6][17][19]
• 연결 관리: 연결 설정, 유지, 종료 (TCP 의 3-way handshake 등)[2][3][17][19]

특징

• 종단 간 (end-to-end) 신뢰성 보장
• 포트 기반 애플리케이션 식별
• 연결지향/비연결지향 프로토콜 모두 지원
• 데이터 흐름 및 혼잡 제어 기능 내장

핵심 원칙

• 신뢰성 (오류/순서/손실/중복 제어)
• 효율성 (혼잡/흐름 제어)
• 확장성 (다중화, 포트 기반 통신)
• 표준화 및 상호운용성

주요 원리 및 작동 원리

• 송신 측: 애플리케이션 데이터 → 세그먼트화 → 포트 번호 부여 → 오류/흐름/혼잡 제어 → 네트워크 계층 전달
• 수신 측: 세그먼트 수신 → 오류/순서 확인 → 재조립 → 포트 번호 기반 애플리케이션에 전달

다이어그램

1
2
3
4
5
6
7
8
9

[Application]
   ↓
[Transport Layer: Segmentation, Port, Control]
   ↓
[Network Layer: Packetizing, Routing]
   ↓
[Data Link Layer]
   ↓
[Physical Layer]

송수신 양쪽에서 전송 계층이 데이터 세그먼트화, 오류/흐름/혼잡 제어, 포트 기반 다중화/역다중화 수행

구조 및 아키텍처

필수 구성요소

선택 구성요소

구조 다이어그램

1
2
3
4
5
6
7

[Application1]        [Application2]
     |                     |
  [Port 5000]           [Port 6000]
     |                     |
  [Transport Layer]   [Transport Layer]
     |                     |
   [Network Layer]    [Network Layer]

각 애플리케이션은 포트 번호로 구분되어 전송 계층에서 다중화/역다중화 처리

원인, 영향, 탐지 및 진단, 예방 방법, 해결 방법 및 기법

• 원인: 네트워크 혼잡, 오류, 패킷 손실, 포트 충돌, 연결 실패 등 [5][20]
• 영향: 데이터 손실, 중복, 지연, 연결 단절, 서비스 장애
• 탐지/진단: 체크섬, ACK/NACK, 네트워크 모니터링, 패킷 분석, 포트 스캔 [5]
• 예방/해결: 오류/흐름/혼잡 제어 알고리즘, 포트 관리, TLS/SSL 적용, 연결 재설정

구현 기법

장점과 단점

도전 과제 및 해결책

• 혼잡 제어 한계: 네트워크 환경 변화에 따른 최적화 필요 → AI 기반 적응형 혼잡 제어, 멀티패스 활용 [13]
• 보안 위협: 포트 스캔, 세션 하이재킹 등 → TLS/SSL, 포트 필터링, 세션 관리 강화 [12][20]
• 실시간성 요구: 저지연, 고신뢰성 동시 요구 → UDP, 멀티패스, QoS 적용

분류에 따른 종류 및 유형

실무 적용 예시

활용 사례

상황 시나리오: 웹 서버와 클라이언트 간 보안 데이터 전송

• 시스템 구성: 클라이언트 (브라우저) ↔ 인터넷 ↔ 웹 서버 (TCP/443, TLS)
• Workflow: 브라우저가 HTTPS 요청 → TCP 3-way handshake → TLS 핸드셰이크 (암호화) → 데이터 세그먼트화 및 전송 → 오류/흐름/혼잡 제어 → 서버에서 데이터 수신 및 복원
• 주요 역할: 신뢰성, 순서, 오류/흐름/혼잡 제어, 암호화 및 인증

시스템 구성 다이어그램

1

[클라이언트] --(TCP/443, TLS)--> [웹 서버]

Workflow

1. 클라이언트가 TCP 연결 요청 (3-way handshake)
2. TLS 핸드셰이크로 암호화 채널 생성
3. 데이터 세그먼트화 및 전송
4. 오류/흐름/혼잡 제어
5. 서버에서 데이터 수신 및 복원

실무에서 효과적으로 적용하기 위한 고려사항 및 주의할 점

최적화하기 위한 고려사항 및 주의할 점

8. 2025 년 기준 최신 동향

9. 주제와 관련하여 주목할 내용

10. 앞으로의 전망

11. 하위 주제별 추가 학습 내용

12. 관련 분야 추가 학습 주제

용어 정리

참고 및 출처

• OSI 7계층 설명 - Imperva
• Transport Layer Classification and Security - SNS Courseware (PDF)
• Transport layer - Wikipedia
• Transport Layer | Layer 4 - The OSI-Model
• Understanding the Transport Layer: A Beginner’s Guide - Coursera
• Transport Layer - an overview | ScienceDirect Topics
• Transport Layer: Design issues - Dr. Balvinder Taneja
• Transport Layer Security Market Size, Growth Report, 2032
• The Past, Present, and Future of Transport-Layer Multipath - arXiv (PDF)
• OSI model - Wikipedia
• OSI Model: The 7 Layers of Network Architecture - BMC Software

Citations:
[1] https://www.imperva.com/learn/application-security/osi-model/
[2] https://ce.snscourseware.org/files/1729073858.pdf
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Transport_layer
[4] https://velog.io/@hseop/Chap-3-Transport-Layer-dmgnfs01
[5] https://www.colasoft.com/help/7.7/html/diagnosis_transportn.html
[6] https://www.pvpsiddhartha.ac.in/dep_it/lecture%20notes/CN/UNIT%204.pdf
[7] https://www.radware.com/cyberpedia/application-security/the-osi-model-breaking-down-its-seven-layers/
[8] https://www.startus-insights.com/innovators-guide/transportation-trends/
[9] https://www.satellitetoday.com/government-military/2023/05/02/space-development-agency-targets-tranche-2-transport-layer-launches-for-2026/
[10] https://blog.kubapay.com/six-future-trends-in-public-transport-in-2025-our-predictions
[11] https://www.scribd.com/presentation/429476278/8-IMP-QNS-pptx
[12] https://univdatos.com/ko/reports/transport-layer-security-market
[13] https://arxiv.org/pdf/1601.06043.pdf
[14] https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/transport-layer
[15] https://www.coursera.org/articles/transport-layer
[16] https://www.pynetlabs.com/what-is-osi-model-in-computer-network/
[17] https://osi-model.com/transport-layer/
[18] https://www.bmc.com/blogs/osi-model-7-layers/
[19] https://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model
[20] https://drbtaneja.com/transport-layer-design-issues/
[21] https://unstop.com/blog/transport-layer-protocols
[22] https://www.coppjournal.org/journal/view.html
[23] https://www.maersk.com/insights/integrated-logistics/2025/03/27/logistics-trend-map-exploring-global-logistics-trends-2025
[24] https://defensescoop.com/2024/10/09/sda-plans-third-tranche-data-transport-missile-tracking-satellites/
[25] https://www.onway1.com/the-future-of-transport-logistics-trends-to-watch-in-2025
[26] https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/Transport-layer
[27] https://www.itf-oecd.org/itf-transport-outlook-2023
[28] http://www.princeton.edu/~chiangm/transport
[29] https://www.recw.ac.in/v1.8/wp-content/uploads/2021/03/CN-UNIT-4.pdf
[30] https://www.linkedin.com/pulse/what-osi-model-how-explain-remember-its-7-layers-hector-cardenas-l4cmc
[31] https://aws.amazon.com/what-is/osi-model/
[32] https://www.slideshare.net/slideshow/transport-layer-features-and-functionality/71386881
[33] https://www.cse.wustl.edu/~jain/cse473-24/ftp/i_3tcpz.pdf
[34] https://www.lkouniv.ac.in/site/writereaddata/siteContent/202003291621085570shruti_saxena_engg_COMPUTER_NETWORK_3.pdf
[35] https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:463253/FULLTEXT01.pdf
[36] https://www.yomu.ai/blog/data-transmission-security-2025-guide
[37] https://www.openpr.com/news/3933028/transport-layer-security-market-2025-business-outlook
[38] https://study-ccna.com/transport-layer/
[39] https://velog.io/@cgotjh/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC-OSI-7-%EA%B3%84%EC%B8%B5-OSI-7-LAYER-%EA%B8%B0%EB%B3%B8-%EA%B0%9C%EB%85%90-%EA%B0%81-%EA%B3%84%EC%B8%B5-%EC%84%A4%EB%AA%85
[40] https://www.kentik.com/kentipedia/network-architecture/
[41] https://www.tutorialspoint.com/Advantages-and-Disadvantages-of-the-TCP-IP-Model
[42] https://connectedfleet.michelin.com/blog/9-trends-in-the-transportation-and-logistics-industry-to-look-out-for/
[43] https://blog.j2sw.com/networking/the-future-of-networking-emerging-protocols-to-watch-in-2025/
[44] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468519421001750
[45] https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/OSI
[46] https://stackoverflow.com/questions/10220309/what-are-the-functions-of-the-transport-layer
[47] https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/344588.344609
[48] https://www.autosar.org/fileadmin/standards/R21-11/CP/AUTOSAR_SWS_CANTransportLayer.pdf
[49] https://lightyear.ai/tips/what-is-transport-layer-security
[50] https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc7971.html
[51] https://onturtle.eu/en/changes-in-logistics-and-transportation-in-2025/
[52] https://gateatzeal.com/blogs/10-essential-gate-computer-network-important-topics-you-must-study-for-success-in-2025/
[53] https://www.itf-oecd.org/itf-transport-outlook-project
[54] https://www.sfu.ca/~ljilja/ENSC835/Spring11/News/Kurose_Ross/PowerPoint/Chapter3_16_Oct_2010.pdf
[55] https://www.learncisco.net/courses/icnd-1/building-a-network/host-to-host-communications.html
[56] https://www.forcepoint.com/cyber-edu/osi-model
[57] https://imada.sdu.dk/~jamik/dm557-19/material/Lecture-03.pdf
[58] https://www.a1.digital/knowledge-hub/tcp-ip-explained/
[59] https://www.datainsightsmarket.com/reports/transport-layer-security-465709
[60] https://www.oecd.org/en/publications/itf-transport-outlook_25202367.html
[61] https://sites.cs.ucsb.edu/~pconrad/files/paper016.pdf
[62] https://w3.cs.jmu.edu/kirkpams/OpenCSF/Books/csf/html/TransLayer.html
[63] https://web.socaspot.org/fetch.php/libweb/1123732/Computer_Networking_A_Top_Down_Approach_6th_Solutions.pdf
[64] https://cs.wmich.edu/~gupta/teaching/cs555/spring05/hw5%20files/4-note-transportLayer.pdf
[65] https://www.enterprisenetworkingplanet.com/standards-protocols/what-is-the-osi-model/
[66] https://cargofive.com/industry-trends-shaping-future-of-logistics-freight-management/
[67] https://terranorbital.com/terran-orbitals-tyvak-awarded-254-million-prototype-agreement-for-tranche-2-transport-layer-t2tl-gamma-for-space-development-agency/
[68] https://lightyear.ai/tips/what-are-transport-layer-protocols
[69] https://networkwalks.com/transport-layer-of-osi-model-layer-4/
[70] https://github.com/VasanthVanan/computer-networking-top-down-approach-notes/blob/main/Chapter%203:%20Transport%20Layer.md
[71] https://kr.mathworks.com/help/rtw/ug/creating-a-tcp-ip-transport-layer-for-external-communication.html

물론입니다. 전송 계층 (Transport Layer) 에 대한 심층적인 분석을 아래와 같이 정리해드리겠습니다.

1. 주제의 분류 적절성

• 분류: “Computer Science and Engineering” > “Computer Science Fundamentals” > “Networking Knowledge” > “Layered Network Models” > “OSI 7Layers”

• 적절성 평가: 전송 계층은 OSI 7 계층 모델의 4 번째 계층으로, 네트워크 통신의 핵심 요소 중 하나입니다. 따라서 해당 분류는 주제의 특성과 정확히 일치하며, 적절합니다.

2. 주제 요약 (200 자 내외)

전송 계층은 OSI 모델의 4 번째 계층으로, 종단 간 데이터 전송의 신뢰성과 효율성을 보장합니다. TCP 와 UDP 프로토콜을 통해 연결 지향 및 비연결 지향 통신을 지원하며, 데이터의 분할, 흐름 제어, 오류 검출 등의 기능을 수행합니다.

3. 전체 개요 (250 자 내외)

전송 계층은 네트워크 통신에서 응용 프로그램 간의 데이터 전송을 관리하는 핵심 계층입니다. 이 계층은 데이터의 정확한 전달을 위해 세그먼트화, 재조립, 흐름 제어, 오류 검출 및 복구 등의 기능을 제공합니다. TCP 와 UDP 는 전송 계층의 주요 프로토콜로, 각각 신뢰성 있는 연결 지향 통신과 빠른 비연결 지향 통신을 지원합니다.

4. 핵심 개념

• 세그먼트화 (Segmentation): 응용 계층에서 받은 데이터를 전송 가능한 크기로 분할합니다.

• 재조립 (Reassembly): 수신 측에서 세그먼트를 원래의 데이터로 재조립합니다.

• 연결 관리 (Connection Management): TCP 의 경우, 연결 설정 (3-way handshake), 유지, 종료 (4-way handshake) 를 관리합니다.

• 흐름 제어 (Flow Control): 수신 측의 처리 능력을 고려하여 데이터 전송 속도를 조절합니다.

• 오류 제어 (Error Control): 데이터 전송 중 발생할 수 있는 오류를 검출하고 복구합니다.

• 다중화/역다중화 (Multiplexing/Demultiplexing): 여러 응용 프로그램이 동시에 네트워크를 사용할 수 있도록 포트 번호를 사용하여 데이터를 구분합니다.

5. 상세 조사 내용

목적 및 필요성

전송 계층은 응용 프로그램 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하며, 네트워크 계층의 비신뢰성으로부터 응용 계층을 보호합니다.

주요 기능 및 역할

• TCP: 신뢰성 있는 연결 지향 통신을 제공하며, 데이터의 순서 보장, 오류 검출 및 복구, 흐름 제어, 혼잡 제어 등을 수행합니다.

• UDP: 빠른 비연결 지향 통신을 제공하며, 실시간 응용 프로그램에 적합합니다.

특징

• TCP: 연결 지향, 신뢰성 보장, 순서 보장, 오류 복구 기능 포함

• UDP: 비연결 지향, 빠른 전송 속도, 신뢰성 미보장

핵심 원칙

• 신뢰성 보장: 데이터의 정확한 전달을 보장합니다.

• 효율성: 데이터 전송의 효율성을 높입니다.

• 유연성: 다양한 응용 프로그램의 요구 사항을 충족합니다.

주요 원리 및 작동 원리

• TCP 의 3-way handshake: 연결 설정을 위한 세 단계의 절차입니다.

• TCP 의 4-way handshake: 연결 종료를 위한 네 단계의 절차입니다.

• UDP 의 비연결 통신: 연결 설정 없이 데이터를 전송합니다.

구조 및 아키텍처

• TCP 헤더: 소스 포트, 목적지 포트, 시퀀스 번호, 확인 응답 번호, 플래그, 윈도우 크기, 체크섬, 긴급 포인터 등으로 구성됩니다.

• UDP 헤더: 소스 포트, 목적지 포트, 길이, 체크섬 등으로 구성됩니다.

구성 요소

• 필수 구성 요소:

  • 포트 번호: 응용 프로그램을 식별합니다.

  • 시퀀스 번호 및 확인 응답 번호: 데이터의 순서를 보장합니다.

  • 체크섬: 오류 검출을 수행합니다.

• 선택 구성 요소:

  • 윈도우 크기: 흐름 제어에 사용됩니다.

  • 긴급 포인터: 긴급 데이터를 처리합니다.

원인, 영향, 탐지 및 진단, 예방 방법, 해결 방법 및 기법

• 원인: 네트워크 혼잡, 패킷 손실, 오류 발생 등

• 영향: 데이터 전송 지연, 오류 발생, 연결 종료 등

• 탐지 및 진단: 체크섬, 시퀀스 번호, ACK 등을 활용한 오류 검출

• 예방 방법: 혼잡 제어, 흐름 제어, 재전송 메커니즘 등

• 해결 방법 및 기법: 재전송, 윈도우 크기 조절, 연결 재설정 등

구현 기법

• TCP 구현: 3-way handshake, 시퀀스 번호 관리, 흐름 제어, 혼잡 제어, 오류 검출 및 복구 등

• UDP 구현: 간단한 헤더 구조, 빠른 전송 속도, 오류 검출 기능 등 (NetworkLessons.com)

장점과 단점

도전 과제

• 혼잡 제어: 네트워크 혼잡 시 데이터 전송 속도를 조절하여 혼잡을 완화해야 합니다.

• 실시간 통신 지원: 실시간 응용 프로그램에서의 신뢰성과 지연 시간 간의 균형을 유지해야 합니다.

분류에 따른 종류 및 유형

실무 적용 예시

활용 사례

• 상황: 온라인 게임 서버 구축

• 시스템 구성: 클라이언트와 서버 간의 UDP 기반 통신

• 워크플로우:

  1. 클라이언트에서 사용자 입력을 서버로 전송

  2. 서버에서 게임 상태를 계산하여 클라이언트로 전송

  3. 클라이언트에서 게임 상태를 렌더링

• 역할: UDP 를 통해 빠른 데이터 전송을 실현하여 실시간 게임 플레이를 지원 (Imperva)

실무에서 효과적으로 적용하기 위한 고려사항 및 주의할 점

물론입니다. " 실무에서 효과적으로 적용하기 위한 고려사항 및 주의할 점 " 부터 이어서 계속 정리하겠습니다.

실무에서 효과적으로 적용하기 위한 고려사항 및 주의할 점 (계속)

최적화하기 위한 고려사항 및 주의할 점

8. 2025 년 기준 최신 동향

9. 주제와 관련하여 주목할 내용

10. 앞으로의 전망

11. 하위 주제로 분류해서 추가 학습해야 할 내용

12. 관련 분야별 추가 학습 주제

용어 정리

참고 및 출처

• Cisco OSI Model - Transport Layer

• IETF QUIC Working Group

• Google BBR Project

• Wireshark 공식 사이트

• RFC 9293 - TCP Specification

• Cloudflare: What is QUIC?

안녕하세요! IT 백엔드 개발자로서 전송 계층 (Transport Layer) 에 대해 체계적으로 조사하고 정리해드리겠습니다.

이제 전송 계층 (Transport Layer) 에 대한 체계적인 조사를 시작하겠습니다.

1. 주제 분류 적절성 조사

조사 결과, “Computer Science and Engineering” > “Computer Science Fundamentals” > “Networking Knowledge” > “Layered Network Models” > “OSI 7Layers” 의 분류는 적절합니다. 전송 계층 (Transport Layer) 은 OSI 7 계층 모델의 4 계층으로서, 컴퓨터 과학의 기본 네트워킹 지식에 해당하며 계층화된 네트워크 모델의 핵심 구성 요소입니다.

2. 요약 설명 (200 자 내외)

전송 계층 (Transport Layer) 은 OSI 7 계층 모델의 4 계층으로, 종단 간 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당합니다. TCP 와 UDP 프로토콜을 통해 오류 제어, 흐름 제어, 혼잡 제어 기능을 제공하며, 세그먼트화와 재조립을 통해 응용 프로그램 간의 통신을 가능하게 하는 핵심 계층입니다.

3. 전체 개요 (250 자 내외)

전송 계층은 네트워크 상의 종단 간 통신을 담당하는 OSI 모델의 4 계층입니다. 주요 프로토콜인 TCP(연결 지향) 와 UDP(비연결 지향) 를 통해 서로 다른 특성의 서비스를 제공합니다. 포트 번호를 통한 다중화/역다중화, 오류 검출 및 복구, 흐름 제어, 혼잡 제어 등의 기능을 수행하여 응용 계층에 신뢰성 있는 데이터 전달 서비스를 제공합니다. 현대에는 QUIC, SCTP 등의 새로운 프로토콜도 등장하고 있습니다.

4. 핵심 개념

기본 개념

• 전송 계층 (Transport Layer): OSI 모델의 제 4 계층으로 종단 간 데이터 전송을 담당
• TCP (Transmission Control Protocol): 연결 지향적이고 신뢰성 있는 전송 프로토콜
• UDP (User Datagram Protocol): 비연결 지향적이고 빠른 전송 프로토콜
• 세그먼트 (Segment): 전송 계층에서 처리되는 데이터 단위
• 포트 번호 (Port Number): 응용 프로그램을 식별하는 논리적 주소

심화 개념

• 흐름 제어 (Flow Control): 수신자의 처리 능력에 맞춰 데이터 전송 속도 조절
• 혼잡 제어 (Congestion Control): 네트워크 혼잡 상황에 따른 전송 속도 조절
• 오류 제어 (Error Control): 데이터 전송 중 발생하는 오류 검출 및 복구
• 다중화/역다중화 (Multiplexing/Demultiplexing): 여러 응용 프로그램의 데이터 처리
• 연결 설정/해제: TCP 의 3-way handshake 와 4-way handshake

5. 주제 관련 조사 내용

배경

전송 계층은 1970 년대 초 ARPANET 프로젝트에서 신뢰성 있는 데이터 전송의 필요에 의해 개발되었습니다. TCP 는 1974 년 Vint Cerf 와 Bob Kahn 에 의해 처음 제안되었으며, 1981 년 RFC 793 에서 표준화되었습니다. UDP 는 1980 년 RFC 768 에서 표준화되어 간단하고 빠른 전송을 위한 대안으로 제공되었습니다.

목적 및 필요성

• 신뢰성 보장: 데이터 손실, 중복, 순서 오류 방지
• 효율적 자원 사용: 네트워크 대역폭과 버퍼 공간의 효율적 활용
• 응용 프로그램 지원: 다양한 응용 프로그램의 통신 요구사항 충족
• 투명성 제공: 하위 계층의 복잡성을 상위 계층으로부터 은닉

주요 기능 및 역할

특징

• 종단 간 서비스: 중간 노드를 거치지 않는 직접 통신
• 프로세스 간 통신: 포트 번호를 통한 프로세스 식별
• 서비스 분화: TCP 와 UDP 의 서로 다른 서비스 특성
• 계층 독립성: 하위 계층의 세부사항으로부터 독립

핵심 원칙

1. 신뢰성과 효율성의 균형: 요구사항에 따른 적절한 프로토콜 선택
2. 종단 간 원칙: 통신의 신뢰성은 종단 시스템에서 보장
3. 다중화: 하나의 전송 채널을 통한 다중 응용 프로그램 지원
4. 적응성: 네트워크 상황에 따른 동적 조절

주요 원리 및 작동 원리

전송 계층은 다음과 같은 단계로 작동합니다:

TCP 연결 설정 과정:

1. SYN: 클라이언트가 연결 요청
2. SYN-ACK: 서버가 연결 수락 및 확인
3. ACK: 클라이언트가 연결 확인
4. 데이터 전송: 신뢰성 있는 데이터 교환
5. 연결 해제: 4-way handshake 를 통한 연결 종료

다이어그램: TCP 3-way Handshake

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클라이언트                    서버
    |                         |
    |-------- SYN ----------->|
    |                         |
    |<----- SYN-ACK ----------|
    |                         |
    |-------- ACK ----------->|
    |                         |
    |<==== 데이터 전송 =====>|

UDP 통신 과정:

1. 데이터그램 생성: 헤더와 데이터 결합
2. 즉시 전송: 연결 설정 없이 바로 전송
3. Best-effort 전달: 전달 보장 없음

구조 및 아키텍처

필수 구성요소

1. 포트 관리: 송신/수신 포트 번호 관리
2. 세그먼트 처리: 데이터 분할 및 재조립
3. 오류 검출: 체크섬을 통한 데이터 무결성 확인
4. 흐름 제어: 수신 창 크기 관리

선택 구성요소

1. 혼잡 제어: TCP 의 네트워크 혼잡 관리
2. 연결 관리: TCP 의 연결 설정/해제
3. 타이머 관리: 재전송 타이머 등
4. 버퍼 관리: 송신/수신 버퍼 관리

아키텍처 다이어그램:

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┌─────────────────────────────────────────┐
│              응용 계층                  │
├─────────────────────────────────────────┤
│           전송 계층                     │
│  ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐   │
│  │   TCP   │ │   UDP   │ │  SCTP   │   │
│  └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘   │
├─────────────────────────────────────────┤
│           네트워크 계층 (IP)            │
├─────────────────────────────────────────┤
│         데이터 링크 계층                │
└─────────────────────────────────────────┘

TCP 헤더 구조:

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0                   1                   2                   3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|          Source Port          |       Destination Port        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                        Sequence Number                        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    Acknowledgment Number                      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  Data |           |U|A|P|R|S|F|                               |
| Offset| Reserved  |R|C|S|S|Y|I|            Window             |
|       |           |G|K|H|T|N|N|                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           Checksum            |         Urgent Pointer        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

구현 기법

1. 신뢰성 있는 데이터 전송 (TCP)

정의

연결 지향적 프로토콜로 데이터의 순서와 무결성을 보장하는 전송 방식

구성

• 연결 설정: 3-way handshake
• 데이터 전송: 순서 번호와 확인 응답
• 오류 제어: 체크섬, 재전송, 중복 제거
• 흐름 제어: 슬라이딩 윈도우
• 연결 해제: 4-way handshake

목적

웹 브라우징, 파일 전송, 이메일 등 데이터 무결성이 중요한 응용 프로그램 지원

실제 예시

• 시스템 구성: 웹 서버 - 클라이언트 통신
• 시나리오: HTTPS 웹사이트 접속 시 HTML, CSS, JavaScript 파일 전송

2. 고속 데이터 전송 (UDP)

정의

비연결 지향적 프로토콜로 최소한의 오버헤드로 빠른 전송을 제공하는 방식

구성

• 단순 헤더: 8 바이트 헤더만 사용
• 즉시 전송: 연결 설정 없음
• Best-effort: 전달 보장 없음

목적

실시간 멀티미디어, 게임, DNS 질의 등 속도가 중요한 응용 프로그램 지원

실제 예시

• 시스템 구성: 스트리밍 서버 - 클라이언트
• 시나리오: 온라인 게임에서 플레이어 위치 정보 실시간 전송

3. 다중 스트림 전송 (SCTP)

정의

TCP 의 신뢰성과 UDP 의 메시지 지향성을 결합한 고급 전송 프로토콜

구성

• 멀티홈잉: 여러 IP 주소 지원
• 멀티스트리밍: 독립적인 여러 스트림
• 메시지 경계: 메시지 단위 전송

목적

통신 시스템, 멀티미디어 스트리밍 등 고급 기능이 필요한 응용 프로그램 지원

실제 예시

• 시스템 구성: VoIP 시스템
• 시나리오: 음성과 비디오 스트림을 독립적으로 전송

4. 차세대 전송 (QUIC)

정의

UDP 기반의 안전하고 빠른 전송을 위한 차세대 프로토콜

구성

• 내장 암호화: TLS 1.3 통합
• 다중 스트림: 독립적인 스트림 처리
• 빠른 핸드셰이크: 0-RTT 연결 설정

목적

HTTP/3, 웹 성능 향상, 모바일 네트워크 최적화

실제 예시

• 시스템 구성: 웹 서버 - 브라우저
• 시나리오: HTTP/3 를 통한 웹 페이지 로딩 성능 향상

장점과 단점

도전 과제

1. 헤드 오브 라인 블로킹 (Head-of-Line Blocking)

• 설명: TCP 에서 하나의 세그먼트 손실이 전체 스트림을 지연시키는 문제
• 해결책: QUIC 의 독립적인 스트림 처리, HTTP/3 도입

2. 버퍼블로트 (Bufferbloat)

• 설명: 과도한 버퍼링으로 인한 지연 시간 증가
• 해결책: 능동적 큐 관리 (AQM), BBR 혼잡 제어 알고리즘

3. 모바일 네트워크 최적화

• 설명: 빈번한 네트워크 전환으로 인한 연결 단절
• 해결책: QUIC 의 연결 마이그레이션, 0-RTT 재연결

4. 보안 강화

• 설명: 전송 계층에서의 암호화 및 인증 필요성 증가
• 해결책: TLS 1.3 통합, 기본 암호화 적용

분류에 따른 종류 및 유형

실무 적용 예시

활용 사례: 실시간 멀티미디어 스트리밍 서비스

시나리오

글로벌 OTT 플랫폼에서 실시간 비디오 스트리밍 서비스를 제공하는 상황

시스템 구성

• 스트리밍 서버: 비디오 인코딩 및 전송
• CDN 네트워크: 전 세계 에지 서버
• 클라이언트: 스마트 TV, 모바일, PC
• 품질 적응: 네트워크 상황에 따른 화질 조절

시스템 구성 다이어그램

1
2
3

[콘텐츠 제작] → [인코딩 서버] → [CDN] → [에지 서버] → [사용자]
                     ↓              ↓         ↓
                 TCP/HTTP       UDP/RTP   QUIC/HTTP3

Workflow

1. 콘텐츠 준비: 원본 비디오를 다양한 화질로 인코딩
2. CDN 배포: 전 세계 에지 서버로 콘텐츠 복제
3. 스트림 요청: 클라이언트가 비디오 스트리밍 요청
4. 프로토콜 선택: 네트워크 상황에 따라 UDP/TCP 선택
5. 적응형 스트리밍: 실시간 네트워크 품질에 따른 화질 조절
6. 오류 복구: 패킷 손실 시 재전송 또는 품질 조절

전송 계층의 역할

• TCP: 메타데이터, 자막, 제어 정보 전송
• UDP/RTP: 실시간 비디오/오디오 스트림 전송
• QUIC: 차세대 스트리밍을 위한 저지연 전송
• 적응형 제어: 네트워크 상황에 따른 프로토콜 선택

최적화 전략

• 버퍼링 최소화: 작은 버퍼로 지연 시간 감소
• 다중 스트림: 오디오/비디오 독립 전송
• 오류 은닉: 패킷 손실 시 화질 저하로 대응
• 대역폭 추정: 실시간 네트워크 용량 측정

실무에서 효과적으로 적용하기 위한 고려사항 및 주의할 점

최적화하기 위한 고려사항 및 주의할 점

6. 추가 조사 내용

해당 섹션에 별도 지시사항이 없으므로 생략합니다.

7. 추가 알아야 하는 내용

멀티패스 전송 (Multipath Transport)

MPTCP 와 CMT-SCTP 같은 다중 경로를 활용한 전송 기술이 모바일 환경에서 중요해지고 있습니다.

컨테이너 네트워킹

Docker, Kubernetes 환경에서의 포트 매핑과 서비스 메시를 통한 통신 방식이 핵심입니다.

마이크로서비스 통신

gRPC, HTTP/2 기반의 효율적인 서비스 간 통신 패턴을 이해해야 합니다.

엣지 컴퓨팅

5G 와 엣지 환경에서의 저지연 전송 기술과 프로토콜 최적화가 중요합니다.

8. 2025 년 기준 최신 동향

9. 주제와 관련하여 주목할 내용

9. 주제와 관련하여 주목할 내용 (계속)

10. 앞으로의 전망

11. 하위 주제별 추가 학습 내용

12. 관련 분야별 추가 학습 내용

용어 정리

참고 및 출처

• GeeksforGeeks - Transport Layer in OSI Model
• Wikipedia - Transport Layer
• GeeksforGeeks - TCP/IP Model
• Fortinet - TCP/IP Model vs OSI Model
• Imperva - OSI Model 7 Layers Explained
• Cloudflare - What is the OSI Model?
• TechTarget - What is Transport Layer?
• OSI-Model.com - Transport Layer
• Uninets - Difference between TCP and UDP
• GeeksforGeeks - Differences between TCP and UDP
• Digital Samba - TCP vs UDP Protocols Explained 2025
• GeeksforGeeks - Difference between Flow Control and Error Control
• Stack Overflow - Why use TCP instead of UDP
• Zenarmor - TCP vs UDP Simplified Comparison
• NordVPN - TCP or UDP: Which is Better?
• GeeksforGeeks - Error Control in TCP
• Wiley Online Library - Transport Layer SCTP and DCCP
• Wikipedia - Datagram Congestion Control Protocol
• Wikipedia - Stream Control Transmission Protocol
• MDPI - CMT-SCTP and MPTCP Multipath Transport Protocols Review
• Modern Multipath Transport Protocols - QUIC
• Wikipedia - TCP Congestion Control
• GeeksforGeeks - TCP Congestion Control
• GeeksforGeeks - Congestion Control in Computer Networks
• EdgeNext - TCP Optimization Techniques for Gaming CDN
• Orhan Ergun - Layer 2 Congestion Control Impact
• Baeldung - Flow Control vs Congestion Control in TCP
• Encyclopedia MDPI - TCP-based Congestion Control Algorithms
• Keysight - HTTP/3 and QUIC Network Preparation
• Cloudflare - What is HTTP/3?
• F5 - What Are QUIC and HTTP/3?
• Business Wire - Fastly HTTP/3 and QUIC Support
• Gcore - What Is HTTP/3 and How Does It Differ from HTTP/2?
• DebugBear - Ultimate Guide To HTTP/3 And QUIC Protocols
• Cloudflare - HTTP/3 Usage One Year On
• Zscaler - QUIC: The Secure Communication Protocol
• JavaScript Conference - QUIC and HTTP/3: The Next Step
• Cloudflare Speed - HTTP/3 with QUIC