[Network] 네트워크의 각 계층별 데이터 캡슐화(encapsulation)

네트워크의 각 계층별로 상위 계층의 데이터를 캡술화하여 하위 계층으로 전달하게 되는데, 캡슐화가 무엇인지, 왜 캡슐화를 하는지 알아보자.

 

---

1. 캡슐화란?

 

캡슐화(Encapsulation)는 네트워크 통신에서 상위 계층의 데이터에 각 계층별 제어 정보(헤더)를 추가하여 하위 계층으로 전달하는 과정을 의미한다.

네트워크 캡슐화 및 역캡슐화 과정

 

1. 데이터 포장 과정: 원본 데이터(페이로드)에 각 계층을 지날 때마다 해당 계층의 헤더 정보를 앞에 추가하는 방식으로 진행
2. 계층별 처리:
   • 응용 계층에서 생성된 데이터는 전송 계층으로 전달
   • 전송 계층은 이 데이터에 TCP/UDP 헤더를 추가
   • 네트워크 계층은 IP 헤더를 추가
   • 데이터 링크 계층은 MAC 헤더와 트레일러(FCS)를 추가
   • 최종적으로 물리 계층을 통해 비트 단위로 전송
3. 단위 변환: 각 계층별로 데이터 단위의 이름이 달라집니다.
   • 응용 계층: 데이터(Data)
   • 전송 계층: 세그먼트(TCP) / 데이터그램(UDP)
   • 네트워크 계층: 패킷(Packet)
   • 데이터 링크 계층: 프레임(Frame)
   • 물리 계층: 비트(Bit)

 

 

예를 들어, 웹 브라우저에서 웹 페이지를 요청할 때

1. 응용 계층: HTTP 요청 메시지 생성
2. 전송 계층: HTTP 메시지에 TCP 헤더 추가 (포트 정보, 시퀀스 번호 등)
3. 네트워크 계층: TCP 세그먼트에 IP 헤더 추가 (출발지/목적지 IP 주소 등)
4. 데이터 링크 계층: IP 패킷에 MAC 헤더와 트레일러 추가 (출발지/목적지 MAC 주소 등)
5. 물리 계층: 프레임을 비트 단위로 변환하여 전송 매체(케이블 등)로 전송

수신 측에서는 역캡슐화라는 반대 과정이 일어난다.

1. 물리 계층: 비트를 프레임으로 변환
2. 데이터 링크 계층: MAC 헤더와 트레일러 제거
3. 네트워크 계층: IP 헤더 제거
4. 전송 계층: TCP/UDP 헤더 제거
5. 응용 계층: 원본 데이터(HTTP 메시지 등) 처리

 

반응형

---

2. 캡슐화 이유

 

2-1. 계층 간 독립성 유지

• 모듈화
  각 계층이 자신만의 역할(헤더 추가·제거, 오류 제어, 주소 지정 등)에 집중할 수 있도록 분리
• 유지·보수 용이
  한 계층의 프로토콜을 수정해도 다른 계층에 영향을 최소화

2-2. 주소 지정 및 라우팅 정보 첨부

• MAC/IP 주소 부여
  데이터 링크 계층에서 물리적(혹은 논리적) 주소를, 네트워크 계층에서 네트워크 주소(IP)를 헤더에 추가
• 경로 결정
  송수신 간 통신 경로를 올바르게 설정·관리

2-3. 오류 검출 및 제어

• 무결성 검증
  프레임 단위로 CRC 등의 체크섬을 삽입하여 전송 중 손상 여부 확인
• 재전송·흐름 제어
  손실·손상된 세그먼트에 한해 재전송하거나, 수신 버퍼 여유에 맞춰 송신 속도 조절

2-4. 다중화(Multiplexing)

• 포트 번호 활용
  하나의 호스트에서 여러 애플리케이션이 동시에 통신할 때, 포트 정보로 데이터 흐름 구분
• 서비스 공용화
  TCP/UDP 헤더에 담긴 포트로 HTTP·FTP·DNS 등 다양한 서비스 동시 제공

2-5. 프로토콜 확장성 확보

• 옵션 필드 제공
  새로운 기능(예: IPv6 확장 헤더, TCP 옵션)을 추가하기 위한 유연한 구조
• 하위 호환성 유지
  옛 버전 장비와 신기능 장비가 공존 가능하도록 점진적 확장

2-6. 보안 및 암호화

• 암호화 계층 삽입
  표현 계층(혹은 전송 계층)에서 SSL/TLS 헤더와 암호화된 페이로드 생성
• 인증·무결성 보장헤더에 서명·토큰 등을 담아 출처 확인과 데이터 변경 방지