[네트워크] 3.2 Multiplexing / demultiplexing | 다중화 / 역다중화

2025.10.15 - [ComputerScienc📚/Computer Network] - [네트워크] 3.1 Transport-layer services | 전송 계층 서비스

[네트워크] 3.1 Transport-layer services | 전송 계층 서비스

1. 개념 요약

네트워크 통신에서는 여러 애플리케이션(프로세스)이 동시에 데이터를 주고받습니다.
예를 들어, 한 컴퓨터에서 웹 브라우저(HTTP)와 메신저(TCP), DNS(Client)가 동시에 작동할 수 있죠.
이때 전송 계층(Transport Layer) 은 각각의 애플리케이션 데이터를 하나의 네트워크 연결을 통해 효율적으로 주고받기 위해
‘다중화(Multiplexing)’와 ‘역다중화(Demultiplexing)’라는 과정을 수행합니다.

(1) 송신 측 다중화 (Multiplexing at Sender)

여러 애플리케이션 프로세스의 데이터를 하나의 전송 계층을 통해 묶는 과정

  과정

1. 여러 소켓(socket)으로부터 애플리케이션 데이터(Data)를 수집한다.
2. 각 데이터에 출발지/목적지 포트 번호 등 제어 정보(Transport Header)를 추가한다.
3. 이렇게 만들어진 단위를 세그먼트(Segment)라고 한다.
4. 세그먼트를 하위 계층(네트워크 계층)에 전달하여, 네트워크 경로를 통해 목적지로 전송한다.
5. 즉, 다중화는 여러 데이터 스트림을 하나로 통합(Multiplex) 하는 역할을 한다.

(2) 수신 측 역다중화 (Demultiplexing at Receiver)

도착한 세그먼트를 해당하는 소켓으로 정확히 분배하는 과정

  과정

1. 수신 측의 전송 계층은 네트워크 계층으로부터 세그먼트를 수신한다.
2. 세그먼트의 헤더 정보(포트 번호 등)를 를 분석하여, 데이터가 어떤 소켓으로 가야 하는지 식별한다.
3. 식별된 소켓에 데이터를 전달하여, 해당 애플리케이션 프로세스(P1, P2 등)가 데이터를 받는다.
4. 이 과정을 통해 데이터 스트림이 올바른 애플리케이션에 정확히 전달된다.

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2. Connetionless demultiplexing (UDP)

⇒ UDP는 비연결형 전송 계층 프로토콜로, 단순한 다중화/역다중화 기능만 제공합니다.

즉, 데이터를 보낼 때 “누구에게 보내는지”만 명시하고, 연결 관리나 오류 복구는 하지 않습니다.

UDP 역다중화는 오직 목적지 포트 번호만을 사용하여 수신할 소켓을 식별합니다. 결과적으로, 서로 다른 출발지 IP 주소나 출발지 포트 번호를 가진 여러 UDP 데이터그램이라도, 동일한 목적지 포트 번호를 가지고 있다면 수신 호스트의 동일한 소켓으로 모두 전달됩니다. 이는 수신 소켓이 2-튜플(목적지 IP, 목적지 포트)에 의해서만 식별되기 때문입니다.

 

 

 

(1) UDP 송신 측 (Multiplexing at Sender)

 1. 소켓 생성

• 애플리케이션은 UDP 통신을 위해 DatagramSocket 객체를 생성합니다.
• 이때 로컬 호스트의 특정 포트 번호(예: 12534)에 바인딩(binding) 합니다.
• 이 포트 번호는 해당 애플리케이션이 데이터를 송수신할 “출입구” 역할을 합니다.

 2. 데이터그램 생성 및 전송

• 생성된 소켓을 통해 데이터를 전송할 때,
• 애플리케이션은 반드시 목적지 IP 주소 (Destination IP Address)와 목적지 포트 번호 (Destination Port Number)를 명시해야 합니다.
• 이 정보를 통해 UDP는 데이터그램(datagram)을 생성하여 하위 네트워크 계층으로 전달합니다.

(2) UDP 수신 측 (Demultiplexing at Receiver)

 1. 세그먼트 수신

• 수신 측 호스트는 네트워크 계층으로부터 UDP 세그먼트를 받습니다.
• 세그먼트의 헤더에 포함된 목적지 포트 번호를 확인합니다.

 2. 소켓 식별 및 전달

• 운영체제(OS)는 목적지 포트 번호와 와 일치하는 소켓을 찾아 해당 UDP 세그먼트를 전달합니다.
• 식별된 소켓으로 데이터가 전달되면, 애플리케이션은 해당 데이터를 수신하게 됩니다.

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3. Connection-oriented demultiplexing (TCP)

⇒ TCP는 연결형(connection-oriented) 프로토콜입니다.

즉, 데이터를 보내기 전에 송신자와 수신자 간에 ‘연결(Connection)’을 먼저 설정하고,

이 연결을 통해 순서가 보장된 신뢰성 있는 통신을 수행합니다.

• TCP 소켓 식별자: 4-튜플 (4-tuple) TCP 소켓, 즉 특정 연결(Connection)은 다음 4가지 요소의 조합으로 고유하게 식별됩니다. 

구분	설명
출발지 IP 주소 (Source IP address)	데이터를 보내는 쪽의 IP
출발지 포트 번호 (Source port number)	데이터를 보내는 애플리케이션의 포트
목적지 IP 주소 (Destination IP address)	데이터를 받는 쪽의 IP
목적지 포트 번호 (Destination port number)	데이터를 받는 애플리케이션의 포트

 

⇒  세그먼트 헤더에 포함된 위 4가지 값 모두를 사용하여 해당 세그먼트를 전달할 정확한 소켓을 결정합니다. (TCP의 수신 호스트)

(1) 연결형 역다중화의 동작 원리

수신 측에서 TCP 세그먼트를 받을 때,
세그먼트 헤더에 포함된 4-튜플(출발지/목적지 IP + 포트 번호)을 모두 확인하여
어떤 소켓에 전달해야 할지를 결정합니다.

• 운영체제(OS)는 이 4-튜플을 기준으로 세그먼트를 올바른 TCP 소켓으로 전달합니다.
• 이렇게 함으로써 TCP는 서로 다른 클라이언트와 동시에 통신하더라도 데이터 혼선 없이 독립적인 연결을 유지할 수 있습니다.

(2) 서버 환경에서의 예시

예를 들어 웹 서버의 포트 번호가 80이라면, 서버는 여러 클라이언트로부터 동시에 요청을 받을 수 있습니다.

클라이언트	출발지 IP	출발지 port	서버 (목적지 IP, 포트)
Client A	192.168.1.10	51000	203.0.113.1:80
Client B	192.168.1.11	52000	203.0.113.1:80

• 두 클라이언트 모두 같은 서버의 80번 포트를 사용하지만, 운영체제는 이를 서로 다른 연결로 인식합니다. 출발지 IP와 포트가 다르기 때문에 운영체제는 이를 서로 다른 연결로 인식합니다.
• 따라서 서버는 동시에 여러 클라이언트와 통신 가능하며, 각 연결은 독립적인 TCP 소켓으로 관리됩니다.

⇒ 즉, UDP vs TCP: UDP가 번호표만 보고 아무나 응대하는 '은행 창구'였다면, TCP는 고객 한 명 한 명에게 '전담 상담원'을 붙여주는 방식이에요.

 

 

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