캡슐화와 역캡슐화

2025. 02. 04~ K-Shield Jr 기초과정 시작

 

네트워크를 통해 데이터를 주고받을 때는 캡슐화(Encapsulation) / 역캡슐화(Decapsulation) 과정을 거칩니다.

이 과정은 데이터를 효율적이고 안정적으로 전송하기 위한 중요한 과정입니다.

 

1. 캡슐화(Encapsulation)란

캡슐화란 송신 측에서 데이터를 전송할 때 각 계층에서 본인의 헤더를 추가하여 하위 계층으로 전달하는 과정입니다.

데이터는 점점 더 많은 정보와 같이 전송됩니다.

캡슐화 과정

데이터를 전송할 때는 OSI 7계층 모델 또는 TCP/IP 4계층 모델을 따르며, 각 계층에서 특정한 헤더를 추가합니다.
한 예를 들면 OSI 7계층 기준으로 캡슐화 과정은 아래와 같습니다

1. 응용 계층(Application Layer)
   • 사용자 데이터 생성
   • ex) HTTP, FTP, SMTP 등 프로토콜 사용
2. 전송 계층(Transport Layer)
   • 송·수신 포트 번호를 포함하는 TCP/UDP 헤더 추가
   • 데이터 단위를 세그먼트(Segment) 라고 부름
3. 네트워크 계층(Network Layer)
   • IP 주소를 포함하는 IP 헤더 추가
   • 데이터 단위를 패킷(Packet)이라고 부름
4. 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
   • MAC 주소를 포함하는 프레임(Frame) 헤더 및 트레일러 추가
   • 데이터 단위를 프레임(Frame) 이라고 부름
5. 물리 계층(Physical Layer)
   • 데이터를 전기 신호 or 광 신호로 변환하여 전송

이런 캡슐화 과정을 진행해서 데이터는 네트워크를 통해 문제없이 전송될 수 있습니다.

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2. 역캡슐화(Decapsulation)란

역캡슐화는 수신 측에서 데이터가 도착했을 때 각 계층이 자신과 관련된 헤더를 제거하고 데이터를 상위 계층으로 전달하는 과정입니다.

역캡슐화 과정

• 물리 계층: 전기 신호를 수신하여 디지털 데이터로 변환
• 데이터 링크 계층: MAC 주소를 확인하여 본인에게 온 데이터인지 판별 후 헤더 제거
• 네트워크 계층: IP 주소를 확인하여 적절한 목적지인지 확인 후 헤더 제거
• 전송 계층: 포트 번호를 확인하여 해당 애플리케이션으로 전달 후 헤더 제거
• 응용 계층: 최종적으로 사용자에게 데이터를 제공

말 그대로 캡슐화 역순서인 이 과정이 반복되면서 데이터가 정상적으로 목적지까지 전달됩니다.

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3. 캡슐화와 역캡슐화의 장점

1 모듈화로 인한 유지보수 용이성

• 각 계층이 독립적으로 동작하기 때문에 특정 계층의 변경이 다른 계층에 영향을 최소화함
• ex) 네트워크 계층(IP)이 변경되어도 전송 계층에는 영향을 미치지 않음

2 보안 및 데이터 무결성 강화

• 데이터에 필요한 헤더를 추가하면서 보안 기능을 구현할 수 있음 (예: VPN의 암호화)
• 송신 및 수신 측에서 올바른 데이터인지 검증 가능

3 네트워크 통신의 표준화 및 호환성 유지

• OSI 7계층, TCP/IP 모델 등의 표준 프로토콜을 활용하여 다른 제조사의 장비도 원활하게 통신 가능
• 동일 계층 간에는 특정한 프로토콜을 사용하여 데이터 처리가 가능 (예: IP 프로토콜, TCP 프로토콜 등)

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4. 네트워크에서 캡슐화·역캡슐화가 중요한 이유

1. 데이터를 안전하게 전송하기 위해
   • 캡슐화 과정에서 필요한 정보(주소, 포트 등)를 포함해야 정상적인 데이터 전송 가능
   • 역캡슐화를 통해 데이터가 올바르게 전달되었는지 확인 가능
2. 효율적인 네트워크 운영
   • 네트워크 장비(라우터, 스위치 등)는 각 계층의 정보를 기반으로 동작
   • 데이터가 어디로 가야 하는지, 어떤 방식으로 처리할지를 캡슐화된 정보로 판단
3. 계층별 역할 분리로 확장성 증가
   • 새로운 네트워크 기술이 등장해도 각 계층별 역할이 유지되어 변경이 쉬움
   • 예를 들어, IPv4에서 IPv6로 변경되어도 다른 계층에는 큰 영향을 주지 않음