네트워크 계층
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송신자
송신자의 네트워크 계층은 트랜스포트 계층으로부터 세그먼트를 받아 캡슐화 해 datagrams으로 만든다.(IP헤더를 붙임)
그리고 이 데이터 그램을 링크레이어에 전달하여 수신자에게 전송한다. -
수신자
받은 데이터그램의 IP헤더를 제거하여 트랜스포트 레이어로 세그먼트를 전달한다.
이 과정에서 라우터를 지나게 되는데,
라우터는 트랜스포트 계층과 애플리케이션 계층을 지원하지 않으므로 프로토콜 스택에서 네트워크 계층의 상위 계층은 존재하지 않는다.
라우터
데이터그램의 IP 헤더 정보를 (혹은 더 많이) 확인한 뒤 올바른 출력 링크로 패킷을 보낸다.
각 라우터에는 다음 두개를 가진다.
data plane: 입력 링크에서 출력 링크로 데이터그램을 전달한다.control plane: 데이터그램이 출발지 호스트에서 목적지 호스트까지 전달되게끔 로컬 포워딩, 라우터별 포워딩을 대응시킨다.
포워딩과 라우팅의 차이
1. 포워딩(전달)
라우터는 패킷이 도착하면 해당 패킷을 적절할 출력 링크로 보내는 것이다.
매우 짧은 시간 단위(보통 몇 나노초)를 갖기에 대표적으로 하드웨어에서 실행된다.
2. 라우팅
네트워크 전반에 걸쳐 출발지에서 목적지까지 데이터그램의 전체 경로를 결정하는 것이다.
데이터를 송신할 때 네트워크 계층은 알고리즘을 라우팅 알고리즘을 통해 패킷 경로를 결정한다.
알고리즘을 라우팅 알고리즘: 각각의 라우터의 포워딩 테이블을 작성하는 것
(시간이 오래걸려 소프트웨어에서 실행된다.)
즉 포워딩은 어느 교차로를 빠져나오지? 하는 것과 같고,
라우팅은 출발지에서 목적지로 가는 전체적인 경로의 설정이라 생각하면 된다.
Data Plane과 Control Plane
Data Plane
라우터에서 입력 링크에서 출력 링크로 데이터 그램을 전달하는 것 (포워딩)
즉, 각 라우터에서 데이터그램이 어떻게 포워딩 되는지를 담당한다.
(Local, per-router)
일반적으로는 패킷의 헤더의 IP정보와 포워딩 테이플을 매핑하여 적절한 출력 링크로 패킷을 올려보낸다.
Control Plane
전체적인 네트워크에서 패킷이 전송되는 data path를 결정하는 것 (라우팅)
전반적인 네트워크상에서 데이터가 어떻게 라우팅 되는지를 담당한다.
(network-wide logic)
전통적인 라우팅 알고리즘
각 라우터에서 자신의 포워딩 테이블을 결정한다.
(이웃 라우터와 주고 받은 정보를 바탕으로 테이블 생성)
Software Defined Networkin (SDN)
외부의 중앙 서버 각 라우터로 부터 정보를 수집하여 포워딩 테이블을 생성하여
라우터에 전달한다. (중앙 서버에서 직접 구현할수 있더 좀 더 유연하다)
네트워크 서비스 모델
네트워크의 서비스 모델에는 다음의 종류가 있다.
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각각의 데이터 그램에서의 서비스
- 송신 -> 수신으로의 데이터의 전달을 보장해야 한다.
- 제한시간 안에 데이터를 전달해야 한다.
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데이터 그램의 flow에 대한 서비스
- 순서가 맞게 도착해야 한다.
- 최소 대역폭을 보장해야 한다.
- 패킷 간 도착 시간 간격의 변화 제한 (타이밍)
(실시간 비디오통신에서는 일정한 간격으로 패킷을 전달해야 한다)
하지만 네트워크 레이어는 Best Effort 서비스이다.
- 목적지 까지의 패킷 도착 보장 X
- 타이밍 보장 X
- 순서 보장 X
- 일정 수준 이상의 대역폭 보장 X
앞서 말한 서비스를 보장해 주진 못한다.
하지만 보장해 주기 위해 최선을 다해서 Best Effort 서비스이다.
그럼에도 Best-Effort 서비스 모델을 사용하는 이유
위의 서비스들을 보장해 주진 못하지만 우리는 네트워크 레이어를 통해 잘 통신을 하고 있다.
그럼에도 불구하고 Best-Effort 서비스 모델 다음과 같은 이유가 있기 때문이다.
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단순한 메커니즘
간단하 때문에 인터넷이 널리 배포되고 채택될 수 있었다. -
충분한 대역폭
충분한 대역폭이 제공되면, 실시간 애플리케이션(통화, 영상 스트리밍)도 대부분의 경우 "충분히 좋은" 성능을 발휘할 수 있다. -
분산된 애플리케이션 계층 서비스
(데이터센터, CDN)가 클라이언트와 가까운 곳에서 서비스 제공을 가능하게 하여 효율성을 높였기 떄문이다. -
탄력적인 서비스의 혼잡 제어
(TCP의 혼잡 제어)덕분에 네트워크 효율성 증가했다.
