🔍 Intro
데이터링크 계층에서는 로컬 네트워크 간의 접속만 가능했는데,
외부 네트워크에 접속하기 위해서는 어떻게 해야할까?
이럴 때 필요한게 3번째인 네트워크 계층이다. 네트워크 계층
- 여러 노드의 경로를 찾고 올바르게 전달 될 수 있는 기능과 수단을 정의
- 주요 단위 : 패킷
- 주요 구성 요소
- Router, IP ,ARP- 주요 특징
- 서로 떨어진 Local Network간의 통신 지원
- 중간중간 Node들을 거쳐 목적지까지 도달하는 형식이다.
전세계에 로컬 네트워크가 분포해있고, 모두 인터넷망으로 연결해있다. 그럼 통신 주체를 식별하기 위한 요소인 IP Address가 필요하다.
- IP Address : Internet Protocol상에서 통신 주체를 식별하기 위한 아이디
- IPv4 : 32Bits
- IPv6 : 128Bits
IPv4의 경우 아이피를 최대한 활용하기 위해 사설과 공인 IP로 분류하지만, IPv6의 경우 IP의 개수가 너무 많기 때문에 사설 IP의 개념이 불필요하다.- 특징 : MAC Address와 다르게 수시로 IP는 변동이 가능하다.
IPv4를 표시하기 위한 방법 중 하나로 CIDR를 사용한다.
- IP는 주소의 영역을 여러 네트워크 영역으로 나누기 위해 IP를 묶는 방식
- 여러 개의 사설망을 구축하기 위해 망을 나누는 방법
CIDR Notation
- 다양한 IP주소들을 통틀어서 표현하기 위함
- 네트워크 주소와 호스트 주소로 구성
- 각 호스트 주소 숫자 만큼의 아이피를 가진 네트워크 망 형성 가능✅ ex) 192.168.2.0/24
CIDR notation: /24 → 앞 24비트는 네트워크, 뒤 8비트는 호스트
IP 개수: 2⁸ = 256개
범위(CIDR Block): 192.168.2.0 ~ 192.168.2.255
네트워크 비트와 호스트 비트를 분류하는 방법은 CIDR도 있지만 서브넷 마스크라는 것도 활용할 수 있다.
Subnet Mask
- AND 연산을 활용해 네트워크 주소를 필터링한다.
- 네트워크 비트 수만큼 1을 보유한 마스크를 IP에 적용하면 네트워크 비트만 추출
📌 이러한 방식으로 서브넷 마스크를 활용해 네트워크 주소를 추출하면, 네트워크 간의 패킷을 주고 받는다. 이 과정은 라우터라는 장치가 3계층에서 작동하게 된다.
라우터
- 내부와 외부 네트워크 간 IP 변환(NAT) 처리
- 네트워크 간에 데이터를 전달하며, 패킷의 목적지 IP를 기준으로 경로를 결정해 최적의 다음 홉으로 패킷을 전달
✅ Route Table을 통해 어떤 경로의 노드를 경우해야 가장 효율적으로 대상에 도착하는지 알고 있다
패킷 전달
1. 라우터가 패킷을 받는다.
- 목적지 IP
192.168.1.10
2. 목적지 IP가 어느 네트워크에 속하는지 라우팅 테이블에서 확인
3. IP가 192.168.1.0/24 대역에 포함되면 로컬 네트워크로 간주
4. 같은 네트워크일 시 로컬 네트워크로 직접 전달
🌐 외부 네트워크인 경우
- 라우터는 패킷을 Frame에 넣어서, 라우팅 테이블에 설정된 다음 홉 라우터(
203.0.113.1)로 전달 - 이때, 각 라우터는 다음 홉으로 향하는 최적 경로에 맞게 Frame을 전달하며, 목적지까지 계속 경로를 탐색
📌 Frame에 보내기 위해선 Mac Address를 알아야 되는데 어떻게 알 수 있을까?
라우터는 목적지 IP Address를 알고 있지만, 실제로 패킷을 전송하려면 MAC Address가 필요하다. ARP를 사용해 IP 주소에 대응하는 MAC Address를 찾아낼 수 있다.
ARP?
- IP로 Mac Address를 찾는 프로토콜
⚡ 동작 순서
-
패킷 전달을 위한 IP 확인
-
라우터가 네트워크 내의 모든 장치에게 ARP 요청을 브로드캐스트 방식으로 전송
내용:이 IP 주소에 해당하는 MAC 주소는 무엇인가요? -
해당 IP 주소를 가진 장치는 자신의 MAC Address를 포함한 ARP 응답을 라우터에게 보낸다.
응답: 요청을 보낸 라우터에게만 전달 (유니캐스트 방식) -
라우터는 ARP 응답을 받아 해당 IP 주소에 대응하는 MAC 주소를 ARP 캐시에 저장
이후 동일한 IP 주소에 대해 반복적으로 ARP 요청을 하지 않고, 캐시된 MAC 주소를 사용하여 패킷을 전달
