참고

네트워크 계층(Network layer)은 여러개의 노드를 거칠때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층으로 다양한 길이의 데이터를 네트워크들을 통해 전달하고, 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다. 네트워크 계층은 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션(segmentation/desegmentation), 오류 제어, 인터네트워킹(Internetworking) 등을 수행한다.
논리적인 주소 구조(IP), 곧 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적(hierarchical)이다.
서브네트의 최상위 계층으로 경로를 설정하고, 청구 정보를 관리한다. 개방형 시스템들의 사이에서 네트워크 연결을 설정, 유지, 해제하는 기능을 부여하고, 전송 계층 사이에 네트워크 서비스 데이터 유닛(NSDU : Network Service Data Unit)을 교환하는 기능을 제공한다.
주소부여(IP)
경로설정(Route)

Vermittlungsarten

이더넷과 같은 직접 연결 네트워크는 확장 가능합니까?
• 연결된 모든 호스트에 직접 또는 몇 개의 스위치를 통해 연결할 수 있습니다.
• MAC 주소는 주소 지정을 위한 논리적 구조를 제공하지 않습니다.
• MAC 주소를 사용하여 장치를 더 작은 네트워크(서브넷)로 그룹화하는 것은 지원되지 않습니다.

• network layer 의 역할
  • 서로 다른 직접 연결 네트워크의 결합
  • 더 작은 서브넷으로 구조화된 분할
  • 논리적이고 전역적으로 고유한 장치 주소 지정
  • 여러 홉에서 장치 간 라우팅

네트워크 계층에서 데이터는 패킷

3가지 Vermittlungsarten:

• Leitungsvermittlung 회로스위칭
  발신자와 수신자 사이 전용선 예약. 회선 독점을 통한 통신 방식.
  전용선을 할당하고 해당 선로로 모든 데이터 전송.

• Nachrichtenvermittlung 메시징
  각 매시지에 대해 개별적으로 방법을 선택하고 메시지를 전체적으로 전달
• Paketvermittlung 패킷 스위칭
  매시지를 여러 작은 패킷으로 나누고 각 패킷을 다른 패킷과 독립적으로 보내기

Leitungsvermittlung

1. Verbindungsaufbau
   • 발신자와 수신자 간의 전용 연결을 설정하기 위한 신호 메시지 교환.
   • 이 단계는 데이터 전송을 시작하기 전에 수행되는 경로 선택을 포함합니다.

2. Datenaustausch
   • 채널은 통신 파트너가 독점적으로 사용할 수 있습니다.
   • 전송(point-to-point 연결) 중에 통신 파트너를 지정할 필요가 거의 없습니다.

3. Verbindungsabbau
   • 연결을 해제 위한 신호 메시지 교환.
   • 연결이 점유한 리소스는 후속 연결을 위해 해제됩니다.

Übertragungszeit bei Leitungsvermittlung

시간계산할때..
serialisierungszeit, Verarbeitungszeiten , Wartezeiten 는 무시
발신자 s는 길이가 L인 데이터 블록을 한 조각으로 전송

장, 단점 특징

특징:
통신 회선을 설정해서 데이터 교환. 송신자의 모든 데이터는 동일한 경로로 전송됨.
안정적인 통신이 가능함. point to point 방식 연결.
통신 중간경로에 문제가 발생하면 전체 연결이 끊어지고 새로운 경로를 위한 새로운 회선 할당 필요.
장점:
대용량 + 고속 데이터 처리에 우수
고정적인 대역폭 사용
연속적 데이터 처리에 우수
단점:
회선 이용 효율이 떨어짐 - 대역폭 낭비
통신과정에서 문제 생기면 회선할당 부터 다시해야해
통신 비용이 고가임.

장점:

• Verbindungsaufbau 후 dedizierten Verbindung 의 일관된 품질
• Vermittlungsentscheidungen 필요 없이 빠른 데이터 전송

단점:

• 회선이 전용으로 예약되어 있기 때문에 회선이 영구적으로 사용 중이 아닌 경우 리소스 낭비
• 연결 설정은 복잡할 수 있으며 전파 지연이 제안하는 것보다 훨씬 더 많은 시간이 필요할 수 있습니다(예: 모뎀을 사용하여 인터넷에 전화 걸기).
• 물리적 연결을 전환할 때 많은 노력이 필요함

오늘날의 네트워크에서 사용 :

• 회선 교환은 종종 패킷 교환(예: VoIP)으로 대체됩니다.
• 많은 스위칭 네트워크에서 회로 스위칭은 최소한 가상 회로의 형태로 가상화된 형태로 지원됩니다(예: Frame Relay, ATM1, MPLS2

Nachrichtenvermittlung

회로스위칭이랑 다른점?

• dedizierten Verbindung 설정 및 해제 필요 x
• 길이가 L인 전체 메시지 앞에 길이가 LH인 헤더가 옵니다
  헤더에는 여러 중간 스테이션에서 보낸 사람과 받는 사람을 명확하게 식별하는 데 적합한 주소 정보가 포함
• 그렇게 만들어진 PDU는 전체적으로 전송됨.

특징?

• 비동기 통신 가능성,-> 메시지를 보낼 때 받을 준비가 되지 않은 수신자에게 메시지를 보낼 수 있습니다.
• 연결 설정 및 삭제 단계가 생략되어 시간 절약 가능

우편 / DHL / 소포 서비스 비슷하게..
• 발송인이 상품을 포장하여 주소정보(헤더)를 패키지에 제공
• 주소는 보낸 사람과 받는 사람을 식별합니다.

Übertragungszeit bei Nachrichtenvermittlung

Multiplexing auf Nachrichtenebene

• 고정 경로를 생략하면 섹션을 공동으로 사용할 수 있습니다.
• TDM(동적 시분할 다중화)에 해당합니다.

장점:
• 메시지의 유연한 시분할 다중화
• 채널 용량 활용도 향상
• 연결 설정으로 인한 첫 번째 패킷 전송 지연 없음
단점:
• (i,j)가 사용 중일 때 메시지 버퍼링
• 제한된 버퍼로 인한 메시지 손실 가능성(혼잡 상황 → 4장)
• 전체 메시지의 다중 직렬화

Paketvermittlung 패킷 스위칭

전용선 개념 없음. 전송하려는 데이터를 패킷이라는 단위로 나눠서 네트워크 망으로 뿌림. 이때 패킷에는 해당 데이ㅓ가 몇번째 데이터인지 정보와 목적지 정보 들어있음.
이 정보를 보고 라우터가 패킷을 최적 경로로 전달함. 최적경로는 거리+혼잡도, 연결상태 등 그때그때 달르고 수시로 변경됨.
각 패킷들은 서로 다른 경로로 전송될 수 있고 다 도착하면 원래 데이터로 합쳐짐.

Nachrichtenvermittlung 와 차이?

메시지는 더 이상 하나의 단위로 전송되지 않고 패킷의 데이터 부분인 더 작은 단위로 나뉩니다.
각 패킷에는 전달 및 리어셈블리에 대한 모든 정보가 포함된 자체 헤더가 제공됩니다.
패킷은 독립적으로 전환 -> 동일한 메시지의 패킷은 다른 경로를 통해 수신자에게 도달할 수 있습니다.
일반적으로 개별 패킷의 크기가 같을 필요는 없지만 최대 길이 pmax의 데이터 부분과 함께 최대 패킷 크기에 대한 요구 사항이 있습니다.

Übertragungszeit bei Paketvermittlung

Multiplexing auf Paketebene

특징:
전송 패킷은 여러 경로 이용 가능 - 패킷별로 최적 경로 선택하니까.
송신패킷의 순서와 수신패킷의 순서 다를 수 있음.
전송 속도 및 흐름 제어 가능.
에러 탐지 가능 - 패켓 정보 통해서.
일반적인 인터넷 망에서 사용
장점 :
회선 이용률 높음
에러 및 장애에 강함 - 고장시 다른 경로 즉각 이용. 에러 맞은 특정 패킷만 재전송 가능.
인터넷 뿐 아니라 다른 통신망에서 사용 가능(전화도 가능)
단점:
경로 탐색과정에서 지연 발생.
전송량이 증가하면 지연율 급격하게 상승.
패킷헤더 추가로 인한 오버헤드 발생 가능.

• 긴 메시지 대신 작은 패킷을 전환하여 병목 현상을 보다 공정하게 사용
• 패킷이 손실되면 더 큰 메시지의 일부만 반복해야 합니다.

장점:
• 개별 패킷의 유연한 시분할 다중화
• 전체 메시지 대신 작은 패킷 버퍼링
단점:
• 제한된 버퍼로 인해 패킷 손실 가능
• 각 패킷에는 자체 헤더(오버헤드)가 필요합니다.
• 수신자는 패킷을 재조립해야 함

정리..

어디에 어떤 방식이?

• Leitungsvermittlung 회선 교환:
  • 아날로그 전화 연결(POTS) 음성전화시스템
  • 인터넷 전화 접속("라스트 마일")
  • 기업의 위치 네트워킹
  • 서로 다른 유형의 스위칭 네트워크에서 가상 채널(engl. Virtual Circuits)
  (프레임 릴레이, ATM, MPLS, ... )

• Nachrichtenvermittlung 메시징:
  • 레이어 3에서 실제 적용이 거의 없음
  • 그러나: 메시징은 상위 계층(계층 4 이상)의 관점에서 존재합니다. B. UDP 또는 SCTP와 같은 메시지 지향 전송 프로토콜 또는 SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)와 같은 응용 프로토콜

• Paketvermittlung 패킷 스위칭:
  • 대부분의 최신 데이터 네트워크에서
  • 모바일 네트워크에서도 음성 전송(Voice over IP)용으로 점차 증가
  • 디지털 라디오/텔레비전
  • 컴퓨터의 많은 주변 장치 인터페이스(PCI, USB, Thunderbolt)

Adressierung im internet

데이터 링크 계층(계층 2)은 다음을 제공...
• 여러 호스트가 공유하는 미디어에 대한 다소 공정한 미디어 액세스,
• 전송 오류에 대한 "충분한" 보호 및
• 직접 연결 네트워크 내에서 주소 지정.

네트워크 계층(계층 3)이 이를 보완합니다.
• 전 세계적으로 고유하고 구조화된/논리적 주소 지정 기회
• (가능한) 최적의 경로를 결정하기 위한 절차.

여기서 우리는 IPv4랑 IPv6만 주목한다.

• IPv4
  인터넷 프로토콜. 전세계적으로 사용된 첫 프로토콜.
  패킷 교환 네트워크 상에서 데이터를 교환하기 위한 프로토콜. 데이터가 정확하게 전달될 것 보장x 중복된 패킷 전달하거나 패킷의 순서를 잘못 전달할 가능성도 있음.
  데이터의 정확하고 순차적인 전달은 그보다 상위 프로토콜에서 보장함.

주소체계는 12자리. 네부분으로 나뉨.
주소는 32비트.

Internet protocol verstion 4 (IPv4)

Internet protocol verstion 6 (IPv6)