[네트워크] 06. 멀리 있는 컴퓨터끼리는 이렇게 데이터를 주고받는다

ppmyor·2022년 9월 20일

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IPv4 프로토콜

IPv4가 하는 일

네트워크 상에서 데이터를 교환하기 위한 프로토콜
데이터가 정확하게 전달될 것을 보장하지 않는다.(데이터가 중간에 누락되거나, 잘못되어서 깨질 수 있음) 이는, 다른 계층(4계층 등)에서 보완해줄 수 있다.
중복된 패킷을 전달하거나 패킷의 순서를 잘못 전달할 가능성도 있다.(악의적으로 이용되면 DoS 공격이 됨)
데이터의 정확하고 순차적인 전달은 그보다 상위 프로토콜인 TCP에서 보장한다.

IPv4 프로토콜의 구조

(마지막 IP Option은 붙을 수도 있고 안 붙을 수도 있는 옵션이기 때문에 토막나있음)
다른 네트워크의 특정 대상을 찾는 IPv4 프로토콜(20byte, 만약 옵션이 붙게 되면 하나씩 붙을 때 마다 +4byte, 최대 10개의 옵션이 붙을 수 있음)

Version: IP 프로토콜의 버전을 씀.(4가 옴, 6는 위의 프로토콜 구조 모양이 다름)
IHL(Header Length): 4bit -> 2진수 4개로 표현할 수 있는 최대 크기는 15
하지만 IPv4의 최소 길이는 20byte, 최대 길이는 60byte이기 때문에 해당 공간 안에 쓰지 못함. 따라서, 4를 나눠서 표기함. (ex) 20/4 = 5(16진수) -> 0101) 옵션이 하나씩 늘어날 때 마다 1씩 증가함.(옵션이 4byte이기 때문)
TOS(Type of Service): 지금은 쓰이지 않기 때문에 0으로 비워짐(16진수로 0 0), 예전에 나왔을 때에는 데이터의 형식에 대한 내용, 중요도 등을 표기함.
Total Length: Header 뿐만 아니라 payload 까지의 길이. 즉, 전체의 길이.
Identification, IP Flags, Frgment Offset: 데이터가 큰 것을 보낼 때 최대 전송 범위가 있기 때문에 잘라서 보냄. 그 때, 쪼개진 것들을 알아볼 수 있도록하는 값들.
Identification: 쪼개진 것들이 하나였다는 것을 알아볼 수 있도록 동일한 것끼리 동일한 ID를 부여
IP Flags(xDM): 3bit로 이루어짐. 첫번째 bit는 미사용(0). 2번째 bit는 D(Don't Fragmentation, 패킷을 보내는 사람이 데이터를 안쪽에서 보내겠다고 명시.) M(More Fragmentation, 조각화를 해서 보낼 때 첫번째 패킷 뒤에 다른 패킷이 있음을 명시적으로 알려줌. 즉, 최대전송단위보다 크게 보낸다면 해당 bit가 1로 세팅이 된다고 볼 수 있다. 아닐 시 0으로 세팅.).
IP Fragmentation, IP Segmentation IP 단편화, IP 조각화, IPv4 단편화, IPv6 단편화
Fragment Offset: 13bit로 이루어짐. 잘게 쪼갠 것을 원래대로 복구하려고 할 때 데이터의 순서를 알아볼 수 있게 Offset을 지정. 가장 처음으로부터 얼마나 떨어져있는지를 나타냄으로써 순서를 알아볼 수 있도록 함.
TTL(Time To Live): 패킷이 살아있을 수 있는 시간을 지정. 계층의 장비를 하나씩 넘어갈 때 마다 1씩 감소. TTL의 값이 0이 되는 순간 패킷을 폐기.(윈도우 128, 리눅스 64)
Protocol: Ethernet type과 동일한 부분. 상위 프로토콜이 무엇인지 알려줌.(ICMP(3계층, 01로 세팅), TCP(4계층, 06으로 세팅), UDP(4계층, 17로 세팅))
Header Checksum: 헤더의 오류가 있는지 없는지를 체크.(값과 해당 값을 계산한 값을 전달받은 뒤 값들을 다시 계산해서 전달받은 계산한 값과 동일한지 검사)
Source Address: 출발지 IP 주소(4byte)
Destination Address: 도착지 IP 주소(4byte)
IP Option

참고: IPv6의 구조

ICMP 프로토콜

ICMP가 하는 일

ICMP(Internet Control Message Protocol, 인터넷 제어 메세지 프로토콜)
네트워크 컴퓨터 위에서 돌아가는 운영체제에서 오류 메시지를 전송 받는 데 주로 쓰인다. 프로토콜 구조의 Type과 Code를 통해 오류 메시지를 전송 받는다. 대표적으로 사용하는 곳이 상대방과 통신이 되는지 안되는지 확인하기 위한 용도로 많이 쓰인다.

ICMP 프로토콜의 구조

특정 대상과 내가 통신이 잘 되는지 확인하는 ICMP 프로토콜(8byte)

Type: 카테고리 중 대분류, 0, 3, 8, 10, 11 ... 등 Message Type 들이 있다. 8번은 요청, 0번은 응답, 3번은 Destination Unreachable(가는 경로 상 문제), 11번은 Time exceed(상대방 쪽 문제, 방화벽 등). 해당 코드로 네트워크가 안될 때 message를 통해 왜 안되는지에 대한 이유를 알 수 있다. 5번은 ICMP redirect(원격지에 있는 상대방의 라우팅 테이블을 ICMP를 통해 수정할 때 사용)
Code: 카테고리 중 소분류

라우팅 테이블

내가 보낸 패킷은 어디로 가는가

netstat -r

어디로 보내야 하는지 설정되어 있는 라우팅 테이블
지도 같은 개념으로 라우팅 테이블에 적혀있는 부분만 찾아갈 수 있고, 적혀있지 않은 부분은 찾아갈 수 없음
보통 라우팅 테이블을 작성할 때 기본 값을 넣어줌.(기본 게이트웨이 ..)

다른 네트워크와 통신 과정

다른 네트워크까지 내 패킷의 이동 과정

보낼 라우팅 테이블에 해당 패킷을 받을 네트워크 대역이 있어야 전송이 가능
[따라學IT] 06. 멀리 있는 컴퓨터끼리는 이렇게 데이터를 주고받는다 - 라우팅 테이블 및 전송 과정

IPv4의 조각화

조각화란?

큰 IP 패킷들이 적은 MTU(Maximum Transmission Unit, 1500 byte)를 갖는 링크를 통하여 전송되려면 여러 개의 작은 패킷으로 쪼개어/조각화되어 전송되어야 한다. 만약 MTU 보다 크면(1500byte 보다 크면) 조각화되어 전송됨.
즉, 목적지까지 패킷을 전달하는 과정에 통과하는 각 라우터마다 전송에 적합한 프레임으로 변환이 필요하다. 일단 조각화되면, 최종 목적지에 도달할 때까지 재조립되지 않는 것이 일반적이다.