Section 01. 개요

🌟 (개념적인 수준에서) 전체 인터넷: 수백만의 컴퓨터를 연결하는 블랙박스 네트워크

(서로 연결된 LAN(근거리)과 WAN(원거리)의 조합으로서)
인터넷: LAN과 WAN들의 조합인 네트워크들이 서로 연결된 네트워크
+) 연결 장치를 통해 연결된 수 많은 네트워크(링크)로 구성된다.

Section 02. 교환

발신지부터 목적지까지 메시지를 전달하는 과정 중, 많은 결정이 이루어진다. 그 중 하나는 메시지가 연결 장치에 도착하면 패킷을 송신하는 출력 포트를 결정해야 한다.

즉, 어디로 메시지를 전송할 것이냐를 결정해야 한다.

이때, 연결 장치는 한 포트를 다른 포트에 연결하는 교환기(switch) 역할을 한다.

01. 회선 교환(Circuit Switching)

회선 교환망: 자동 스위치를 이용해 회선을 (자동으로) 움직여 통신하는 네트워크

1. 메시지 전달 전, 발신지와 목적지 사이에 물리 회선(링크)를 생성, (물리적 통신 회선) 연결한 후 메시지를 전달한다.
2. 메시지 전달 후 네트워크에 통보한다.
3. 다른 호스트들의 연결을 위해 링크 연결 해제한다.
   1. 통신할 때, 특정 물리 회선을 독점한다.

⇒ 초기 전화시스템

• 데이터 전송 전, 물리적 통신 회선 연결 / 통신망을 통한 연결이 선행되어야 한다.
• 전체 경로가 미리 확보되어야 한다. (독점)
• 송, 수신측이 항상 동시에 존재해야만 통신이 가능하다.
• 기억 장치를 사용하지 않는다.
• 패킷 교환 방식에 비해 접속에 다소 긴 시간이 소요되지만, 전송 지연은 거의 없다.
  • 송, 수신측이 항상 동시에 존재하며 경로를 독점하기 때문이다.
  • 연결만 되면 실시간 통신이 가능하여 통신 속도가 빠르다.

02. 패킷 교환(Packet Switching)

패킷 교환망: 오늘날 인터넷의 네트워크 계층. 라우터가 회선 상태에 따라 패킷을 전송하는 네트워크

1. 상위층(전송)으로부터 받은 메시지를 패킷 단위로 분할한다.
2. 발신지에서 목적지까지 패킷 단위로 전달한다.
3. 이때, 네트워크 내의 교환기를 라우터(router)라고 한다.
4. 패킷 교환망은 패킷을 최종 목적지까지 전달한다.

⇒ 데이터그램(datagram), 가상회선(virtual circuit)

Section 03. 네트워크 계층에서 패킷 교환

네트워크 계층은 패킷 교환망으로 설계된다. 발신지에서 메시지는 (상위층에서 내려오며) 데이터그램(datagram) 단위로 분할되며, 발신지에서 목적지로 전달된다.

데이터그램(datagram): 네트워크 계층의 가변길이 패킷으로 헤더와 데이터를 같이 묶은 것?

수신된 데이터그램은 (상위층으로 올라가며) 목적지에서 원래의 메시지로 재조립된다.

01. 비연결형 서비스(connectionless service)

비연결형 서비스는 각 패킷을 연결되지 않게, 상호 독립적으로 처리한다.

라우터는 목적지 주소를 기반으로 패킷을 전달한다. 이때, 각 라우터가 갖고 있는 라우팅 테이블을 이용해 입력 포트로 들어온 데이터그램의 목적지 주소로 어떤 출력 포트로 전달할지 결정한다. 이 과정을 포워딩(운동, forwarding) 처리라고 한다.

02. 연결형 서비스(connection-oriented service)

연결형 서비스는 출발할 때의 패킷 순서와 도착할 때의 패킷 순서를 동일하게, 즉 메시지 속 패킷들이 서로 갖고 있는 관계성을 유지하며 전달하는 서비스이다.

⇒ 가상 회선(virtual circuit) 방식

이러한 서비스를 제공하기 위해서 연결설정(setup), 데이터 전송, 연결해제(teardown) 과정이 사용된다.

1. 데이터그램 송신 전, 경로를 지정하는 가상 회선(virtual circuit)을 생성한다.
2. 연결 생성 후 가상 회선 경로를 따라 데이터그램을 전달한다.
3. 패킷에는 가상 회선 식별자(flow label, 흐름 레이블)가 존재하며, 이 레이블을 기반으로 포워딩한다.

이때 L1, L2는 가상 회선 식별자, 즉 flow label이다. 연결설정 과정을 통해 가상 회선 경로에 존재하는 라우터의 라우팅 테이블에 가상 회선 식별자가 무엇인지에 대한 엔트리가 생기게 되고, 이 엔트리를 통해 패킷을 전송한다.

- 연결 설정 단계(setup phase)

1. 가상 회선을 위한 엔트리를 생성한다.

   • 이때 엔트리는 라우팅 엔트리를 말하며, 라우팅 엔트리를 모은 것이 라우팅 테이블이다.

2. 요청 패킷: 송신자(발신지)가 수신자(목적지)에게 발신지와 목적지 주소를 전달한다. 이때 가상 회선의 각 라우터의 라우팅 테이블에 새로운 엔트리가 생성된다.

   

   ⇒ 요청 패킷을 보내면서 각 라우터의 라우팅 테이블에 새로운 엔트리 생성

   → 엔트리의 입력 포트, 입력 레이블, 출력 포트 설정

   → B가 요청 패킷을 수신 후, A로부터 패킷을 수신할 준비가 되어 있으면 A로 온 패킷에 레이블을 할당하고 확인 응답을 보낸다.

3. 확인 응답 패킷: 수신자가 송신자에게 보내는 응답으로 미완성이었던 라우팅 엔트리를 완성한다.

   

   → 확인 응답 패킷을 보내면서 각 엔트리 완성(레이블 할당)

   → 목적지 B가 라우터 R4에게 확인 응답, R4는 R3에게 확인 응답 전달, 전달 전달…

- 데이터 전송 과정

• 엔트리를 기반으로 순서대로 전달된다.

한 패킷이 전송되는 과정

- 연결 해제 단계(teardown phase)

• 연결 해제 패킷: 송신자, 즉 발신지가 패킷을 모두 보낸 뒤 연결 해제 패킷을 송신한다.
• 확인 응답 패킷: 수신자, 즉 목적지가 확인 응답 패킷으로 응답한다.
• 위 패킷을 주고 받으면 모든 라우터는 통신에 이용한 엔트리를 삭제하게 된다.

Section 04. 네트워크 계층 서비스

오늘날 인터넷은 비연결형 서비스를 기반으로 한다.

이때 논리 주소 체계는 인터넷 공통 식별자 시스템으로 한다. (⇒ IP 주소)

01. 발신지에서 제공되는 서비스

1. 패킷화: 상위층으로부터 온 데이터를 데이터그램(헤더+데이터)으로 캡슐화
   1. 내려온 데이터 중에서 실제 데이터만 가져와 SA, DA, 데이터만 있는 형태로 캡슐화
2. 다음 홉의 논리 주소(IP) 찾기: 라우팅 테이블을 통해 다음 경로(홉)을 찾는다.
3. 다음 홉의 물리 주소(MAC) 찾기: ARP(address resolution protocol)을 이용한다.
   1. 다음 홉의 MAC 주소를 찾기 위해서는 또 다른 테이블을 사용하여 다음 홉의 논리 주소(IP)를 MAC 주소로 변환해야 한다. 이 과정을 ARP라고 한다.
4. 필요한 경우 데이터그램 단편화: 데이터그램이 최대 크기(MTU, maximum transmission unit)보다 클 경우, 최대 크기로 자른다.

02. 각 라우터에서 제공되는 서비스

1. 두 개(입력, 출력)의 인터페이스 관여
2. 다음 홉의 논리 주소(IP) 찾기
3. 다음 홉의 MAC 주소 찾기
4. 단편화

03. 목적지 컴퓨터에서 제공되는 서비스

1. 단편화된 패킷을 재조립(유효성 검사)
   1. 유효성 검사: 데이터그램이 올바른 라우터에 전달 되었음을 확인한다.
2. 재조립한 것을 상위층에 전달
3. 재조립 타이머를 설정하여 재조립 중 시간이 초과되면 재전송 오류 메시지를 전송

(참고) 단순한 컴퓨터 네트워크의 구성 요소

• 서버 컴퓨터: 웹페이지의 제공, 데이터의 저장, 네트워크를 제어하는 네트워크 운영 시스템의 저장 등과 같이 클라이언트 컴퓨터 지원을 위해 네트워크 기능을 수행하는 네트워크 상의 컴퓨터
• 허브(Hub): 네트워크 구성요소들을 연결하는 가장 단순한 장치로서 네트워크에 연결된 다른 장치로 데이터 패킷을 보낼 수 있음
  • 1계층(물리), 길을 만들어 준다.
• 스위치(Switch): 허브보다 조금 더 지능화된 장치로서 네트워크 상의 특정 목적지로 데이터를 재전송하거나 필터링 기능을 수행
  • 2계층(데이터링크)
• 라우터(Router): 패킷 데이터를 다른 네트워크를 통해 정확한 주소로 전달하기 위해 사용하는 통신 프로세서
  • 3계층(네트워크)

허브, 스위치, 라우터는 모두 중간 장치이다. 이때 각 장치의 계층이 상위층일 수록 하는 역할이 증가한다.