Introduction

OSI 7 계층에서 가장 복잡한 계층 중 하나로서 실제 네트워크 간에 데이터 라우팅을 담당한다. 이때 라우팅이란 어떤 네트워크 안에서 통신 데이터를 짜여진 알고리즘에 의해 최대한 빠르게 보낼 최적의 경로를 선택하는 과정을 라우팅이라고 한다.

네트워크 계층은 네트워크 호스트의 논리 주소 지정(ex : ip 주소 사용)을 확인한다. 또한 데이터 스트림을 더 작은 단위로 분할하고 경우에 따라 오류를 감지해 처리한다. 그리고 여러 개의 노드를 거칠 때마다 경로를 찾아주는 역할을 하는 계층으로서 다양한 길이의 데이터를 네트워크들을 통해 전달하고 그 과정에서 전송 계층이 요구하는 서비스 품질을 제공하기 위한 기능적, 절차적 수단을 제공한다.

네트워크 계층은 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션, 오류제어, 인터네트워킹 등을 수행한다. 라우터가 3계층에서 동작하고, 3계층에서 동작하는 스위치도 있다.

Router

💡 현재 인터넷은 TCP/IP 기반이다. IP Packet 으로 포맷팅되어야 라우터에게 전달 가능하다.

여러 개의 IP 주소를 가지는 디바이스이며 각각 subnet 이 다른 것.

✔️ Forwarding

• 들어온 패킷의 목적지 주소를 보고 나의 forwarding table entry 를 참고하여 목적지를 향하는 곳으로 전달해준다. 한순간에 많은 패킷이 들어오므로 처리 속도가 빠르다.
• best effort, 최선은 다하나 유실 발생 가능성이 있다!
• entry 에는 Address Range (주소 범위) 가 들어간다.
  

✔️ Routing

• 출발지부터 목적지까지 어떤 경로로 갈 것인가를 다룬다
• routing processor 가 forwarding table 을 만들고 entry 을 채우는 일을 한다
• input, output 양쪽에 queueing 이 있다
  

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IP Packet

💡 IP Header (20bytes) | TCP Header (20bytes) | Application Message

IPv4 (IP Address) 📇

✔️ 특정 머신의 특정 네트워크 인터페이스를 지칭하는 것이다.

• A unique 32-bit number
• Identifies an interface (on a host, on a router, ...)
• Represented in dotted-quad notation

Hierarchical Addressing: IP Prefixes

주소의 계층화 👉 장점: 라우터의 forwarding table 이 단순해지고 매칭도 빨라지며 관리도 쉬워진다.

subnet

같은 네트워크 ID 를 가진 인터페이스의 집합.
즉 라우터를 거치지 않고도 접근 가능한 인터페이스의 집합이다.

IP address

• Subnet part (Net ID) - high order bits : prefix, subnet
• Host part (Host ID) - low order bits

IPv6 📇

주소 공간 부족의 문제를 해결하기 위해 나온 새로운 주소 방안

✔️ Header 에 존재하는 IP 주소 필드 크기가 128bit 이다.
✔️ 주소 공간이 128bit 👉 2^128 개의 Host 지원이 가능하다는 것

Network Address Translation (NAT)

진통제 역할
Port 번호까지 나가고 들어올 때 바꿔준다. NAT 테이블에서 매핑된다.

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Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)

application protocol 이다
우리 (client) 의 요청을 받은 무선공유기 속 DHCP Server 는 우리에게 우리가 사용할 IP 주소, 게이트웨이, 라우터 주소를 제공해준다.

IP datagram format

IP Packet 을 살펴보자

MTU
fragmented packet 들은 독립적으로 목적지까지 도달한다. fragmentation 을 하는 라우터는 나중에 이들이 목적지에 도달했을 때 다시 잘 조립될 수 있도록 (reassembled) 적절한 field (ID, flags, fragment offset) 를 기록해줘야 한다.

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Routing Algorithm

출발지부터 목적지까지의 최단 경로 알고리즘을 찾아보자
(16-2 12차)

Link State Algorithm

내 정보를 모두에게 나누는 방법.

Distance Vector Algorithm

내 정보를 이웃이랑만 stablize 될 때까지 주고받는 방법.

현재 코스트가 변하거나 이웃에게 받으면 벡터를 계산해서 내 값이 변경되면 이웃에게 알려준다.

아래 예시는 이해를 돕기 위한 단순한 시나리오이다.

if link cost changes

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🔗 Reference

• OSI 7계층
• OSI 7계층 그림
• [KOCW] 이석복 교수님의 컴퓨터네트워크 강의를 수강하고 정리한 내용입니다.

잘못된 내용이 있다면 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다 😊