네트워크 층

개요

• 블랙박스 네트워크로 생각가능
• 연결장치를 통하여 연결된 수많은 네트워크(또는 링크)로 구성
• LAN과 WAN들의 조합
  
• 라우터와 같은 연결 장치는 교환기로서 동작
• 패킷이 라우터의 한 포트에 도착하면 이 패킷은 다른 포트를 통하여 다음 교환기로 전달(forward) 즉 교환(switching)

교환

회선 교환

• 메시지 전달 전에 발신지와 목적지 사이에 물리 회선이 생성
• 발신지는 메시지 전달이 완료되면, 이를 네트워크에 통보해서 네트워크가 다른 연결을 위하여 사용할 수 있게 한다.
• 대부분 물리층에서 사용된다

패킷 교환

• 상위 계층의 메시지가 관리 가능한 크기의 패킷으로 분할되고 각 패킷이 네트워크를 통하여 전달
• 발신지는 한개씩 송신, 목적지는 패킷을 한개씩 수신, 같은 메시지에 속하는 모든 패킷이 도착하면, 메시지를 상위 계층에 전달 목적지에서 재조립

패킷교환

• 데이터그램이라는 관리 가능한 크기의 패킷들로 분할된다
• 수신된 데이터그램은 목적지에서 재조립되어 원래의 메시지를 다시 생성
• 비연결형 서비스와 연결형 서비스가 있다.

비연결형 서비스

• UDP: 바뀐걸 모르고 그래도 보낸다
  TCP: 재전송 요청 복구 시키나.
• 라우터로 연결되어 길찾기 기능을 한다.
  인터넷은 출발과 도착 순서가 다를 수 있다.

• 비연결형 서비스를 제공하는 경우 인터넷에서 전달되는 패킷은 독립적 개체가 된다. 같은 메시지에 속한 패킷 사이에 아무런 상관관계 없다.
• 패킷 뒤에 같은 발신지에서 오는 패킷이 올 수도 있고 다른 발신지에서 온 패킷이 따라올 수도 있다.
• 패킷은 헤더에 속한 발신지 주소와 목적지 주소를 기반으로 전달

• 표지판 역할을 하며 라우팅의 이정표이다.

연결형 서비스

• 한 메시지에 속한 모든 데이터그램이 송신되기 전에 데이터그램의 경로를 나타내는 가상회선(전화망같은)이 생성된다.

• 연결이 된 후 데이터그램은 같은 경로를 따라 전달

• 발신지 주소, 목적지 주소, 가상회선을 지정하는 가상 회선 식별자인 흐름 레이블도 가지고 있어야 한다.

• 레이블 기반으로 포워딩 된다.
  

• 연결 설정, 데이터 전송과 연결 헤제로 세 단계 과정 사용

• 설정단계

  • 가상회선을 위한 엔트리 생성
  • 요청 패킷: 발신지와 목적지 주소 전달
  • 확인응답 패킷: 테이블 내의 엔트리 완성

• 데이터 전송 과정: 엔트리를 기반으로 순서대로 전달

• 연결해제단계

  • 발신지는 패킷을 모두 보낸 후 해제 패킷 송신
  • 목적지는 확인응답 패킷으로 응답
  • 모든 라우터는 해당 엔트리 삭제

• 레이블 값을 기반으로 포워딩 결정

가상회선망에서 연결설정 요청 패킷 전송

가상 회선망에서 연결성정의 확인응답

설정된 가상 회선에서 패킷의 흐름

네트워크층 서비스

논리 주소체계

• 네트워크층은 종단-대-종단(end-to-end)통신 제공
• 네트워크층 주소 또는 논리 주소라는 인터넷 공통의 식별자 시스템이 필요

발신지에서 제공되는 서비스

• 패킷화
  • 상위 계층으로부터 온 데이터를 데이터그램으로 캡슐화
• 다음 홉의 논리주소 찾기
  • 라우팅 테이블 참조
• 다음 홉의 물리주소(MAC)찾기
  • ARP(address resolution protocol)이용
    논리 주소를 받아 이를 다음 홉의 MAC주소로 변환
• 필요한 경우 데이터그램 단편화
  • 데이터그램이 MTU(maximum transmission unit)보다 클 경우

• 네트워크층은 상위 계층으로부터 데이터, 데이터 길이, 목적지 논리 주소, 프로토콜ID, 서비스 유형 정보들을 받는다.

라우터에서 제공되는 서비스

• 한 개의 데이터그램 전달을 위하여 입력 인터페이스와 출력 인터페이스가 관여
• 라우터의 네트워크층은 입력 인터페이스의 데이터 링크층과 출력 인터페이스의 데이터 링크층과 상호 작용해야한다.
• 다음 홉의 논리주소 찾기
• 다음 홉의 MAC주소 찾기
• 단편화
  

1. 패킷화
2. 다음 홉의 논리주소 찾기
3. 다음 홉 MAC주소 찾기
4. 단편화

목적지 컴퓨터에서 제공되는 서비스

• 단편들을 재조립
• 상위 계층에 전달
• 재조립 타이머 설정, 완료 전에 타이머가 만료되면 재전송 오류 메시지 전송
  
• 데이터그램의 유효성을 검증한 후 각 단편에서 데이터 추출 저장
• 모든 단편 도착하면 데이터 재조립되고 상위 계층 전달
• 네트워크층은 재조립 타이머 설정
  • 타이머가 만료되면 모든 데이터 단편은 폐기되고 모든 단편을 재전송해야 한다는 오류 메시지 전송

네트워크층 문제점들

오류제어

• 훼손(비트깨진거)되거나 손실되거나 중복된 데이터그램을 탐지하는 메커니즘
• LAN과 WAN을 포함하는 네트워크의 처리과정을 제어하는 데이터 링크층은 오류 제어를 사용
• 홉대홉 오류제어가 있지만 완전한 보호를 하지 못한다.
  • 라우터에 의해 처리되는 동안 오류가 발생하면 데이터 링크층은 이를 탐지하지 못한다.

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