네트워크 계층
네트워크 계층은 OSI(Open Systems Interconnection) 모델의 세 번째 계층으로, 데이터를 발신지에서 목적지까지 전달하는 데 중요한 역할을 한다. 이 계층은 네트워크 간의 데이터 전송 경로를 결정하고, 데이터 패킷이 올바르게 라우팅되도록 하는 책임이 있다.
이미지출처 - https://www.sitesbay.com/computer-network/cn-network-layer
IP와 IP 주소 체계
IP(Internet Protocol)는 네트워크 계층에서 사용되는 주요 프로토콜로, 데이터를 패킷 단위로 나누어 전송한다. IP 주소는 네트워크 상의 장치들을 식별하는 고유한 주소 체계로, IPv4와 IPv6 두 가지 버전이 존재한다.
IPv4
32비트 주소 체계를 사용하며, 총 2^32개의 주소를 제공한다. IPv4 주소는 네 개의 8비트 숫자로 구성되어 있으며, 예를 들어 192.168.0.1과 같은 형태를 가진다. 주소는 네트워크 부분과 호스트 부분으로 나뉘며, 서브넷 마스크를 통해 이를 구분한다.
IPv6
128비트 주소 체계를 사용하여, 2^128개의 주소를 제공한다. 이는 IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위해 도입되었다. IPv6 주소는 여덟 개의 16비트 숫자로 구성되며, 각 숫자는 콜론으로 구분된다. 예를 들어, 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334와 같은 형태를 가진다. IPv6는 자동 구성, 확장성, 향상된 보안 기능을 제공한다.
이미지출처 - https://www.juniper.net/kr/ko/research-topics/what-is-ipv4-vs-ipv6.html
ARP
ARP(Address Resolution Protocol)는 네트워크 계층과 데이터 링크 계층 사이에서 동작하는 프로토콜로, IP 주소를 물리적 MAC(Media Access Control) 주소로 변환하는 역할을 한다. 이 과정은 같은 로컬 네트워크 내에서 통신을 가능하게 하며, 데이터가 정확한 장치로 전달될 수 있도록 한다.
동작 방식: ARP 요청을 통해 IP 주소에 해당하는 MAC 주소를 알아내고, ARP 응답을 통해 필요한 정보를 제공받는다. 예를 들어, 호스트 A가 호스트 B에게 데이터를 전송하려면, A는 B의 IP 주소를 알고 있어야 하며, 이를 위해 ARP 요청을 브로드캐스트하여 B의 MAC 주소를 알아낸다.
ARP 캐시: ARP는 각 호스트와 라우터에 ARP 캐시를 유지하여 자주 사용하는 IP-MAC 주소 매핑을 저장한다. 이를 통해 동일한 요청을 반복적으로 수행하지 않고도 빠르게 통신할 수 있다.
이미지출처 - https://www.fortinet.com/kr/resources/cyberglossary/what-is-arp
라우팅
라우팅은 네트워크 상에서 데이터를 목적지까지 전달하기 위해 최적의 경로를 선택하는 과정이다. 라우터는 이 과정을 수행하는 주요 장치로, 각 네트워크 간의 트래픽을 효율적으로 관리하고 전달한다.
이미지출처 - https://www.cloudflare.com/ko-kr/learning/network-layer/what-is-routing/
라우팅 프로토콜
라우팅 프로토콜에는 RIP(Routing Information Protocol), OSPF(Open Shortest Path First), BGP(Border Gateway Protocol) 등이 있으며, 이들은 서로 다른 라우팅 알고리즘을 사용하여 네트워크 경로를 계산하고 업데이트한다.
이미지출처 - https://www.geeksforgeeks.org/routing-v-s-routed-protocols-in-computer-network/
RIP
거리 벡터 라우팅 프로토콜로, 홉 수를 기준으로 최적의 경로를 선택한다. 최대 홉 수가 15로 제한되어 있어 작은 네트워크에 적합하다.
OSPF
링크 상태 라우팅 프로토콜로, 전체 네트워크 토폴로지를 고려하여 최적의 경로를 계산한다. 대규모 네트워크에 적합하며, 신뢰성과 확장성이 뛰어나다.
BGP
자율 시스템 간의 경로 정보를 교환하는 데 사용되는 프로토콜로, 인터넷의 백본을 형성한다. 경로 벡터 프로토콜로, 정책 기반 라우팅을 지원하여 다양한 경로 선택 기준을 제공한다.
네트워크 계층의 기타 기능
Fragmentation(패킷 단편화)
네트워크 계층은 큰 데이터 패킷을 작은 단위로 나누어 전송할 수 있다. 이는 각 네트워크의 최대 전송 단위(MTU)에 맞추기 위함이다. 수신 측에서는 이 단편화된 패킷들을 다시 조립하여 원래의 데이터로 복원한다.
이미지출처 - https://www.geeksforgeeks.org/introduction-to-fragmentation/
TTL(Time to Live)
각 IP 패킷에는 TTL 필드가 포함되어 있어, 패킷이 네트워크를 통해 전달될 때마다 이 값이 감소한다. TTL 값이 0이 되면 패킷은 폐기된다. 이를 통해 네트워크 내에서 무한 루프를 방지하고, 오래된 패킷이 네트워크를 점유하지 않도록 한다.
이미지출처 - https://www.geeksforgeeks.org/what-is-time-to-live-ttl/
네트워크 계층은 이러한 프로토콜과 메커니즘을 통해 다양한 네트워크 간의 데이터 전송을 가능하게 하고, 인터넷과 같은 대규모 네트워크의 기반을 형성한다. 이를 통해 사용자는 전 세계 어디에서나 데이터를 송수신할 수 있다.
