8. IP프로토콜 (1)

윤주원·2023년 7월 20일

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IP 프로토콜

네트워크 계층의 기능

네트워크 계층에서 ip프로토콜을 사용하기에 먼저 설명

라우팅
– 라우팅 테이블 : 네트워크 구성 형태에 관한 정보를 관리
– 라우팅 : 송수신 호스트 사이의 패킷 전달 경로를 선택하는 과정

혼잡 제어

– 혼잡 : 네트워크에 패킷 수가 과도하게 증가되는 현상
– 혼잡 제어 : 혼잡의 발생을 예방하거나 제거하는 기능

패킷의 분할과 병합

– 상위 전송 계층에서 송신을 요구한 데이터는 최종적으로 MAC 계층의 프레임 구조에 정의된 형식으로 캡슐화되어 물리적으로 전송
– 패킷 분할 : 데이터를 여러 패킷으로 나누는 과정
– 패킷 병합 : 목적지에서 분할된 패킷을 다시 모으는 과정

연결형 서비스와 비연결형 서비스

– 연결형 : 데이터 전송 전에 데이터의 전송 경로를 미리 결정
– 비연결형 : 데이터의 전송 경로를 사전에 결정하지 않고 패킷 단위로 결정

연결형 서비스

– 상대적으로 신뢰성이 높음

비연결형 서비스

– 패킷의 전달 순서 : 패킷이 서로 다른 경로로 전달되므로, 도착 순서가 일정하지 않으므로, 상위 계층에서 순서를 재조정해야 함
– 패킷 분실 가능성 : 패킷의 100% 도착을 보장하지 않으므로, 상위 계층에서 패킷 분실 오류를 복구해야함
– IP, UDP : 각각 네트워크, 전송 계층의 기능을 지원하는 비연결형 프로토콜

라우팅

패킷의 전송 경로를 지정
전송 경로 결정시 고려 사항
: 공평 원칙 – 다른 패킷의 우선 처리를 위해 다른 패킷이 손해를 보면 안됨 (현실에서는 그렇진 않음)
: 효율 원칙 – 전체 네트워크의 효율성에 대해 고려해야함

정적/동적 라우팅

정적 라우팅 : 송수신 호스트 사이에서 패킷 전송이 이루어지기 전에 경로 정보를 라우터에 미리 저장하여 중개하는 방식
동적 라우팅 : 라우터에서 사용하는 경로 정보를 네트워크 상황에 따라 적절하게 변경하는 방식

정적 라우팅

경로 정보의 갱신이 어려움
네트워크 변화 및 네트워크 혼잡에 대응하기 어려움

동적 라우팅

경로 정보의 수집과 관리로 인한 성능저하가 발생한다.

라우팅 테이블

패킷 전송 과정에서 라우터들이 경로를 쉽게 찾을 수 있도록하는 도구
필수정보
: 목적지 호스트 – 패킷의 최종 목적지가 되는 호스트의 주소
: 다음 홉 : 목적지 호스트까지 패킷을 전달하기 위한 인접 경로

호스트 1의 라우팅 테이블 예시

라우팅 정보의 처리

소스 라우팅
: 패킷을 전송하는 호스트가 목적지 호스트까지의 전달 경로를 스스로 결정
: 경로 정보를 전송 패킷에 기록함
: 데이터그램 방식과 가상 회선 방식에서 모두 이용함
분산 라우팅
: 라우팅 정보가 분산되어 있는 방식
: 패킷의 전송 경로에 위치한 각 라우터가 경로 선택에 참여함
: 네트워크에 존재하는 호스트의 수가 많아질수록 다른 방식보다 효과적임
중앙 라우팅
: 라우팅 제어 센터(RCC)라는 특별한 호스트를 통해 전송 경로에 관한 모든 정보를 관리하는 방식
: RCC로부터 목적지 호스트까지 도착하기 위한 경로 정보를 획득함
: 일반 호스트들의 경로 정보에 대한 관리 부담이 줄어들지만, RCC에 과도한 트래픽이 생성되므로, 전체 효율이 떨어질 수 있음
계층 라우팅
: 분산 라우팅 기능과 중앙 라우팅 기능을 적절히 조합하는 방식
: 네트워크 규모가 계속 커지는 환경에서 효과적임

혼잡제어

혼잡 : 네트워크 성능 감소가 급격하게 악화되는 현상
혼잡 제어 : 혼잡 문제를 해결하기 위한 방안
: 흐름 제어 – 송신, 수신 호스트 사이의 논리적 점대점 전송 속도를 다룸
: 혼잡 제어 – 서브넷에서 네트워크의 전송 능력 문제를 다룸

혼잡의 원인

초기 혼잡 과정에서 타임 아웃 시간이 작으면 혼잡도가 급격히 증가
패킷의 도착순서가 다른 상황에서 패킷을 분실 처리하면 혼잡도가 증가
의도적으로 피기배킹을 사용하는 경우, 응답 시간의 지연으로 인한 재전송이 유발되어 혼잡도가 증가
패킷 생존 시간을 작게하면 패킷이 강제로 제거되어 혼잡도가 증가

트레픽 성형

혼잡은 트래픽이 특정 시간에 집중되는 버스트현상이 원인인 경우가 다수
트래픽 성형
: 송신 호스트가 전송하는 패킷의 발생 빈도를 네트워크에서 예측할 수 있는 전송 성공률로 바꾸어주는 기능

혼잡 제거

특정 지역의 혼잡이 다른 지역으로 확대되지 않도록 하는 것이 중요

라우팅 프로토콜

간단한 라우팅 프로토콜

네트워크 거리 기준 : 라우터의 개수, 홉 수로 판단

최단 경로 라우팅

패킷이 목적지에 도달할 때까지 라우터 수가 최소화 될 수 있도록 경로 선택

플러딩

라우터가 자신에게 입력된 패킷을 출력 가능한 모든 경로로 중개하는 방식
패킷이 무한히 만들어질 수 있으므로 생존 시간으로 제한
특별한 목적을 가지고 사용되는 경우가 다수

거리 벡터 라우팅 프로토콜

라우터가 자신과 연결된 이웃 라우터와 라우팅 정보를 교환하는 방식 중 하나
필수 정보
: 링크 벡터 – 이웃 네트워크에 대한 연결 정보
: 거리 벡터 – 개별 네트워크까지의 거리 정보
: 다음 홉 벡터 – 개별 네트워크로 가기 위한 다음 홉 정보

링크 백터

링크벡터 L(x) : 라우터 x와 연결된 이웃 네트워크에 대한 연결정보를 보관
L(R1) = [ 포트1 (Net.1), 포트3 (Net.2) ]
L(R2) = [ 포트1 (Net.1), 포트8 (Net.4) ]
L(R7) = [ 포트6 (Net.3), 포트9 (Net.5) ]

거리벡터

전체 네트워크에 소속된 개별 네트워크들까지의 거리 정보를 관리
D(R1) = [ 거리(Net.1) = 1,
거리(Net.2) = 1,
거리(Net.3) = 2,
거리(Net.4) = 2,
거리(Net.5) = 2 ]
거리는 지나치는 라우터 숫자

다음 홉 벡터

다음 홉 벡터 H(x)는 개별 네트워크까지 패킷을 전송하는 다음 홉 정보를 관리
H(R1)= [ 다음 홉(Net.1) = -,
다음 홉(Net.2) = -,
다음 홉(Net.3) = R4,
다음 홉(Net.4) = R3,
다음 홉(Net.5) = R6 ]

RIP (Routing Information Protocol) 프로토콜

거리 벡터 방식의 내부 라우팅 프로토콜 중에서 가장 간단하게 구현된 것
소규모 네트워크 환경에 적합, 현재 가장 많이 사용되는 라우팅 프로토콜

Command(명령)
: 값이 1이면 RIP 요청을, 2이면 RIP 응답을 의미.
Version(버전)
: RIP 프로토콜의 버전 번호
Address Family Identifier(주소 패밀리 구분자)
: IP 프로토콜의 주소는 2로 설정
IP Address(IP 주소)
: 특정한 네트워크를 지칭하는 용도로 사용되기 때문에 IP 주소의 네트워크 부분의 값만 사용하고, 호스트 부분은 0으로 채움
– Metric(거리)
: 해당 라우터에서 목적지 네트워크까지의 거리 (최대 16홉)
라우팅 테이블
동작 전
동작 후

타이머 종류

주기적 타이머(preiodic)
: 정규 갱신 메시지 통보를 제어 (30초)
만료 타이머(expiration)
: 경로의 유효성 관리 (180초)
: 갱신 메시지가 180초 이내에 도착하지 않으면 홉 수를 16으로 변경
폐 경로 수집 타이머(garbage collection)
: 무효화된 경로 관리(120초)
: 이 값이 0이 되면 테이블에서 해당 경로를 삭제한다.

RIP (Routing Information Protocol) 프로토콜의 문제점

최대 홉 수가 16이기 때문에, 홉 수가 16이 넘어가는 네트워크에서는 오류가 발생한다.
네트워크의 변화가 매우 느리게 전달됨 (저속 수렴)
주기적 타이머에 따른 업데이트를 수행하므로, 평균적으로 이웃 라우터에게 정보가 전달되는데 15초가 소요된다.

불안정

설명

네트워크가 잘 돌아가던 중 Net1이 없어짐

A에서 정보를 전달한다면 문제 없지만

B에서 정보를 전달한다면 문제가 생김

A의 입장에서는 B를 통애서 Net1 이 존재한다고 여기고 테이블을 갱신

B의 입장에서는 다시 A에게 Net1의 정보를 갱신

이러한 것이 반복되면서 둘 다 16이 되고 오류가 발생