컴퓨터망 1) 네트워크 레이어

zh025700·2022년 6월 24일

컴퓨터네트워크

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컴퓨터망

1. 네트워크 레이어에 대해

시험범위가 4단원부터라 여기부터 포스팅하겠다 후후...
일단 네트워크 계층에 따라 하는 일이 다 다른건 알거다!!! application에서 캡슐화를 해
패킷을 초ㅑ초챠챡 구성하고 패킷을 목적지까지 쏜 다음,
받아서 캡슐화를 풀어서 데이터를 받는다.

컴퓨터망에서는 physical,data link 레이어 부분은 패스하고 위의 부분인
network, transport, application 레이어 부분에 대해 공부한다
그럼 시작~~

Introduction

세계를 연결하는 인터넷 네트워크에서... 인터넷을 blur 처리하고 생각해보자

메시지가 하나의 응용계층에서 다른 컴퓨터의 응용계층으로 도달한다고 생각할 수 있다

그치만!!!

인터넷은 단일 네트워크가 아니다!

여러 기기들이 서로 연결되어 있다
- WAN과 LAN의 집합이다
  - 모든 LAN과 WAN을 표현할 수 없다
    - 정말 많음

위 그림에서 connecting device(라우터)는 switch 역할을 한다
패킷이 포트에 도착하면, 패킷은 다른 포트를 통해 다음 스위치로 전송된다.
즉, 스위칭이 연결된 기기에서 일어난다

Switching

메시지가 연결 장치에 도착하면, 패킷을 전송해야 하는 출력 포트 중 하나를 선택하기 위해 결정이 내려져야 한다
연결 장치는 포트를 다른 포트에 연결하는 스위치 역할을 한다

Circuit switching

메시지는 패킷으로 나뉘어지지 않고 source에서 목적지로 전달이 된다

메시지가 전달되기 전에 메시지의 source와 destination 사이에 물리적 회로(또는 채널)가 설정된다.
회로가 설정된 후, 전체 메시지는 source에서 destination으로 변환된다
그러면 소스는 전송이 완료되었음을 네트워크에 알릴 수 있으며, 이를 통해 네트워크는 모든 스위치를 열고 링크와 연결 장치를 다른 연결에 사용할 수 있다
circuit 스위칭은 네트워크 계층에서 구현되지 않았으며, 대부분 물리적 계층에서 사용

Packet switching

메시지는 전달되기 전에 source에서 관리가능한 패킷으로 나뉘어진다

오늘날 인터넷의 네트워크 계층은 패킷 switched 네트워크이다
상위 계층의 메시지는 관리 가능한 패킷으로 분할되고 각 패킷은 네트워크를 통해 전송
메시지의 source는 패킷을 하나씩 보내고 메시지의 destination은 패킷을 하나씩 수신
destination은 상위 계층에 메시지를 전달하기 전에, 동일한 메시지에 속하는 모든 패킷이 도착할 때까지 기다린다

Packet Switching

네트워크 계층은 패킷 교환 네트워크로 설계
- source의 패킷은 일반적으로 데이터그램이라고 불리는 관리 가능한 패킷으로 분할된다는 것을 의미
개별 데이터그램이 source에서 destination으로 전송
수신된 데이터그램은 원본 메시지를 재생성하기 전에 destination에서 모아진다
인터넷의 패킷 교환 네트워크 계층은 원래 connectionless 서비스로 설계
- 최근에는 connection oriented 서비스로 변경하는 경향

`Connectionless service`

패킷 switched 네트워크

네트워크 계층은 네트워크 계층 프로토콜이 각 패킷을 독립적으로 취급하는 connectionless 서비스를 제공하도록 설계
- 메시지 내의 패킷들은 목적지까지 동일한 경로를 이동하거나 이동하지 않을 수 있다.
인터넷이 시작되면 네트워크 계층을 connectionless 서비스로 만들어 단순하게..
- 네트워크 계층은 source로부터 destination으로의 패킷 전달만 담당한다는 생각
인터넷을 통과하는 각 패킷은 독립 entity
- 동일한 메시지에 속하는 패킷들 사이에는 관계가 없다

이러한 유형의 네트워크에 있는 스위치를 라우터라고 한다

라우터 forwarding 프로세스

패킷은 동일한 소스 또는 다른 소스로부터 오는 패킷을 따를 수 있다

각 패킷은 헤더에 포함된 정보를 기반으로 라우팅
- destination 주소는 어디로 가야 하는지를 정의
- source 주소는 어디에서 왔는지를 정의
이 경우 라우터는 destination 주소만 기준으로 패킷을 라우팅
- source 주소는 패킷이 폐기된 경우 소스로 오류 메시지를 보내는 데 사용될 수 있음

패킷 switched 네트워크에서, forwarding 결정은 패킷의 destination 주소를 기반으로 함

`Connection oriented service`

연결 지향 서비스

메시지에 속하는 모든 패킷 사이에는 관계가 있다.
메시지의 모든 데이터그램이 전송되기 전에 경로를 정의하기 위해 가상 연결을 설정
- 연결 설정 후 데이터그램은 동일한 경로를 따를 수 있음

Network layer services

네트워크 계층이 제공하는 서비스에 대해 간략히 논의한다.
대부분 오늘날 인터넷의 지배적인 서비스인 connectionless 서비스에 기초하고 있다.

logical addressing

컴퓨터는 네트워크 계층 주소 또는 논리 주소라고 하는 보편적인 식별 시스템이 필요
- 균일한메커니즘을 통해 네트워크 계층에서 제공
인터넷은 주소 공간을 사용
- 인터넷을 사용해야 하는 각 엔티티에는 고유한 주소가 할당

services provided at the source computer

source 컴퓨터의 네트워크 계층은 네 가지 서비스를 제공
- 패킷화
- 다음 논리적 주소 찾기
- 다음 물리적(MAC) 주소 찾기
- 필요한 경우 데이터그램 fragmenting

네트워크 계층은 상위 계층으로부터 여러 가지 정보를 수신
- 데이터
- 데이터 길이
- logical destination 주소
- 프로토콜 ID
- 서비스 유형 등
네트워크 계층은 이러한 정보 조각을 처리
- fragmented 데이터그램과 다음 MAC 주소를 만들고 데이터 링크 계층으로 전달

`Packetizing`

네트워크 계층의 첫 번째 의무는 데이터그램에서 상위 계층으로부터 오는 데이터를 캡슐화하는 것

`Finding Logical address of next hop`

준비된 데이터그램은 패킷의 source 및 destination 주소를 포함한다.
데이터그램은 최종 목적지에 도달하기 위해 많은 네트워크를 통과해야 할 수도 있다.
- destination 컴퓨터가 source와 동일한 네트워크에 연결되어 있지 않으면 데이터그램이 다음 라우터에 전달되어야 한다.
- 데이터그램의 소스 및 대상 주소는 다음 hop의 논리적 주소에 대한 정보를 제공하지 않는다
source 컴퓨터의 네트워크 계층은 다음 hop의 논리적 주소를 찾기 위해 라우팅 테이블을 참조해야 한다

`finding MAC address of next hop`

네트워크 계층은 실제로 데이터그램을 다음 hop에 전달하지 않는다.
데이터 링크 계층은 전송을 수행하기 위해 다음 hop의 MAC 주소가 필요
- MAC 주소를 찾기 위해 네트워크 계층은 다른 테이블을 사용하여 넥스트 홉 논리 주소를 MAC 주소에 매핑

`fragmentation`

이 단계의 데이터그램은 데이터 링크 계층으로 전달될 준비가 되지 않았을 수 있다.
대부분의 LAN과 WAN은 프레임(MTU)으로 운반될 데이터의 크기에 제한이 있다
- 네트워크 계층에서 준비된 데이터그램은 그 한계보다 클 수 있다.
  - 데이터그램은 데이터 링크 계층으로 전달되기 전에 더 작은 단위로 분할되어야

fragmentation은 데이터그램의 헤더에 있는 정보를 보존해야 한다.

즉, 데이터가 단편화될 수 있지만 헤더는 반복되어야 한다.
- 게다가, 전체 데이터그램에서 조각의 위치를 정의하기 위해 헤더에 더 많은 정보를 추가해야 한다.

Services provided at each router

라우터는 단일 데이터그램에 관한 두 개의 인터페이스, 즉 incoming 인터페이스와 outcoming 인터페이스와 관련되어 있다.
- 라우터의 네트워크 계층은 두 개의 데이터 링크 계층과 상호 작용할 필요가 있다.
네트워크 계층은 수신 인터페이스의 데이터 링크 계층으로부터 데이터그램을 수신하고, 필요한 경우 단편들을 송신 인터페이스의 데이터 링크에 전달하는 역할을 한다.

3가지 과정은 source에서 제공과 같이 동일하다
- 단 유효한 데이터 그램인지 판단을 한다
  - 데이터그램 헤더가 손상되지 않았으며 데이터그램이 올바른 라우터로 전달되었음을 의미

Services provided at the destination computer

destination 시스템의 네트워크 계층이 더 단순
- 전달이 필요하지 않다
그러나 대상 컴퓨터는 데이터를 대상으로 전송하기 전에 조각을 조립해야한다

각 데이터그램의 유효성을 검사한 후 각 단편에서 데이터를 추출하여 저장
모든 파편이 도착하면 데이터가 다시 조립되어 상위 계층으로 전달
재구성 타이머도 설정
타이머가 만료되면 모든 데이터 조각이 삭제되고 조각난 모든 데이터그램을 다시 보내야 한다는 오류 메시지가 전송

모든 조각이 도착하여 조립될 때까지 어떤 데이터 조각도 상위 계층에 전달하지 않기 때문에 조각화의 과정은 상위 계층에 투명하다.
데이터그램은 source 컴퓨터뿐만 아니라 라우터에서도 fragmentation 되었을 수 있기 때문에, 재구성 절차는 매우 섬세하고 복잡하다.

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