3주차_Network : 네트워크 계층

네트워크 계층 개요

 

네트워크 계층이란?

OSI 기준 모델의 7계층 가운데 제3계층.
하나 또는 복수의 통신망을 통하여 컴퓨터나 단말 장치의 시스템 간에 데이터를 전송한다. 망 내의 중계 기능에 의해 단말 시스템 간에 통신로를 제공한다.

네트워크간의 통신이 가능하도록 한다.

위와 같은 프로토콜을 통해 동작을 수행하는 라우터라는 장비도 필요하다.

 

라우터란?

라우터(router)의 명사형 route는 ‘길’이라는 의미입니다.
단순히 다른 네트워크를 연결해줄 뿐만 아니라 적절하고도 효율적인 길을 알려주는 역할까지 하는 장비입니다.

 

참고 학습 자료

 

라우터란? 라우터의 기능 - 언제나 한결같이 꼭 그렇게 : 또바기 같은 삶을 위해 (tistory.com)

라우터란? 라우터의 기능

 

네트워크 계층에 데이터 단위는 패킷이다.

 

 

 

IP

 

특징 

 

✓  비신뢰성 - 신뢰성 있는 전송은 '전송 계층'에서 이루어진다.

✓  비연결형 

✓  주소 지정 - IP주소

✓  경로 설정- 라우팅

 

 

IP 주소 : 각 기기들을 식별하기 위한 논리적 주소를 말한다.

 

IP 주소

 

➡️IPv6버전은 IPv4를 대체하기 위해 등장했다.

 

	IPv4	IPv6
주소 길이	32bit	128bit
표기 방법	10진수 EX) 192.168.10.1	16진수 EX) CCCC:CCCC:CCCC:CCCC
주소 개수	약 43억개 범위 0.0.0.0~255.255.255.255	무한대에 가까움
서비스 품질	제한적 품질	확장된 품질
보안 기능	IPSec 별도 설치	기본 제공

 

네트워크 ID, 호스트 ID

 

 

IP주소 클래스 (IPv4 기준)

 

 

 

서브넷팅 , 서브넷 마스크

 

✓ 전체 네트워크 주소를 식별할 수 있도록 값 설정한다.

✓  서브넷팅 : IP주소를 클래스로 구분하는 방법, 네트워크를 분할하는 것을 뜻한다.

✓ 서브넷 : 분할된 네트워크

✓ 서브넷 마스크 : 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값

 

 

➡️IP

✓ A 클래스 서브넷 마스크 : 255.0.0.0

✓ B 클래스 서브넷 마스크 : 255.255.0.0

✓ C클래스 서브넷 마스크 : 255.255.255.0

 

 

 

✅ IP 패킷, IP 헤더

 

 

IP 패킷

 

✓ 캡슐화 시 IP 헤더가 붙음

✓ 역캡슐화 시 IP 헤더 제

 

 

IP헤더 (IPv4 기준)

 

버전(4bit)	헤더 길이(4bit)	서비스 유형(8bit)	전체 패킷 길이(16bit)
ID (일련번호) (16bit)			플래그 (3bit)	조각의 위치 (13bit)
TTL(8bit)	프로토콜 타입(8bit)		헤더 체크섬(16bit)
출발지 IP 주소 (32bit)
목적지 IP 주소 (32bit)
옵션 & 데이터

 

 

라우터

 

✓ 한 네트워크에서 ‘다른 네트워크’로 데이터를 전송하는 네트워크 기기를 말한다.

✓ 패킷을 목적지 IP까지 최적의 경로로 전송할 수 있게 돕는 역할을 한다.(라우팅)

✓ 전송 도중 이더넷 헤더와 FCS는 교체되어 MAC주소가 바뀐다.(ARP이용)

✓ 라우터를 거치면 도착지 MAC주소와 출발지 MAC주소는 바뀜

✓ 도착지 IP주소와 출발지 IP주소는 그대로!(NAT주소 변환시 예외)

 

 

라우팅 프로토콜

 

라우팅 - 현재 네트워크에서 다른 네트워크로 '최적의 경로'를 선택 하는 과정

• 정적 라우팅 : 관리자가 직접 관리한다.
• 동적 라우팅 : 라우팅 테이블의 정보를 주기적으로 받아 갱신한다.

 

 

동적 라우팅

 

동적 라우팅 프로토콜

• EGP ( Exterior Gateway Routing Protocol )

       - BGP (Border Gateway Protocol)

• IGP (Internal Gateway Routing Protocol)

       - RIP(Routing Information Protocol)

       - OSPF(Open Shortest Path First)  

 

 

하나의 회사나 조직에서 관리하는 라우터들의 집합, 일종의 라우팅 정책

• IGP(Internal Gateway routing Protocol)
• EGP(Exterior Gateway routing Protocol)
• 주요 라우팅 프로토콜 : RIP, BGP, OSPF

 

RIP

• RIP (Routing Information Protocol) = 라우팅 정보 프로토콜이다.
• 목적지로 도착하기까지 홉 수 정보를 저장하고 인접 라우터와 주기적으로 정보를 공유하는 방법이다.
• 거리 벡터 라우팅 프로토콜, Bellman-Ford 프로토콜이다.
• 소규모 네트워크에 적합하다.
• 홉(Hop Count)이란 ?   목적지로 도착하기까지 거쳐야 하 는 링크 또는 라우터의 수를 뜻한다.
• 일반적으로 30초마다 라우팅 테이블 갱신한다.
• 120초 동안 정보를 받지 못하면 경로 단절로 판단한다.
• 단절된 경우 무한으로 표시(홉 수 16)한다.
• UDP 520번 포트 사용한다.

 

문제점

• Slow Convergence(느린 수렴) - 경로 단절의 문제가 생긴다.

Slow Convergence 해결책

• 무한대 홉 수로 16을 사용한다.
• Split – Horizon
• Poison-Reverse : 반대쪽 네트워크 메트릭 값을 무한으로 준다.
• Triggered Updat

 

OSPF

• OSPF (Open Shortest Path First)
• 가장 많이 사용하는 IGP(내부 게이트웨이 프로토콜)
• 링크 상태 알고리즘 및 광고 기법 사용한다.
• Dijkstra 알고리즘으로 최적의 경로 계산한다.

 

 참고 학습 자료

 

[Algorithm] 최단경로 - 다익스트라 (Dijkstra) 알고리즘 - yg’s blog (yganalyst.github.io)

[Algorithm] 최단경로 - 다익스트라 (Dijkstra) 알고리즘

 

계층적 구조

 

 

 

링크 상태 광고 기법

 

OSPF 메시지 종류	설명
Hello	이웃 라우터와 정보 수립
Database Description	각 링크의 요약 정보
Link State Request(LSR)	링크 상태 요청
Link State Update(LSU)	링크 상태 변경된 경로 정보 전송 (LSA, Link State Advertisement)
Link State Acknowledgement(LSAck)	LSU에 대한 응답

 

 

정리

 

• 가장 많이 사용하는 IGP(내부 게이트웨이 프로토콜)
• 링크 상태 알고리즘 및 광고 기법 사용한다.

      ➡️OSPF 메시지를 주고받으며 링크 상태 DB 갱신한다.

• Dijkstra 알고리즘으로 최적의 경로 계산: 특정 노드에서 다른 모든 노드로 가는 최단 경로를 알려준다.
• 신속한 경로로 갱신한다.

 

NAT( Network Address Port Translation)

 

NAT이란?

공인 IP주소를 사설 IP주소로 바꿔주는 데 사용하는 통신망의 주소 변환기이다.

 

출처 : jootopia

➡️ 사설 주소 그대로 요청시 요청에 응답이 없지만 NAT테이블을 통해 요청시 IP헤더의 출발지 사설 IP주소를 출발지 공인 IP 주소로 바꿔준다.

 

 

ARP (Address Resolution Protocol)

 

ARP란?

네트워크 계층 주소와 링크 계층 주소 사이의 변환을 담당하는 프로토콜을 말한다.
ARP는 네트워크 계층 주소(예 : 인터넷 IP 주소)를 물리 주소(예 : 이더넷 하드웨어, 즉 어댑터 주소 또는 MAC 주소)로 변환하기 위해 사용된다.

 

ARP 캐시

 

획득한 목적지 정보를 20분 동안 저장한다.

저장 후 또 다시 MAC주소 요청이 들어오면 캐시에 저장 된 정보를 사용한다.

 

 

정리

• 목적지 IP주소를 통해 목적지 MAC주소를 알아내는 주소 획득 프로토콜dlek.
• 브로드캐스트로 요청, 유니캐스트로 응답한다.
• ARP 캐시를 사용한다.

 

ICMP

목적지IP로의 데이터 전송 여부를 확인할 수 있게 해주는 프로토콜을 말한다.

 

 

ICMP의 2가지 기능

 

• 에러보고(Reporting)기능
• 질의(Query)기능

 

TYPE

 

Type	설명	용도
0	Echo Replay	질의
3	Destination Unreachable	에러
4	Source Quench	에러
5	Redirect	에러
8	Echo Request	질의
11	Time Exceeded	에러

 

정리

• 목적지IP로의 데이터 전송 여부를 확인할 수 있게 해주는 프로토콜이다.
• 에러 보고(Reporting)기능, 질의(Query)기능 존재
• Ping: 지정한 IP주소와 통신할 수 있는지 확인하는 명령어
  • ➡️ ICMP Echo 응답/요청
• ICMP 헤더 : 타입, 코드 , 체크섬 ( ICMP 메시지유형, 타입 값의 내용, 에러 검사 )
  • ICMP 데이터 (타입과 코드에 따라 가변적이다.)
• 주요 타입은 위에 표를 참고