[Computer Network] Chap6. Network Layer (1)

 

 

 

 

Chap 6. Network Layer (1)

- 네트워크 간의 IP 기반 연결 -> inter + networking -> 인터넷

- 3계층부터는 Node 대신 host라는 용어를 활용 -> host to host 

-> 본인이 원하는 Destination까지 여러 줄과 장비들을 통과하여 잘 보내는 것 

 

* 네트워크 레이어의 가장 중요한 두 가지 역할 

1) Packetizing – 패킷을 만드는 것 

2) Routing – destination으로 패킷을 보내는 것 

– input이 destination의 IP 주소 (패킷의 정보) -> 이 키 값이 매치가 되면 -> output 어느 줄로 내보낼 지 결정

 

* Datagram vs Virtual Circuit

 

1. Datagram _ 이후 User Defined Datagram (UDP)

- 메세지를 받으면 예전에 어디로 보냈는지 등 과거의 정보 필요 X (메모리 기반 X) 

- 모든 메세지, 패킷이 독립적 -> 각 패킷의 정보만 받아서 적절한 곳으로 보낸다. 

 

- Connectionless – 연결 설정 과정이 X / 데이터를 보내기 전 어떠한 행위도 하지 않음

- 패킷들을 독립적으로 보낸다 – packet switching -> packet 1, 2, 3, 4 각자 어디로 가는지 신경 X 

- 전쟁이 나서 라우터 하나가 파괴되어도 동작하도록 하는, 인터넷의 근간 (IP)

- 패킷이 도착할 때에는 순서가 뒤집어진다 -> 이게 IP 소프트웨어 / 프로토콜은 순서를 보장하지 않음 (UDP)

-> TCP는 순서를 맞춘다. 

 

- 라우팅 테이블의 키 값 -> destination address 

- IP 패킷을 받았다? Input으로 이 도착 주소를 보고, 비교 및 매치 -> 연결된 줄 output으로 보낸다 

 

2. Virtual Circuit _ 전화 방식

- 데이터를 보내기 전, 상대방과 연결 설정을 먼저 함 -> 순서가 뒤집히지 않음

- destination address보다는 label을 보고 내보낸다. 

- 연결 설정 시 라벨을 부여하여, 즉치 가능 -> 테이블 비교 X 매우 빠름

 

- 처음에 A가 B와 연결설정 하는 과정 – label이 다 비어 있음 – 1번 포트에서 온 걸 어디로 보내지? 라우터가 고민한다 -> datagram과 비슷한 고민 (하지만 이걸 첫 연결 설정에만 한다.) - incoming label에 14 붙여 준다.

- 라우터들에게 전달하면서 incoming label을 각자 부여함, outgoing label은 비워 둔 채, B에게 도착

- 연결 설정: B가 마지막 라우터의 outgoing label을 채워준다 -> 다시 A에게 돌아가며 차례대로 채움

- 모든 라벨이 다 채워지면, 이것이 연결 설정 과정 -> 다음부터는 이러한 과정 X 

- 이제는 바로 받아서 라벨만 바꾸고 내보낸다 -> 매우 빠르다 -> 라우터의 부하가 줄어듦 

 

 

 

* Network Performance 

1. Delay – 지연 / 2. Throughput – 처리율 / 3. Packet loss – 손실률

 

* 4가지 delay 서술 (시험 문제) 

1. transmission delay – 인간이 만든 표준에 의거, 전송할 수 있는 최대 전송 속도

2. propagation delay – 우리가 사용하는 소재에 따라, 자연적으로 발생하는 지연

3. processing delay – 하드웨어와 소프트웨어 사이에서 발생하는 지연 

4. queuing delay – 버퍼에서 발생하는 딜레이 (확률적 값) 

+ 1/2 -> 줄과 줄을 연결할 때 발생하는 지연 / 4 – 나머지는 상수 값, 얘는 확률

 

2. Throughput – put 했는데 through 한 것 _ 집어 넣었는데 나온 것 

– data rate – 줄이 어느 정도의 속도를 제공할 수 있는가?

- 본인이 만든 네트워크라면 모든 Throughput 계산 가능 + 병목 구간 (bottle neck) = 성능에 제약을 가하는 것

-> 하지만 IP 기반은 중간 장치를 알 수 없음 

 

3. Packet loss _ 패킷이 버려지는 비율 (몇 개가 없어졌냐)

+ Congestion control – 흐름 제어 – 한번에 몰리면 버퍼 넘쳐서 버려야 함 – 4계층에서 주로 흐름 제어를 한다 

 

* Addressing (IPv4) – 32bit, 4byte의 주소 체계, 42억 개의 컴퓨터 표현 가능 (매우 부족)

1. binary – 컴퓨터가 이해하는 32개의 0과 1

2. dotted decimal – 인간이 읽기 쉽도록, 각 8 비트 씩 숫자 정수 4개 

3. hexadecimal – 16진법, 프로그래밍에 용이하도록 (socket address)

 

+ Prefix n bit – 네트워크 address / 단체 / 내 네트워크 바깥의 애가 prefix만 확인하고 경희대로 보내는 것 

+ Suffix (32-n) bit – 네트워크를 소유한 집단에게 권한을 줌 / 경희대 내부에서 호스트들에게 부여, 컴퓨터 식별

- classful addressing – 무 자르듯 뚝뚝 / 이제는 사용 X / 현재 IP주소 부족 -> bit 단위로, classless 방식 사용 

 

* Classless Addressing _ flexible 유연한 size로 prefix 정의

- /n – 맨 앞의 N 비트가 네트워크 주소라는 의미 ex) 12.24.76.8/8 -> 12가 네트워크 prefix (8bit)

- 남은 2^(32-n) 개수만큼 경희대 내부에서 컴퓨터들에게 부여 가능한 주소가 됨

 

- 경희대 바깥의 조직에서는 prefix, 네트워크 주소에만 관심 O -> 라우터 테이블에는 prefix만 잔뜩 있는 것!

-> 32 비트 주소라고, 32 비트를 모두 읽어서 비교하는 것은 아니다.

- 경희대 내부에서 4개의 블럭 나뉘더라도, 바깥에서는 내부가 4개로 찢어졌다는 것에 관심 X -> 한덩어리

-> 이게 address aggregation _ 주소를 합쳐버린 것

 

 

 

* IP 주소 부족으로 등장한 두 방법 _ DHCP & NAT

1. DHCP _ Dynamic Host Configuration Protocol 

- 동적으로 컴퓨터의 3계층을 config – 와이파이 연결 시, 네트워크 환경을 자동으로 맞춰주는 것

- 나아가 IP 주소가 부족하니 재사용하고자 활용하는 프로토콜 

; 컴퓨터가 필요할 때 IP 주소를 부여하고, 다 쓰면 반납하는 방식

 

- 3계층 DHCP / 유무선 공유기 접속 시 반드시 동작한다.

1. DHCP discover – DHCP 서버 나와라! 나는 아직 IP 주소가 없다 / broadcasting 

2. DHCP offer – your address 제안(182) 하드웨어 주소를 키 값으로 찾아감 

3. DHCP request – 서버가 부여한 182 쓰겠다고 요청함

4. DHCP ack – OK 니가 182 써라 + 쓸 수 있는 시간에 limit을 걸고 IP를 부여해준다. 

 

2. NAT _ Network Address Translation

- 스마트폰은 꺼졌다 켜졌다 X 거의 상시 접속 -> IP 반납 X

- private – public 주소로 나뉜다 / 네트워크 안에서만 의미 있는 주소를, 집 밖으로 나갈 때 public 주소로 번역

- 내부 packet의 IP 주소를 유무선 공유기가 바꿔서 외부로 내보냄 – 이 매핑을 구현하는 것이 iptime 

- translation table을 통해 mapping _ 표준이 없다 _ 매우 복잡한 테이블 정보 _ SKT 하나의 큰 NAT

 

+ 인터넷에서 경희대로 찾아갈 때, 위에서부터 아래로 찾아보며 매핑 

- 위에서 맞으면 빠져, 아래는 우선순위가 낮다 / 이 테이블이 길어질수록 속도도 느려짐 

+ 트리 아키텍처를 선호하는 이유 –> 인터넷이 트리 구조이다! (집, 도시, SKT, 대한민국까지 합쳐지는 것!)

 

+ 라우터 기반, datagram 기반 – 테이블을 위에서부터 아래로 쭉 찾음

+ virtual circuit 기반 – 사실 라벨이 index 값이다! 즉치 -> 키, 해시 값으로 사용 (테이블에서 서치 X)

 

* IP protocol _ Datagram의 형식

- IP 버전 정보 / 헤더의 사이즈 / 서비스의 특성 (신속성, 신뢰도 등)

- TCP or UDP / 헤더에서 에러가 발생했는지 checksum / TTL time to live – 언제까지 살아있을 건데? 

- 보내는 쪽의 source IP address / 받는 쪽의 destination IP address 

 

* Fragmentation 

- IP inter networking – 유선 무선 등 전혀 다른 네트워크 사이도 연결할 수 있어야 한다.

- 다양한 이유로 IP frame은 쪼개져야 할 일이 많다. (링크의 타입에 적응하기 위해서) 

 

Ex) 데이터가 0부터 3999까지 4000 바이트이다. 이게 3개로 쪼개지는 것이 fragmentation의 컨셉 

Offset이 0이라면 1) 이건 쪼개지지 않은 한 덩어리 2) 쪼개졌는데 얘가 첫번째 덩어리

Offset이 상수 값 -> 무조건 쪼개진 것 -> 첫번째 sequence 번호 / 8 _ ex) 2800/8 = 350

+ 내 뒤에 더 올 것이 있어 -> more 필드 값이 1로 채움 (0 -> 내가 마지막, 더 이상 뒤에 올 것 없다)

 

* ICMPv4 _ internet control message protocol _ ping & traceroute 

1. ping – 내가 보낸 메세지를 그대로 돌려줘 -> round trip time – 받은 메세지에 ICMP 헤더만 붙이고 다시 줌

-> 네트워크가 살았는지 죽었는지, packet loss와 네트워크 지연 시간도 알 수 있음  

2. traceroute – 중간에 거쳐야 하는 애들을 하나하나 점검 ping (TTL을 1씩 증가시켜 계속 보냄)

+ mobile IP 생략