[컴퓨터 네트워크] 네트워크 계층

이번에는 네트워크 계층에 대해서 알아보도록 하겠습니다!

네트워크 계층

네트워크 계층은 출발지 호스트에서 목적지 호스트까지 데이터를 전달하는 역할을 수행합니다.

목적지까지 IP 패킷을 전달하기 위해서는 중간 라우터를 반드시 거쳐야 하며, 이때 네트워크 계층은 어떤 라우터를 거쳐서 패킷을 최종 목적지까지 전달할 지를 결정합니다.

주요 프로토콜: IP(Internet Protocol), ICMP, OSPF, BGP 등 있습니다.

 

네트워크 계층의 역할

전송 계층에서는 종단 호스트 간의 세그먼트 or 데이터그램을송수신한 뒤 애플리케이션으로 전달함

네트워크 계층에서는 세그먼트 or 데이터그램을 중간 라우터를 거쳐 최종 목적지로 전송함

 

포워딩의 개념

포워딩: 라우터의 입력 인터페이스로 들어온 IP패킷을 목적지 주소에 맞는 출력 인터페이스로 보내는 과정입니다.

포워딩 테이블: 라우터는 빠르게 포워딩 결정을 내리기 위해 포워딩 테이블을 유지합니다.

 

포워딩 절차 예시

포웓이 테이블에는 목적지 IP주소에 따른 출력 인터페이스가 기록되어 있어, 이를 기반으로 패킷을 다음 홉(라우터)으로 전달합니다.

 

Internet Protocol(IP): 헤더 구조 및 역할

 

네트워크 계층의 역할

제어 평면은 라우터가 목적지까지 데이터를 효율적으로 전달할 수 있는 최적의 경로를 설정하는 기능을 수행한다.

제어 평면의 주요 역할: 라우팅 테이블(=포워딩 테이블)을 유지하고 최적 경로를 지속적으로 갱신하는 것을 말한다.

 

제어 평면과 라우팅 프로토콜의 관계

제어 평면은 라우팅 프로토콜을 통해 네트워크 상태를 모니터링하고 적절한 경로를 설정함

라우팅 프로토콜은 크게 두 가지 방식으로 분류될 수 있다.

- 링크 상태(Link-State) 라우팅 프로토콜

- 거리 벡터(Distance-Vector) 라우팅 프로토콜

 

링크 상태 라우팅 알고리즘

링크 비용 전파 예시

각 라우터가 10초 주기로 자신과 직접 연결된 링크의 정보를 담은 Hello패킷을 다른 모든 노드로 broadcast합니다.

브로드캐스트란, 네트워크 내에서 특정 노드(라우터)가 보낸 정보를 그 네트워크에 연결된 모든 노드에게 동시에 전송하는 것을 의미합니다.

이를 통해, 모든 노드는 네트워크에 대한 동일하고 완벽한 관점을 갖게 됩니다.

다익스트라 알고리즘

다익스트라 알고리즘은 하나의 출발지 노드(=라우터)에서 네트워크 내 다른 모든 노드로의 최소 비용을 계산하는 알고리즘 입니다.

이는 중앙화 된 centralized algorithm이며, 전체 네트워크의 상태를 볼 수 있는 상황에서만 사용가능 합니다.

 

거리 벡터 라우팅 알고리즘

각 라우터가 인접 라우터의 거리 정보(목적지까지의 거리와 경로)를 교환하여 최단 경로를 점진적으로 설정해 나가는 방식입니다.

각 라우터는 30초 마다 자신의 라우팅 테이블을 이웃 라우터에 전송하며, 이를 통해 네트워크가 점진적으로 전체 경로 정보를 갖추게 됩니다.