[혼공네트] 3주차 네트워크 계층

미리미리 해야한다...................

 

기본숙제

03-1 확인문제 1번

IPv4의 대표적 기능 두가지

IP 주소지정과 IP단편화.

통신 경로에서 처리가능한 MTU를 넘는 패킷이 전송될 경우 IP단편화를 통해 패킷을 나눌 수 있다.

IP주소지정을 통해 IP 주소를 기반으로 타 네트워크와 통신할 수 있다.

 

03-3 확인문제 2번

라우팅 프로토콜은 AS 내부에서 수행되는 IGP와 AS 외부에서 수행되는 EGP로 나뉩니다.

RIP는 대표적인 거리 벡터 라우팅 프로토콜이고 OSPF는 대표적인 링크 상태 라우팅 프로토콜입니다.

 

 

내용정리

LAN 단위를 넘어 통신하기 위해 네트워크 계층의 역할이 필요함. 멀리 떨어진 곳과 통신하기 위해

MAC address를 넘어 IP 주소도 함께 사용해야 한다. 

 

IPv4

4바이트 주소를 사용하는 IP 주소이며 헤더에

IP단편화를 위한 식별자, 단편화 오프셋, 플래그가 포함된다.

 

IP단편화는 MTU(한번에 전송가능한 IP패킷의 최대크기(약 1500바이트))보다 큰 패킷을 전송하려고 할 때

여러개의 패킷으로 나누는 방식을 의미한다.

식별자로 몇번째패킷인지, 플래그로 마지막패킷인지 더 남았는지,

오프셋으로 처음으로부터 몇바이트 떨어졌는지의 정보를 활용한다.

 

거치는 라우터의 처리가능 MTU가 가장 작은 부분에서 나눠야할 필요가 생긴다. 

IP단편화가 발생하게되면 나눈 패킷들에 헤더가 붙어 트래픽을 증가시키게된다.

대역폭의 낭비로 이어짐.이를 막기 위해 IP 단편화 없이 주고받을 수 있는 최대크기인 경로 MTU를

고려해서 패킷의 크기를 정해야 한다.

기본적으로 플래그를 설정한 채로 전송하는데, 전송되다가 라우터에서 처리 불가능한 크기라고

에러 메시지가 돌아오게 된다면 도착지까지 이 메시지 없이 전송될때까지 조금씩 크기를 줄여서

경로 MTU를 알아내게 된다.

 

ARP

목적지의 IP는 알고 있지만 MAC 주소는 모를 때 목적지의 IP 주소만으로 브로드캐스팅하여

응답이 돌아오는 것을 통해 MAC 주소를 찾는 방식

알아내게되면 다른 호스트의 IP주소와 MAC 주소가 연결된 ARP 테이블에 갱신한다.

 

동일네트워크가 아닌 타 네트워크의 호스트와의 MAC 주소를 얻으려고 하면

중간 라우터의 MAC 주소를 모르면 사이에서 ARP 요청응답을 계속 해나가며 ARP 테이블을 갱신해나가며 통신한다.

 

IPv6

IPv4 주소 고갈을 방지하기 위해 새로운 체계의 16비트 주소. IPv4와 다르게 기본헤더의 크기가 정해져 있고

필요시 확장헤더를 덧붙인다. 단편화도 확장헤더를 통해 진행.

 

네트워크주소와 호스트주소.

네트워크를 표현하는 부분과 거기에 소속된 호스트의 주소를 표현하는 부분을 나누어서 IP를 사용한다.

클래스풀 주소체계에서는 1,2,3 바이트를 네트워크 주소로 활용해

A클래스, B클래스, C클래스로 나누고 사용할 호스트 크기에 따라 적절한 클래스를 사용해 배정한다.

호스트주소가 전부 0인 주소는 네트워크 자체를 표현하는 주소고

호스트주소가 전부 1인 주소는 브로드캐스트를 위한 주소이기에 호스트 주소 부분 -2 만큼의 호스트에게

IP를 배정해 줄 수 있다.

하지만 클래스에 따라 배정 가능한 호스트의 수 차이가 매우 크므로 클래스리스 주소 체계를 사용

 

서브넷마스크를 통해 비트단위로 네트워크주소와 호스트주소의 크기를 설정한다.

앞 8비트가 네트워크 주소라면 서브넷마스크는 11111111.00000000.00000000.00000000이고

이와 주소를 비트 AND 연산하여 1인 부분이 네트워크 주소라고 보면 된다.

CIDR

이 서브넷마스크를 간단하게 앞에서부터 1인 비트의 갯수를 표기하는 방식으로 도사용

192.168.0.1/25 라고 표기한다면 앞에 25비트가 네트워크 주소라는 뜻이다.

 

공인 IP와 사설 IP

IPv4 주소로 전세계인의 통신기기 주소를 커버하기 어려울 것. 세계에서 고유한 IP 주소는 

ISP에 할당되고. 가정에서는 통신사에 가입해서 해당 ISP로부터 공인아이피를 할당받는다.

가정내 가장 외부에 있는 공유기가 공인 IP를 갖고 있고, 해당 공유기에 연결된 기기들은

해당 공인 IP에 소속된 사설 IP를 받게된다.

 

NAT

외부에서 공인IP로 온 통신이 사설IP를 갖고있는 특정 기기에 잘 전달되게 하기 위해

외부 네트워크에서 오는 요청의 포트번호와 해당 포트번호에 해당하는 사설 IP를 매칭해주는

NAT 테이블을 NAT라우터가 갖고있다가 사설 IP주소와 공인 IP주소를 변환한다.

 

DHCP

호스트에 IP를 할당할 때에 정해진 IP를 직접 정적으로 적을수도 있지만 

DHCP 프로토콜을 사용해서 동적으로 할당할 수 있다.

각 호스트는 IP 할당을 받기 위해 IP를 할당해줄 DHCP 서버를 찾는다. (DHCP discover)

그를 위해 브로드캐스트로 찾고 그 요청에 DHCP서버는 IP주소를 제안한다 (DHCP offer)

그것을 받은 호스트는 그것을 사용하겠다 요청한다 (DHCP Request)

그 메시지를 받은 DHCP는 호스트가 그것을 사용한다 인지하고 승인메시지를 준다 (DHCP ACK)

그 메시지를 받은 호스트는 그때부터 그 IP를 정해진 기간동안 사용한다.

 

라우팅

패킷은 다른 네트워크로 가기 위해 많은 라우터를 거치게 될 것.

이를 효율적으로 이동시키기 위해 거치는 장치마다 라우팅테이블을 만들어 효율적 경로로 보내려 한다.

 

라우팅테이블에는 수신지 IP주소와 서브넷마스크, 다음으로 거쳐야 할 호스트의 IP주소(게이트웨이)

패킷을 내보낼 통로인 네트워크인터페이스, 이동하는데 드는 비용인 메트릭이 적혀있다.

테이블에 적혀있지 않은 호스트에 보내기 위해 기본 게이트웨이 라우터로 전송한다.

라우터(기본게이트웨이)를 디폴트 라우트로 삼는다.
라우팅테이블에 모두 수동으로 적는 정적 라우팅도 있지만

 

네트워크의 규모는 커져왔기에 동적 라우팅으로 관리된다.

하나의 네트워크 관리자에 의해 관리되는 라우터 집합인 AS 단위로 나누었을 때

이 AS 내부에서 수행되는 IGP와 외부에서 수행되는 EGP가 있다.

 

IGP

첫번째로 Distance vector을 활용하는 RIP 프로토콜

일정 시간마다 라우터간 정보를 교환하며 라우팅테이블을 갱신하고 정보가 퍼져나가며

라우팅테이블이 정교해지며 어디까지 몇 홉이 걸리는지 최적의 경로를 판단한다.

메트릭 값 기준(홉 수)

 

두번째로 link state 방식의 OSPF 프로토콜

그래프 형태의 네트워크를 파악하여 그 데이터베이스를 기반으로 하여 그 구성에서

최적의 경로를 선택한다.

주기적 갱신이 아닌 라우팅 구성 변경시 테이블 갱신.

전체 네트워크 경로를 갱신할 순 없으므로 AS 내부에서만 갱신하고

AS간 연결은 그 경계에 있는 ABR(Area Border Router)이 담당한다.

메트릭 값 기준(대역폭)

(※ DV 방식은 서로 전파하기에 고장 라우터가 있으면 문제발생,

LS 방식은 각 라우터가 판별하기에 고장 라우터가 있어도 큰 문제가 생기지 않는다)

 

EGP

대표적으로 BGP 프로토콜. AS간의 통신이 가능하다. (내부통신도 가능함)

AS의 BGP 라우터 간 연결되어 있어서 BGP 메시지를 주고받을 수 있도록 연결된 BGP 라우터를 peer라고 함

BGP 라우터 간 연결되는 과정을 피어링.

최적의 경로를 선택하는데 다양한 속성과 정책이 고려됨.

최적경로 기준은 라우터 수가 아닌 거치는 AS의 수를 고려하게 되고

isp의 정책과 이해관계에 따라 최적의 경로가 선택되지 않을 수 있기에 복잡해진다.