혼자 공부하는 네트워크 3-1 공부기록

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네트워크 계층의 역할

LAN을 넘어 다른 네트워크와 통신하려면 네트워크 계층이 필수적입니다. 네트워크 계층에서는 IP 주소를 사용해 송수신지를 지정하고, 라우팅을 통해 다른 네트워크에 이르는 경로를 결정하여 통신합니다.

 

데이터 링크 계층의 한계

1. 경로 파악의 어려움
   물리 계층과 데이터 링크 계층만으로는 다른 네트워크까지의 경로를 파악하기 어렵습니다. 물리 계층과 데이터 링크 계층은 LAN 내에서의 통신만을 다루기 때문에, 데이터를 다른 네트워크로 전송할 때는 여러 네트워크 장비를 거치고 다양한 경로를 통해 패킷이 이동하게 됩니다. 최적의 경로를 결정하는 과정을 라우팅이라고 하며, 이를 수행하는 대표적인 장비가 라우터입니다.
2. MAC 주소의 한계
   MAC 주소만으로는 모든 네트워크에 속한 호스트의 위치를 특정하기 어렵습니다. 네트워크 간 통신을 가능하게 하려면 네트워크 계층의 IP 주소를 사용해야 하며, IP 주소를 통해 수신지 주소를 설정하고 경로를 결정할 수 있습니다.

 

인터넷 프로토콜 (IP)

IP에는 IPv4와 IPv6가 있으며, IP 주소는 32비트(IPv4) 또는 128비트(IPv6)로 표현됩니다.

IP의 기능

1. IP 주소 지정: 송수신 대상을 IP 주소로 지정.
2. IP 단편화: 전송하려는 패킷이 MTU(최대 전송 단위)보다 클 경우, 이를 나누어 전송합니다. 일반적인 MTU 크기는 1500바이트이며, 단편화된 패킷은 수신지에서 다시 재조합됩니다.

IPv4

IPv4는 32비트(4바이트) 주소로 표현되며, 주로 다음과 같은 필드를 포함합니다:

• 식별자: 패킷에 할당된 번호로, 여러 조각으로 나뉜 패킷을 재조합할 때 사용됩니다.
• 플래그: 3개의 비트로 구성되며, 단편화 여부(DF: Don't Fragment)와 단편화된 패킷이 더 있는지(MF: More Fragment)를 나타냅니다.
• 단편화 오프셋: 단편화된 패킷이 원래 데이터에서 몇 번째 위치에 있는지 나타냅니다.
• TTL: 패킷의 수명을 나타내며, 라우터를 거칠 때마다 1씩 감소합니다.
• 프로토콜: 상위 계층의 프로토콜을 나타냅니다.
• 송신지/수신지 IP 주소: 송신자와 수신자의 IP 주소를 나타냅니다.

IPv6

IPv6는 128비트(16바이트) 주소로 표현되며, 콜론으로 구분된 8개의 16진수 그룹으로 구성됩니다. 주요 필드는 다음과 같습니다:

• 다음 헤더: 상위 계층 프로토콜 또는 확장 헤더를 가리킵니다.
• 홉 제한: IPv4의 TTL과 유사하게 패킷의 수명을 나타냅니다.
• 송신지/수신지 주소: 패킷의 송수신 IP 주소를 지정합니다.

IPv6는 확장 헤더를 통해 다양한 기능을 추가할 수 있으며, 이론적으로 무한에 가까운 IP 주소를 제공할 수 있습니다.

 

ARP (Address Resolution Protocol)

ARP는 IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 프로토콜입니다. IP 주소만 알고 있을 때, 해당 IP 주소에 대응하는 MAC 주소를 알아내기 위해 ARP 요청을 네트워크에 브로드캐스트하고, 해당 호스트는 자신의 MAC 주소를 응답합니다. ARP 테이블을 사용해 IP 주소와 MAC 주소를 매핑하여 효율적인 통신을 도모합니다.

 

IP 단편화의 문제점

IP 단편화는 가능하면 피하는 것이 좋습니다. 패킷이 여러 조각으로 나뉘면, 각 조각마다 헤더가 붙어 불필요한 트래픽이 발생하고 대역폭이 낭비될 수 있습니다. 또한 재조합 과정에서 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 경로 MTU 발견을 통해 적절한 패킷 크기를 결정하는 것이 좋습니다. 경로 MTU 발견은 최적의 패킷 크기를 계산하여 전송하는 과정입니다.