[네트워크] 인터네트워킹
인터네트워킹
- 둘 이상의 서로 다른 네트워크를 연결하는 기능
- 라우터 : 네트워크를 연결하는 장비이며, 일반적으로 계층 3 기능을 수행
- 규모가 커질 수록 계층, 모듈화를 시킨다는 것을 의미한다.
- 가장 작은 단위 = 네트워크
- 게이트웨이 : 일반적인 용어
1) 리피터 : 계층 1 기능을 지원
2) 브리지 : 계층 2 기능 지원
- 연결 되는 LAN이 다른 종류일 경우에 프레임 해석, 변환 등의 복잡한 작업이 필요하다.
- 브리지에 연결되는 LAN의 종류 만큼 MAC/물리 계층을 처리해야한다.
- 한쪽에서 들어온 프레임의 MAC 계층 헤더를 다른 MAC 계층 헤더로 변형해 전송이 가능하다.
- 프레임을 인식하고 -> MAC 주소도 인식
트랜스페런트 브리지 Transparent Birdge
- 라우팅 기능을 사용자에게 투명하게 보여준다.
- 브리지 사용자는 프레임에 라우팅 정보를 추가하지 않아도 된다.
- 브리지의 수행 동작
1. 프레임의 송 수신자가 동일 방향에 위치하면 -> 수신 프레임 무시
2. 프레임의 송 수신자가 다른 방향에 위치하면 -> 수신자 방향으로 프레임 중개
3) 라우터
- 라우터는 3계층에서 동작하는 여러 네트워크 장비의 대표격으로 경로를 지정해주는 장비이다.
- 라우터의 동작 방식과 역할
- 라우터의 동작방식은
1. 경로 지정: 다양한 경로수집 후 최적의 경로를 라우팅 테이블에 저장한 뒤 패킷이 들어오면 도착지 IP주소를 라우팅 테이블과 비교해 최선의 경로로 패킷을 내보낸다.
2. 브로드캐스트 컨트롤: 들어온 패킷의 목적지 주소가 라우팅 테이블에 없으면 패킷을 버린다.
3. 프로토콜 변환: 패킷 포워딩 과정에서 기존 2계층 헤더 정보를 제거 후 새로운 2계층 헤더를 만든다.
경로 지정
라우터는 패킷이 들어오면 패킷의 도착지 IP주소를 확인해서 경로를 지정해 패킷을 포워딩해줘야 한다. 그럼 여기서 중요한 점이 경로를 어떻게 지정해주는지에 대해서라는걸 알 수 있다.
- 라우터가 경로를 지정하기 위해서는 경로학습이 필요하다.
• IP 주소를 입력하며 자연스럽게 인접 네트워크 정보를 얻는 방법
• 관리자가 직접 경로 정보를 입력하는 방법
• 라우터끼리 서로 경로 정보를 자동으로 교환하는 방법
브로드 캐스트 컨트롤 (Broadcast Control)
- 라우터는 패킷을 원격지로 보내는 것 = 목표
- 3계층에서 동작하고 분명한 도착지 정보가 있을 때만 통신을 허락
- 쓸모없는 통신이 네트워크 차지 하는 것을 막는다.
- 바로 연결되어 있는 에트워크 정보를 제외하고, 경로 습득 설정을 하지 않으면 -> 패킷 포워딩 불가
⇒ 이 기능을 이용해 브로드 캐스트가 다른 네트워크로 전파되는 것을 막을 수 있다.
⇒ 이 기능을 브로드캐스트 컨트롤/멀티캐스트 컨트롤이라 한다.
- 네트워크에 브로드캐스트가 많이 발생하는 경우 라우터로 네트워크를 분리하면 브로드캐스트 네트워크를 분할해 네트워크 성능을 높힐 수 있다.
프로토콜 변환
- 라우터의 또 다른 역할 = 서로 다른 프로토콜로 구성된 네트워크 연결
- 라우터는 3계층에서 동작하는 장비이기 때문에 3계층 주소 정보를 확인하고 그 정보를 기반으로 동작
- 라우터에 패킷이 들어오면 2계층 까지의 헤더 정보를 벗겨 내고 3계층 주소를 확인한 후에 2계층 헤더 정보를 새로 만들어서 외부로 내보냄
=> 라우터에 들어올 때 패킷 2계층 헤더 정보와 나갈 때의 패킷 2계층 헤더 정보가 다르다.
- 경로 지정 - 라우팅 / 스위칭
- 라우터가 패킷을 처리할 때는 크게 2가지 작업 수행
- 경로 정보를 얻어 경로 정보를 정리하는 역할
- 정리된 경로 정보를 기반으로 패킷을 포워딩 하는 역할
- 라우터는 자신이 알고있는 주소가 아닌 목적지의 패킷이 들어옴 -> 해당 패킷 버림
- 패킷이 들어오기 전에 경로 정보를 충분히 수집하고 있어야 -> 라우터가 정상적으로 작동
- 라우터는 많은 경로 정보를 얻어 최적의 경로 정보인 라우팅 테이블을 적절하게 유지해야한다.
- 라우터에 들어온 패킷의 목적지 주소와 라우터가 갖고 있는 라우팅 테이블 정보가 정확히 일치하지 않아도 가장 근접한 정보를 찾아 패킷을 포워딩할 필요가 있다.
라우팅 동작과 라우팅 테이블
홉-바이-홉(Hop-by-Hop)과 넥스트 홉(Next Hop)
- 인접한 라우터까지만 경로를 지정하면 인접 라우터에서 최적의 경로를 다시 파악한 후 라우터로 패킷을 포워딩
- 네트워크를 한 단계 씩 뛰어넘는다는 의미로 홉-바이-홉 라우팅이라고 부르고, 이때 인접한 라우터를 넥스트 홉이라고 부른다.
- 라우터는 패킷이 목적지로 가는 전체 경로를 파악 X -> 최적의 넥스트 홉을 선택 -> 보냄
- 여기서 넥스트 홉을 지정할 때 일반적으로 세 가지 방법을 사용할 수 있다.
• 다음 라우터의 IP를 지정하는 방법( 넥스트 홉 IP 주소)
• 라우터의 나가는 인터페이스를 지정하는 방법
: 상대방 넥스트 홉 라우터의 IP주소를 몰라도 MAC주소 정보를 알아낼 수 있을 때만 사용.
• 라우터의 나가는 인터페이스과 다음 라우터의 IP를 동시에 지정하는 방법
: IP주소와 인터페이스를 동시에 사용할 땐 VLAN 인터페이스와 같은 논리적인 인터페이스를 사용할 수 있다.
라우팅 테이블
- 라우터는 출발지와 상관없이 목적지 주소와 라우팅 테이블을 비교해서 포워딩 경로를 결정
- 라우팅 테이블 만들 때 -> 목적지 주소만 수집
- 패킷이 들어오면 목적지 주소를 확인해 패킷을 넥스트 홉으로 포워딩
- 라우팅 테이블에 저장하는 정보는
•목적지 주소
•넥스트 홉 IP주소, 나가는 로컬 인터페이스(선택 가능)
라우팅(라우터가 경로 정보를 얻는 방법)
경로 정보를 얻어 최적의 경로를 테이블에 올려 유지하는 과정
라우터가 경로 정보를 얻는 방법은 다음과 같다.
1. 다이렉트 커넥티드
- IP주소를 입력할 때 사용된 IP주소와 서브넷 마스크로 해당 IP 주소가 속한 네트워크 주소 정보를 알 수 있다.
- 라우터나 PC에선 이 정보로 해당 네트워크에 대해 라우팅 테이블을 자동으로 만든다.
- 해당 경로 정보는 인터페이스에 IP를 설정하면 자동 생성되는 정보이기에 정보를 강제로 지울 수 없고 해당 네트워크 설정을 삭제하거나 해당 네트워크 인터페이스가 비활성화되어야만 자동으로 사라진다.
2. 스태틱 라우팅
- 관리자가 목적지 네트워크와 넥스트 홉을 라우터에 직접 지정해 경로 정보를 입력하는 것을 스태틱 라우팅(Static Routing)이라 한다.
- 연결된 인터페이스 정보가 삭제되거나 비활성화되면 연관된 스태틱 라우팅 정보가 자동 삭제된다.
3. 다이나믹 라우팅
- 스태틱 라우팅은 라우터 너머 다른 라우터의 상태 정보를 파악할 수 없기에 라우터 사이의 회선이나 장애가 발생하면 장애 파악 및 대체 경로로 패킷을 전송할 수 없다.
- 다이나믹 라우팅은 이러한 스태틱 라우팅의 단점을 보완해준다.
- 라우터끼리 자신이 알고 있는 경로 정보나 링크 상태 정보를 교환해 전체 네트워크 정보를 학습한다.
- 주기적으로 또는 상태 정보가 변경될 때 라우터끼리 경로 정보가 교환되기에 특정 경로가 장애가 생겨 경로 정보가 사라지게 되더라도 이 상황을 인지해 대체 경로로 패킷을 포워딩할 수 있게 된다.
- 다이나믹 라우팅에선 자신이 광고할 네트워크를 선언해줘야 한다.
IP 인터네트워킹
- 인터넷에서 네트워크를 연결하는 방식
- 패킷 중개 기능은 IP 프로토콜이 수행
- 양쪽 MAC 계층이 다르면 패킷 변환 기능이 필요
- 필요 시 패킷 분할과 병합 과정도 수행해야한다.
인터넷 라우팅
1. 고정 경로 배정
- 송수신 호스트 사이에 영구 불변의 고정 경로를 배정
- 장점 : 간단하지만 효율적인 라우팅 가능
- 단점 : 트래픽 변화에 따른 동적 경로 배정이 불가
2. 적응 경로 배정
- 인터넷 연결 상태가 변하면 이를 전달 경로 배정에 반영
- 특정 네트워크나 라우터가 비정상적으로 동작하는 경우
- 네트워크의 특정 위치에서 혼잡이 발생하는 경우
- 단점 : 경로 결정 과정에서 라우터의 부담이 증가
- 라우터 사이의 시잔적인 정보의 불일치성 문제가 항상 존재
3. 자율 시스템
- 동일한 라우팅 특성으로 동작하는 논리적인 단일 구성체
- 내부 라우팅 프로토콜 : 자율 시스템 내부에서 사용
- 외부 라우팅 프로토콜 : 자율 시스템 간에 사용
서비스 품질 (QoS)
1. 연결 설정 지연 Connection Establishment delay
2. 연결 설정 실패 확률 Connection Establishment Failure Probability
3. 전송률 Throughput
4. 전송 지연 Transit Delay
5. 전송 오류율 Residual Error Rate
6. 우선 순위 Priority
인터넷 에서의 QoS
1. IP 프로토콜
- 모든 패킷에 동일한 기준 적용
- 데이터 도착 순서나 100% 수신을 보장하지는 않음
2. 전송 데이터의 종류별 특징
- 영상정보 : 대용량의 실시간 전송, 전송 오류에 관대
- 컴퓨터 데이터 : 실시간 전송 불필요, 전송 오류에 민감
3. IP 프로토콜에서의 QoS 지원
- 각 패킷을 서로 다른 QoS 기준으로 구분하여 라우터에서 처리