네트워크 층: 데이터 전송

네트워크층 서비스

앨리스 - 밥 통신

• 패킷화(Packetizing): 네트워크층의 첫 번째 의무는 데이터 패킷화. 발신지의 네트워크층에서 페이로드(전송될 데이터)를 캡슐화하고, 목적지에서 캡슐을 제거하는 역할을 함.
• 경로 지정(Routing): 네트워크층은 발신지에서 목적지로 데이터를 전송하기 위한 최적의 경로를 찾아낸다(최소비용).
• 오류 제어(Error Control): 네트워크층에서 오류를 제어할 수 있지만, 실제로는 상위 계층에서 오류 제어를 수행하는 경우가 많음. (-> 네트워크 계층에서 오류 검사는 비효율적, 따라서 헤더 훼손만 방지하기 위해 데이터그램에 검사합 필드 추가)
• 흐름 제어(Flow Control): 송신자가 수신자의 처리 능력을 초과하지 않도록 전송 속도를 조절하는 역할을 함 .
• 혼잡 제어(Congestion Control): 네트워크의 혼잡을 방지하고 처리량을 향상시키기 위한 제어 기능.(라우터 용량 초과하면 혼잡 발생)
• 서비스 품질(QoS, Quality of Service): 서비스 품질을 유지하기 위한 기능으로, 네트워크 상에서 발생할 수 있는 지연, 처리량, 패킷 손실 등을 관리.
• 보안(Security)

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패킷 교환(Switching) - **중요**

• 회선 교환(Circuit Switching): 물리적 회선을 통해 두 장치를 직접 연결하여 데이터를 전송하는 방식. (ex 유선전화)
• 패킷 교환(Packet Switching): 네트워크층에서 사용하는 교환 방식으로, 데이터를 작은 패킷으로 나누어 전송. 패킷 교환 방식에는 두 가지가 있다:

데이터 그램 방식

• 1. 데이터그램 방식(Datagram Approach): 비연결형 서비스로, 패킷이 독립적으로 처리되고, 서로 다른 경로로 전송될 수 있음.

가상 회선 방식

• 2. 가상 회선 방식(Virtual Circuit Approach): 연결형 서비스로, 전송 경로가 미리 설정되며, 모든 패킷이 동일한 경로를 따라 전송. (가상 회선 식별자가 있음 - VCI: Virtual Circuit Identifier)

 

** pdf  그림을 보며 각 방식마다 어떻게 주소지정하는지 알 필요 있음 **

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성능(Performance)

네트워크 성능은 지연(Delay), 처리량(Throughput), 패킷 손실률(Packet Loss)로 측정. 성능은 네트워크의 혼잡 상태에 따라 달라지며, 혼잡 제어는 성능을 향상시키는 중요한 요소.

지연(Delay)

네트워크에서 지연은 패킷이 발신지에서 목적지로 전달될 때 발생하는 시간적 지연을 의미. 네트워크 지연은 다음과 같은 네 가지 형태로 나뉜다:

1. 전송 지연(Transmission Delay): 패킷이 전송선에 진입하는 시간으로, 패킷의 길이와 전송 속도에 따라 달라짐. - Delaytr = (Packet Length)/(transmission rate)
2. 전파 지연(Propagation Delay): 전송 매체를 통해 신호가 이동하는 데 걸리는 시간. - Delaypg= (Distance)/(Propagation speed), 쉽게 말해 첫 번째 데이터가 목적지에 도착하는 시간
3. 처리 지연(Processing Delay): 라우터에서 패킷을 처리하는 데 걸리는 시간. - Delaypr = Time required to process a packet, 패킷을 출력 포트(라우터의 경우)로 전달하는 데 필요한 시간
4. 큐잉 지연(Queuing Delay): 패킷이 라우터의 큐에 대기하는 시간. - Delayqu = Time a packet waits in input and output queues in a router, 대기열 지연 시간 

 

** 이를 통해 총 지연 시간 구할 수 있음. **

처리량(Throughput) - (가상의 벽이 있다고 생각하면 편함)

처리량은 네트워크의 특정 지점에서 초당 전송되는 비트 수를 말한다. 다양한 전송률을 가진 링크를 통과하는 패킷의 처리량은 경로상의 가장 느린 링크에 의해 제한된다.

 

만약 인터넷이 백본에 물려있으면 처리량이 매우 커짐.

패킷 손실(Packet Loss)

네트워크 성능에 큰 영향을 미치는 요소 중 하나는 패킷 손실. 라우터의 버퍼가 가득 차면 패킷이 손실될 수 있으며, 패킷이 손실되면 이를 재전송해야 하므로 성능이 안좋아짐.

 

**참고 - 일반적인 라우터 동작 과정**

라우터는 데이터를 여러 곳에서 받음 -> 버퍼로 쌓아둠 -> 버퍼 꽉 차면 버림(패킷 손실) -> 재전송