Network Layer(1) - 네트워크층 기본 개념

네트워크 계층의 기본 원리

alice - bob 통신 그림

 

네트워크 계층은 데이터를 발신지에서 수신지로 전달하는 역할을 한다. 이 계층에서는 데이터그램을 사용해 상위 계층에서 받은 세그먼트를 네트워크 패킷으로 캡슐화한 후, 목적지에서 이를 역캡슐화하여 전송 계층으로 전달한다. 네트워크 계층 프로토콜은 모든 호스트와 라우터에서 동작하며, 라우터는 패킷이 지나갈 때마다 헤더 필드를 검사하고 적절히 포워딩한다.

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주요 네트워크 계층 기능

포워딩(Forwarding)과 라우팅(Routing)

포워딩

 

• 포워딩(Forwarding): 패킷을 라우터의 입력에서 적절한 출력으로 이동시키는 과정. - 데이터그램 방식에서 포워딩 결정은 패킷의 목적지 주소에 의해 결정된다.
• 라우팅(Routing): 패킷이 발신지에서 목적지까지 갈 수 있는 최적 경로를 결정하는 과정. 이 과정에서 라우팅 알고리즘이 사용.

 

데이터 플레인(Data Plane)과 제어 플레인(Control Plane)

• 데이터 플레인: 라우터가 각 패킷을 처리하는 로컬 기능. 패킷이 입력 포트에서 도착하면, 라우터는 이를 출력 포트로 전달.
• 제어 플레인: 네트워크 전체의 경로를 결정하는 논리적 기능으로, 네트워크 전반의 동작을 제어. 제어 플레인은 두 가지 방식으로 구현.
  • 전통적 라우팅 알고리즘: 라우터 내부에 라우팅 알고리즘이 구현된 방식.
  • 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN): 중앙에서 네트워크를 제어하는 원격 서버 방식.

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네트워크 계층 서비스 3가지

패킷화(Packetizing)

네트워크 계층의 첫 번째 임무는 데이터를 패킷으로 캡슐화하고, 목적지에서 이를 역캡슐화하는 것. 네트워크 계층은 데이터를 전송할 때 내용물을 변경하지 않고 그대로 전달하는 역할을 한다.

라우팅(Routing)

패킷이 발신지에서 목적지로 전달될 수 있도록 경로를 설정하는 과정. 라우팅 프로토콜을 사용하여 라우터들 간에 경로 정보가 교환된다.

포워딩(Forwarding)

포워딩은 라우터가 수신한 패킷을 적절한 출력 포트로 전달하는 과정. 라우터는 포워딩 테이블을 사용해 패킷의 목적지 주소나 레이블을 기반으로 출력 인터페이스를 결정한다.

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패킷 교환

데이터그램 방식(Datagram Approach)

데이터그램 방식

비연결형 서비스로, 각 패킷은 독립적으로 처리. 패킷은 같은 경로나 다른 경로를 통해 목적지에 도달할 수 있으며, 포워딩 결정은 각 패킷의 목적지 주소에 의해 결정된다.

 

가상 회선 방식(Virtual-Circuit Approach)

가상 회선 방식

연결형 서비스로, 패킷을 전송하기 전에 가상의 경로가 설정. 모든 패킷은 설정된 경로를 따라 전달되며, 흐름 레이블(flow label)을 통해 경로가 정의된다. 가상 회선 방식은 세 단계로 나뉜다.

• 설정 단계: 발신지에서 목적지로 요청 패킷을 보내 경로를 설정.
• 데이터 전송 단계: 모든 패킷은 설정된 경로를 따라 전송.
• 연결 해제 단계: 데이터 전송이 완료되면 연결 해제 패킷을 보내 경로를 해제.