4. 네트워크 계층

Keyword: 라우팅, IP, ARP, IPv4, IPv6

주요 프로토콜, IP 주소의 개념과 구조 할당 방법, 라우터의 역할과 라우팅 테이블

 

LAN을 넘어서 다른 네트워크와 통신하기 위해서는 네트워크 계층의 역할이 필요하다. 네트워크 계층에서는 IP 주소를 이용해 송·수신지 대상을 지정하고 다른 네트워크에 이르는 경로를 결정하는 라우팅을 통해 다른 네트워크와 통신한다.

 

데이터 링크 계층의 한계

• 물리 계층과 데이터 링크 계층만으로는 다른 네트워크 까지의 도달 경로를 파악하기 어렵다.
  • 이는 패킷이 이동할 최적의 경로를 결정하는 Routing을 통해 진행된다.
    routing을 수행하는 장비의 대표적인 예는 Router가 있다.
  • MAC 주소만으로는 모든 네트워크에 속한 호스트의 위치를 특정하기 어렵다.
    • 수신지는 IP 주소를 통해 식별한다.

인터넷 프로토콜(IPv4, IPv6)

IP 주소(Internet Protocol Address)는 4byte(32bit)로 주소를 표현할 수 있고, 숫자당 8비트(1octet)로 표현되기에 0~255 범위안에 있는 네개의 10진수로 표기된다. (e.g. 192.168.1.1 = 11000000.10101000.00000001.00000001) 이 주소를 바탕으로 송·수신 대상을 지정한다.

 

IP의 기능중 '단편화'기능이 있다. 패킷의 크기가 MTU라는 최대 전송 크기보다 크면, 이를 MTU 이하의 복수의 패킷으로 나눈다.

(IP(네트워크) 계층의 단위는 IP 패킷/데이터그램, 링크 계층(이더넷·Wi-Fi)은 프레임입니다.)

 

IPv4

IPv4는 헤더, 페이로드, 트레일러로 구성되며 각 구성의 포함되는 내용은 아래와 같다.

Frame Header: 프리앰블, 송·수신지 MAC 주소, 타입/길이

Frame Payload: 데이터

Trailer: FCS(유효검증)

 

IPv4 Packet의 Header는 다음과 같은 내용으로 이루어져있다.
버전, 헤더길이, 서비스 유형, 패킷길이, 식별자, 플래그, 단편화 오프셋, TTL, 프로토콜, 헤더체크섬, 송·수신지 IP주소, 옵션, 패딩

Header에서 '굵은 글씨'표시 된것들의 세부 설명은 아래와 같다.

1. 식별자: 패킷에 할당된 번호다. IPv4 패킷들이 어떤 메세지에서부터 쪼개졌는지를 인식하기 위해 사용한다.
2. 플래그: 총 세개의 비트로 구성된 필드다. 비트가 1이면 DF(Don't Fragment) 를 뜻하며, 단편화를 하지 않는다. 0 이면 단편화가 가능하다. 다른 하나의 비트는 MF라는 bit인데, More Fragment의 약어다. 단편화된 패킷이 더있는지 나타낸다. 0이라면 이 패킷이 마지막이고 1이면 패킷이 더있다는 것이다. 나머지 비트는 현재 사용되지 않으며 항상 0이다.
3. 단편화 오프셋(Fragment offset): 단편화 되기전 초기 데이터에서 몇번째로 떨어진 패킷인지 나타낸다.
   오프셋 0, 오프셋 1480, 오프셋 2960 등등을 표시하는 경우 오프셋 2960은 첫 데이터로 부터 2960 떨어져있다는 것을 의미한다.
4. TTL(Time To Live): 패킷의 수명을 뜻한다. 패킷이 호스트 또는 라우터에 한번 전달되는 것을 hop이라고 한다. TTL 필드의 값은 hop마다 1씩 줄어들며 0이 되면 폐기된다. 네트워크상에 지속적으로 남아있는 것을 방지하기 위해 존재한다.
5. 프로토콜: IP 패킷의 프로토콜은 상위계층의 프로토콜이 무엇인지를 나타낸다. 예시로 TCP 6번, UDP 17번 등이 있다.
6. 송·수신지 IP 주소: IPv4 주소를 뜻한다.

 

IPv6

IPv6는 16byte(128bit)로 표현되고 콜론(:)으로 구분된다. 8개 그룹으로 이루어지고 16진수로 표기된다.

(e.g. 2001:0230:abcd:ffff:0000:0000:ffff:1111)

 

IPv6의 헤더에는 버전, 트래픽클래스, 흐름라벨, 페이로드 길이, 다음헤더, 홉제한, 송·수신지 IP address(128bit)가 담기며, 페이로드에는 데이터가 담긴다.