7. IP 프로토콜(1)

네트워크 계층의 주요 기능

- 라우팅 : 송수신 호스트 사이의 패킷 전달 경로를 선택

- 혼잡제어 : 네트워크에 패킷 수가 과도하게 증가되는 현상을 예방하거나 제거하는 기능

- 패킷 분할/병합 : 상위 계층에서 내려온 데이터는 하위 계층인 MAC 계층의 프레임 구조에 정의된 형식으로 캡슐화. 송신 호스트에서는 전송 전에 적절한 크기로 데이터를 분할, 수신 호스트는 분할되어 수신한 데이터를 다시 병합

 

서비스의 종류

- 연결형 : 데이터 전송 전에 데이터의 전송 경로를 미리 결정.

> 상대적으로 신뢰성이 높음

> 전달되는 패킷들이 모두 동일한 경로를 이용하기 때문에 목적지에 도착하는 패킷의 순서가 송신된 순서와 동일

> TCP : 전송 계층의 기능을 지원하는 연결형 프로토콜

 

- 비연결형 : 데이터의 전송 경로를 사전에 결정하지 않고 패킷 단위로 결정

> 패킷이 서로 다른 경로로 전송되므로 도착 순서가 일정하지 않음. 상위 계층에서 순서를 재조정해야함

> 패킷의 100% 도착을 보장하지 않음. 상위 계층에서 패킷 분실 오류를 복구해야함.

> IP : 네트워크 계층의 기능을 지원하는 비연결형 프로토콜

> UDP : 전송 계층의 기능을 지원하는 비연결형 프로토콜

 

라우팅

- 패킷의 전송 경로를 지정

- 입력된 패킷을 어느 출력 경로를 통해 다음 라우터로 전달해야 가장 효과적인지 결정

- 전송 경로 결정시 고려사항

> 공평 원칙 : 다른 패킷의 우선 처리를 위해 다른 패킷이 손해를 보면 안됨

> 효율 원칙 : 전체 네트워크의 효율성에 대해 고려해야함

> 의도적 혹인 비의도적으로 발생하는 네트워크 구성의 변화에 효과적으로 대처할 수 있는 신뢰성 확보

 

- 정적 라우팅 : 패킷 전송이 이루어지기 전에 경로 정보를 라우터가 미리 저장하여 중개

> 최적의 라우팅 정보를 개별 라우터에 저장하여 관리

> 단점 : 경로 정보의 갱신이 어려우므로, 네트워크 변화/혼잡도 대처 부족

 

- 동적 라우팅 : 라우터의 경로 정보를 네트워크 상황에 따라 적절하게 변경

> 경로 정보 변경 주기에 따른 보완 가능

> 단점 : 복잡한 작업 추가 필요, 경로 정보의 수집과 관리로 인한 성능 저하

 

- HELLO/ECHO 패킷 : 라우터의 초기화 과정에서 가장 먼저 할 일은 이웃 라우터의 경로 정보를 파악하는 것

> HELLO : 주변 라우터에 HELLO 패킷을 보내어 주변 경로 정보를 파악하는 용도

> ECHO : 라우터 사이의 전송 지연 시간을 측정하는 용도

> 개별 라우터에 도착하는 시간 차이로 인한 정보 불일치 발생

> 변화되는 상황에서 일관성 유지가 관건

 

라우팅 테이블

- 라우터가 패킷의 적절한 경로를 찾기 위한 가장 기본적인 도구

- 필수 정보 (목적지 호스트, 다음 홉)

> 목적지 호스트 : 패킷의 최종 목적지가 되는 호스트 주소

> 다음 홉 : 목적지 호스트까지 패킷을 전달하기 위한 인접 경로

 

라우팅 정보의 처리

- 라우팅을 효과적으로 수행하려면 라우팅 정보가 네트워크의 현재 상황을 정확히 반영할 수 있도록 관리해야함

- 소스 라우팅 : 송신 호스트가 패킷의 전달 경로를 결정하는 방식. 전송 경로는 패킷 내부에 기록됨

- 분산 라우팅 : 라우팅 정보를 분산하여 관리하는 방식. 호스트의 개수가 많아질수록 효과적

- 중앙 라우팅 : 특정 호스트(RCC:Routing Control Center)가 모든 라우팅 정보를 관리. 송신 호스트는 패킷 전송 전에 RCC에게 경로 정보를 얻어서 소스 라우팅으로 전송. 호스트 개수가 많아질수록 비효율적

- 계층 라우팅 : 분산 라우팅과 중앙 라우팅의 조합. 네트워크 규모가 커질수록 매우 효과적

 

혼잡 제어

- 흐름 제어 : 송수신 호스트 사이의 논리적인 점대점 전송 속도

- 혼잡 제어 : 호스트와 라우터를 포함한 서브넷에서 네트워크의 전송 능력 네트워크에서의 전송 능력 문제

- 혼잡의 원인 : 네트워크 용량에 비하여 전송 패킷이 많기 때문

- 혼잡이 심화되는 주요인 : 타임 아웃 기능에 의한 패킷의 재전송

- 라우팅 알고리즘 : 혼잡이 발생하지 않는 경로를 배정하도록 설계. 혼잡이 발생하는 경로를 선택하면 혼잡이 주변으로 확대됨

 

- 트래픽 성형 : 혼잡의 발생은 트래픽이 특정 시간에 집중되는 버스트 현상이 원인.

> 패킷 발생 정도를 네트워크에서 예측 가능한 정도로 조절하는 기능이 필요.

> 협상을 통해 네트워크로 유입되는 패킷의 분포 특성을 미리 정해두면 네트워크에서는 전체 트래픽의 혼잡도를 예측하여 혼잡 제어를 효율적으로 수행할 수 있음.

> 리키 버킷 알고리즘 : 송신 호스트로부터 입력되는 패킷이 시간대별로 일정하지 않아도, 즉 가변적이어도 깔때기를 통과하면서 일정한 전송률로 변경됨

 

- 혼잡 제거 : 특정 지역에 혼잡이 발생하면 패킷의 전송 경로를 적절히 조정해줌으로써 혼잡이 발생한 곳을 거치지 않도록 가상 회선 연결을 설정

> 자원 예약 방식 : 호스트와 서브넷이 미리 네트워크 자원의 사용 정도를 협상하여 사전 예약. 단점 : 자원 낭비 가능성

> ECN 패킷을 사용(Explicit Congestion Notification)

출력 경로를 사용하는 빈도를 모니터. 

한계치가 넘어가면 송신 호스트에게 주의 표시

초크 패킷을 받은 호스트는 송신 패킷 양을 줄임

 

 

* 쉽게 배우는 데이터 통신과 네트워크(3판) 책을 바탕으로 작성하였습니다.

https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000061352064