네트워크 계층의 기능

본 내용은 네트워크에 관해 공부한 내용을 더 오래 기억하고자 기록한 내용입니다.

 

서비스의 종류

비연결형 서비스 : 데이터의 전송 경로를 사전에 결정하지 않고 패킷 단위로 결정하는 방식

연결형 서비스 : 데이터 전송 전에 데이터의 전송 경로를 미리 결정하는 방식

 

비연결형 서비스

패킷의 전달 순서 : 패킷이 서로 다른 경로로 전송되므로 도착 순서가 일정하지 않다. 상위 계층에서 순서를 재조정해야한다.

패킷 분실 가능성 : 패킷의 100% 도착을 보장하지 않는다. 상위 계층에서 분실 오류를 복구해야 한다.

인터넷 환경의 예 : 

IP : 네트워크 계층의 기능을 지원하는 비연결형 프로토콜

UDP : 전송 계층의 기능을 지원하는 비연결형 프로토콜

 

연결형 서비스

상대적으로 신뢰성이 높은 장점이 있다.

TCP : 전송 계층의 기능을 지원하는 연결형 프로토콜ㅇ

 

라우팅 

패킷의 전송 경로를 지정한다.

전송 경로 결정시 고려 사항 

공평 원칙 : 다른 패킷의 우선 처리를 위해 다른 패킷이 손해를 보면 안된다.

효율 원칙 : 전체 네트워크의 효율성에 대해 고려해야 한다.

 

정적/동적 라우팅

정적 라우팅

패킷 전송이 이루어지기 전에 경로 정보를 라우터가 미리 저장하여 중개하는 방식.

경로 정보의 갱신이 어려워 네트워크 변화나 혼잡도에 대한 대처가 부족하다.

동적 라우팅

라우터의 경로 정보가 네트워크 상황에 따라 적절히 조절되는 방식

경로 정보의 수집과 관리로 인해 성능이 저하될 수 있다.

 

HELLO/ECHO 패킷

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

ECHO : 라우터 사이의 전송 지연 시간을 측정하는 용도

 

라우팅 테이블 

라우터가 패킷의 적절한 경로를 찾기 위한 가장 기본적인 도구

필수 정보 : 목적지 호스트, 다음 홉 

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

분산 라우팅 : 라우팅 정보를 분산하여 관리하는 방식. 호스트의 개수가 많아질수록 효과적이다.

중앙 라우팅 : 특정 호스트(RCC)가 모든 라우팅 정보를 관리하는 방식. 송신 호스트는 패킷 전송 전에 RCC에게 경로 정보를 얻어서 소스 라우팅으로 전송한다. 호스트의 개수가 많아질수록 비효율적이다.

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

 

혼잡 제어

혼잡이란? 

네트워크에 존재하는 패킷의 수가 급격히 증가하여 네트워크 성능이 급격히 악화되는 현상.

네트워크의 전송 능력 문제이다.

혼잡 제어 : 혼잡 문제를 해결하기 위한 방안

흐름 제어 : 송수신 호스트 사이의 전송 속도 문제를 해결하기 위한 방안

 

혼잡의 원인 : 타임 아웃 기능에 의한 패킷의 재전송으로 혼잡도 증가.

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1. 초기 혼잡 과정에서 타임 아웃 시간이 작으면 혼잡도가 급격히 증가한다.

2. 패킷 도착 순서가 다른 상황에서 패킷을 분실 처리하면 타임아웃이 증가한다.

3 .의도적으로 피기배킹을 사용하면 응답 시간이 느려져 타임 아웃이 증가한다.

4. 패킷 생존 시간을 작게하면 패킷이 강제로 제거되어 타임 아웃이 증가한다.

 

*피기배킹이란?

양방향 전송 기능을 사용중인 채널 방식에서는 고정적인 송/수신 호스트의 구분 없이, 양방향으로 동시에 정보 프레임과 응답 프레임을 교차하면서 전송할 수 있다.

ACK와 NAK 프레임으로 구성되어 있는 응답 프레임의 목적은 상대방이 다음 차례에 전송하려는 프레임을 지정하기 위한 작업으로 반드시 응답 프레임만을 사용하면서 응답 기능을 수행할 필요는 없다.

이런 프로토콜을 작성하는 방식이 피기배킹이다. 이는 프레임의 전송 횟수를 감소시키는 효과로 전송 효율을 증가시킬 수 있다. 정보 프레임의 내용에 전송하는 데이터와 해당 데이터의 순서 번호가 포함되고, 응답 프레임의 내용에는 다음에 수신하는 정보 프레임의 순서 번호가 포함된다.

이를 위해 정보 프레임 구조에서 응답용 순서 보관을 위한 필드가 추가되어야 하고 정보 프레임이 없는 상황에서는 응답 프레임만을 전송해야 한다. 하지만 현시점에는 정보 프레임이 없을지라도 잠시 후에 전송 정보 프레임이 생기게되는 가능성이 있으면 응답 프레임의 회신을 잠시 늦추면서 차후에 피기배킹 방식으로 전송해야 하는데, 이 과정에서 대기하는 시간에 따라 시스템의 성능에 영향을 줄 수 있다.

 

트래픽 성형 

혼잡의 발생은 트래픽이 특정 시간에 집중되는 버스트 현상이 원인이다. 패킷 발생 정도를 네트워크에서 예측 가능한 정도로 조절하는 기능이 필요하다.

리키 버킷 알고리즘

혼잡 제거

특정 지역의 혼잡이 다른 지역으로 확대되지 않도록 자원 예약 방식을 사용한다. 호스트와 서브넷이 미리 네트워크 자원의 사용 정도를 협상하는 방식.

 

초크 패킷

거리 벡터 프로토콜

다른 사항보다 최소한의 거리만을 우선해서 전송한다.

거리 벡터 D(x) = [거리(1), 거리(2), .... 거리(N)]

거리 (N) : 최소 전송 시간 혹은 홉의 수

다음 홉 벡터 H(x) = [홉(1), 홉(2), ... 홉(N)]

홉(N) : 전송 경로에 있는 다음 홉 정보

N : 전체 개별 네트워크의 수

 

RIP

거리 벡터 프로토콜을 사용하는 내부 라우팅 프로토콜

UDP 프로토콜을 사용하며 다음과 같은 원리를 라우팅 테이블에 적용한다.

1. 거리 벡터 정보가 새로운 네트워크 주소면 적용한다.

2. 목적지까지의 지역이 더 적으면 기존 경로를 대체한다.

3. 거리 벡터 정보가 입력되면 등록 정보를 수정한다.

 

링크 상태 프로토콜

거리 벡터 프로토콜과 반대의 원리로 동작한다.

네트워크에 연결된 모든 라우터간에 라우팅 정보를 교환하고 개별 라우터에서 주변 라우터까지 패킷을 전송하는데 걸리는 거리 정보를 이용해 경로를 설정한다.

링크 상태 프로토콜을 사용하는 내부 라우팅 프로토콜로는 OSPF 가 있다.

 

정보 전달 시점의 차이 

거리 벡터 : 주기적으로 전달

링크 상태 : 주변 상황에 변화가 생길 경우 전달