OSI - 3 계층 (2)

안녕하세요

BTC_막내가최고야 팀입니다

OSI 3 계층! 네트워크 망에 대해 알아보도록하겠습니다

OSI 3 layer [ NetWork Layer ]
주요 프로토콜: IP ARP IGMP ICMP
데이터 단위 : packet

1.네트워크 계층 주요 역할

경로 제어
- 단말기 혹은 컴퓨터가 어떤 망에 접속되어 있을때 송신하고자 하는 정보가 망을 통해서
  어떻게 상대방 수신측까지 전달할건지? 를 제어
  - Client → Server 망을 통해서 어떻게 정보를 전달할것인지.
  - 발신 에서 착신까지의 패킷의 경로를 제어
- 하나 이상의 복수 통신망을 통한 중계를 하며 개방 시스템간 데이터 전송
투명성
- 상위의 Transport Layer [ 4 Layer ] 의 경로선택과 중계 망 계층 고유의 기능에 대하여 의식하지 않도록 투명하게 하는 역할
논리적 주소체계 부여
- 라우팅과 관련된 주소의 지정 등 주소체계 정립 [ IP 주소 ]
연결 지향성 및 비연결성 서비스 제공
- 망 계층은 상위 트랜스포트 계층에게 연결지향성 및 비연결성 서비스 모두를 제공
  - 연결지향 서비스는 연결의 설정, 사용, 해제를 위한 프리미티브를 가짐
프로토콜
- IP [ Internet Protocol ]
- IGMP
- ICMP
- ARP
장비
- Route
- L3 Switch

Internet Protocol

TCP/IP 기반의 인터넷 망을 통하여 데이터그램의 전달을 담당하는 프로토콜
인터넷에서 네트워크의 두 호스트 간 통신할때 호스트 주소 지정 [ IP ] 전송 계층의 정보를 패킷으로 분할
조립하며 패킷을 IP주소에따라 목적지에 전송하는 통신 규약

IP 기반으로 구축된 네트워크를 지칭 [ 현재 인터넷 ]

주요 기능
- IP 계층에서 IP 패킷의 라우팅 대상
- IP 주소 지정
주요 특징
- 신뢰성 및 흐름 제어 기능이 전혀 없음
  - 신뢰성 확보를 진행하고싶음 IP 계층 위 4 Layer 계층에 의존
- 비 연결성 데이터그램 방식
  - 어떤 사전 호출 연결 설정행위 없이 두 호스트 시스템간 트래픽 교환 가능
- 패킷의 완전한 전달을 보장하지 않음
  - 소실, 중복, 지연, 순서역전 등 보장하지않음
- IP 헤더 내 수신 및 발신주소를 포함
- IP 헤더 내 바이트는 최상위 바이트를 먼저 보냄
  - Big-endian
  - Little-endian
- 경우에따라 단편화가 필요
- 모든 상위 계층 프로토콜들은 IP 데이터그램에 실려서 전송
연결지향성 및 비 연결형
- 음성 회선을 위한 과거의 통신프로토콜이 망계층 [ 3 Layer ] 에서 연결 지향성인 것과는 다름
- 인터넷에서는 망계층 통신프로토콜이 비 연결성 서비스를 제공

Classful Network

Classful Addressing 방식
- 인터넷 상의 IP주소를 규격화된 크기별로 구분시키는 방식
  - IP 주소를 Class 별로 규격화 시켜 쉽게 식별하도록 함
Classless Addressing 방식
- Class 라는 규격화된 구분 없이 비트 단위별로 IP 주소 범위를 가변적으로 구분

Classful Addressing 방식

5개의 서로 다른 주소 구분을 갖음

2. Address Resolution Protocol

논리적인 IP 주소 [ 3Layer ] → 물리적인 MAC [ 2 Layer ] 를 바꾸어주는 역할을하는
주소 해석 프로토콜 목적지 IP 주소로 목적지 MAC 주소를 알아옴

요청
- 만일 이전에 전혀 통신한 경험이 없는 LAN의 라우터에 외부로부터 데이터 패킷이 전달되어 목적지 호스트를 찾을때
  - 라우터가 최초로 하는 일은 APR Request packet [ ARP 요청 패킷] 을 LAN의 전체 노드에 송출 [ 브로드 캐스트 ]
    - 이 상황의 ARP 요청 메세지에는
      - 송신자 자신의 MAC 주소, IP주소, 목적지 주소를 채우지만 [ 목적지 MAC 주소는 0으로 채워넣음 ]
응답
- ARP 요청 패킷에 포함된 IP 주소와 일치하는 host는 자신의 IP 주소 및 물리 주소를 채워놓은 ARP Reply packet [ ARP 응답 패킷] 을 해당 라우터에 송출 [ 유니 캐스트 ]
  - 물리 주소 및 IP 주소 상호간의 관려 정보를 얻음
ARP 동작 예 [ 같은 Segment에 존재하는 경우 ]

노드 A → 노드 B로 데이터 송신 하고자함.
노드 A는 노드 B의 MAC 주소를 알아내기 위해 ARP 요청 패킷을 브로드캐스트함.
1. 이때 노드 B의 IP 주소 정보 포함
ARP 요청이 브로드캐스트 되면 같은 세그먼트에 있는 다른 노드들은 패킷을 수신하여 패킷 내용 해석
요청 패킷 내 있는 찾고자하는 노드 B의 IP주소가 포함되어있음으로 B는 ARP 응답 패킷을 요청한 쪽에 전송 [ MAC 주소 포함, 유니캐스트 ]
응답 패킷에 포함되어있는 MAC주소 확인 후 데이터 전송

노드 A와 노드 B는 다른 네트워크 경계를 가지고 있음. [ 다른 세그먼트 ]
A는 B의 MAC 주소를 확인하기위해 ARP 요청을 브로드캐스트 진행
1. 이때 노드 B의 IP 주소 포함
ARP 요청이 브로드캐스트 되면 같은 세그먼트에 있는 다른 노드들은 패킷을 수신하여 패킷 내용 해석
1. 하지만 같은 세그먼트 내 노드 B의 IP가 없음
해당 세그먼트에 없으므로 이 패킷은 세그먼트의 게이트웨이 역할을 하는 라우터가 수신
1. 라우터가 ARP 응답 패킷을 노드 A에 반송
  1. 이때 이 응답 패킷에는 라우터의 하드웨어 주소 [ MAC ] 포함
A는 이 응답 패킷에 포함되어있는 라우터의 MAC 주소를 보고 이 MAC 주소로 데이터 송신
데이터를 수신한 라우터는 노드 B의 MAC 주소를 알아내기 위해 노드 B가 있는 세그먼트에 ARP 요청 패킷 전달
1. 송신지 IP인 A IP주소가 패킷 내용에 있음
ARP 요청이 브로드캐스트 되면 세그먼트에 있는 다른 노드들은 패킷을 수신하여 내용 해석
요청 패킷내 IP를 가진 B 노드가 ARP 응답 패킷을 라우터에 반송
라우터는 이 응답 패킷에 포함되어있는 노드 B의 하드웨어 주소를 보고 이 하드웨어 주소로 노드 A로 데이터 전송

APR Cache Table

ARP 캐쉬를 최신으로 유지
1. 각 노드는 ARP의 효율적 수행을 위해 ARP ARP 캐쉬를 최신으로 유지하는 일이 필수
2. 캐쉬의 각 항목은 새로이 생긴 후로 20분이 지나면 자동적으로 소멸
3. 자주 사용되는 ARP cache를 통해 즉각적으로 조회 가능
ARP 트래픽 경감
1. 만약 ARP Cache에 조회되는 자료가 없는 경우에만 요청 패킷 전달을 송출
2. 전체적인 LAN 트래픽 경감

ARP cache 명령어

참고사항

이번 차시에는 네트워크 계층의 주요 정보에 대해 알아보았는데요

다음 차시는 해당 계층의 프로토콜인 ICMP 프로토콜을 알아보도록 하겠습니다

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