3-1. LAN을 넘어서는 네트워크 계층

데이터 링크 계층의 한계

• 물리 계층 + 데이터 링크 계층 만으로 LAN을 넘어 통신하기는 어려움
  1. 물리계층과 데이터 링크 계층 만으로는 다른 네트워크까지의 도달 경로를 파악하기 어렵다.
     • 라우팅(routing) : 패킷이 이동할 최적의 경로를 찾아주는 기능
     • 라우터(router) : 라우팅을 수행하는 네트워크 계층의 대표적인 장비
  2. MAC 주소만으로는 모든 네트워크에 속한 호스트의 위치를 특정하기 어렵다.
     • MAC 주소는 택배의 수신인과 비슷한 역할
     • MAC 주소는 물리 주소이자, NIC마다 할당되는 고정 주소
     • 수신인에 앞서 수신지 정보가 필요함 → 그게 IP 주소
     • IP 주소는 논리 주소, 호스트에 직접 할당 가능

인터넷 프로토콜

네트워크 계층의 핵심적인 프로토콜

IP, Internet Protocol

• IP 주소 형태

  • 4byte로 주소 표현
  • 0~255 사이의 4개의 수를 점으로 구분하여 표현
  • 각 수를 octet(옥텟) 이라 함
  • ex> 192.168.1.1

• IP 기능

  1. IP 주소 지정
     • IP addressing
     • IP 주소를 바탕으로 송수신 대상을 지정하는 것
  2. IP 단편화
     • IP fragmentation
     • 전송하고자 하는 패킷의 크기가 최대 전송단위(MTU)보다 크면 MTU 이하의 크기의 패킷으로 나누는 것
     • MTU (Maximum Transmission Unit)
       • 한 번에 전송 가능한 IP 패킷의 최대 크기
       • IP 패킷의 헤더도 크기에 포함
       • 일반적으로 1500byte

• IPv4

  • IPv4 패킷은 프레임의 페이로드, 즉, 데이터 필드에 명시됨

  

  • 식별자, 플래그, 단편화 오프셋 필드 → IP 단편화 및 재조합 기능에 관여
  • 송신지 IP 주소, 수신지 IP 주소 → IP 주소 지정 기능에 관여
  1. 식별자
     • identifier
     • 패킷에 할당된 번호
     • 쪼개져서 도착한 IPv4 패킷들을 인식하기 위해 사용
  2. 플래그
     • flag
     • 3개의 비트로 구성됨
     • 1개는 항상 0으로 예약된 비트, 사용하지 않음
     • DF(don’t fragment) 비트 : 1이면 IP 단편화 수행 안 하고, 0이면 IP 단편화 가능
     • MF(More Fragment) 비트 : 단편화된 패킷이 더 있는지 확인, 0이면 이 패킷이 마지막, 1이면 아직 쪼개진 패킷이 더 있는 것
  3. 단편화 오프셋
     • fragment offset
     • 패킷이 단편화되기 전 초기 데이터에서 몇 번째로 떨어진 패킷인지 나타내는 것
     • 단편화된 패킷은 순서대로 도착하지 않을 수 있음
  4. TTL
     • Time To Live
     • 패킷의 수명을 의미
     • 패킷이 라우터를 이동할 때(hop)마다 TTL은 1씩 감소
       • 패킷이 한 번 전달되는 것을 hop(홉) 이라고 함
     • TTL이 0이 되면 패킷은 폐기됨
     • 무의미한 패킷이 네트워크 상에 지속적으로 남는것을 방지하기 위함
  5. 프로토콜
     • 상위 계층의 프로토콜이 무엇인지 나타내는 필드
     • ex> TCP는 6번, UDP는 17번
  6. 송신지 IP 주소, 수신지 IP 주소
     • Source IP address / Destination IP address

• IPv6

  • IPv4 가지고는 모든 장치의 IP주소를 할당하기 부족하다 → 그래서 IPv6 탄생
  • 16byte로 주소 표현 가능
  • : 으로 구분된 8개의 16진수로 표기
  • IPv6 패킷의 기본 헤더

  

  1. 다음 헤더

     • next header
     • 상위 계층의 프로토콜이나 확장 헤더를 가리킴
     • 추가적인 헤더 정보가 필요한 경우, 확장 헤더(extension header) 사용 가능
     • IPv6의 기본헤더는 40byte로 고정적
       • IPv4는 옵션, 패딩 필드 등처럼 선택적으로 존재하는 필드가 있어 헤더 길이가 가변적

     

     • 확장 헤더 종류(참고 사항, 암기 절대 X)
       • Hop by Hop Options(홉 간 옵션)
         • 송신지 → 수신지에 이르는 모든 경로의 네트워크 장비가 패킷을 검사하도록 함
       • Destination Options
         • 수신지에서만 패킷 검사
       • Routing
         • 라우팅 관련 정보 운반
       • Fragment(단편)
         • 단편화
       • ESP, AII (암호화 관련)
         • 암호화와 인증을 위한 것

  2. 홉 제한

  3. 송신지 IP 주소, 수신지 IP 주소

ARP

Address Resolution Protocol

상대의 IP 주소는 알지만, MAC 주소는 알지 못 할 경우, ARP 프로토콜 사용

• ARP 동작 과정
• 다른 네트워크에 속한 호스트에 패킷을 보낼 경우

3-2. IP 주소