NW & TR Lay

Network Layer

 

■ 네트워크 계층

 

식별자 [identifier]

 

라우팅 [routing]:

1. 패킷이 근원지에서 목적지까지 전달될 수 있도록 전체 경로를 결정.

포워딩 [forwarding]:

1. 라우터 상의 하나의 인터페이스에 패킷이 수신될 때, 라우터가 취하는 동작.
2. 전체 경로상에서 next hop을 결정하는 동작.
3. FIB (Forwarding Information Base) 테이블 사용.

 

 

□ 네트워크 계층: IPv4 address

	class prefixes	구성 (class 구분: 네트워크 id, 호스트 id)	설명
A	0	1bit: 7 / bit: 24bit	2^24-2개의 호스트 구성 가능. 대규모 호스트를 갖는 기관에 적합.
B	10	2bit: 14 / bit: 16bit	2^16-2개의 호스트 구성 가능.
C	110	3bit: 21bit / bit: 8bit	2^8-2=254개의 호스트 구성 가능. 소규모 네트워크에서 사용.
D	1110	4bit: 구분 없음	네트워크 주소와 호스트 주소에 구분이 없다. 멀티캐스트용으로 사용됨.
E	1111	4bit: 예약된 주소	예약주소.

 

 

 

□ 네트워크 계층: private IPv4 [32bit address length]

클래스	범위
A	10.0.0.0~	10.255.255.255
B	172.16.0.0~	172.31.255.255
C	192.168.0.0~	192.168.255.255

IETF는 RFC1918을 통해 사적인 주소공간으로 인터넷과 연동되지 않는 독립된 네트워크에 다음과 같은 주소를 권고한다.

※ Public routing 식별자로 사용될 수 없으며, 내부 네트워크에서만 사용되는 주소.

 

 

 

□ 네트워크 계층: IPv4 주소의 주소 고갈 해결책

서브네팅 [subnetting]

1. 클래스 A,B,C에 속한 host들을 여러개의 subnet으로 구성해 관리.
2. 넷 마스크를 이용하여 구분.

슈퍼네팅 [supernetting]

1. 주어진 넷마스크에서 네트워크 주소 영역을 호스트 주소 영역으로 포함시키는 것을 의미.
2. 여러개의 네트워크가 하나의 주소로 묶인다.
3. 라우팅 정보를 함축적으로 표현.
4. 여러개의 네트워크를 포함하는 하나의 네트워크를 표현

 

※ subnet: 통으로 된 network를 n개로 쪼개는 것.

  └ subnet이 많이 나타나면 비용이 증가한다. 최소 n개의 라우터가 필요하기 떄문에.

 

※ IP 주소(32bit) = 네트워크 주소(n) + host 주소(32-n)

 

 

 

□ 네트워크 계층: 서브넷팅

서브넷팅 & 서브넷 마스크 [subnet mask]

1. 네트워크 주소와 호스트 주소를 구별하는 구별자 역할.
2. 32bit의 IP 주소 중 첫번쨰 비트부터 몇번째 비트까지 네트워크 주소로 할 것인지 지정. (해당 비트들의 값을 모두 1로 설정하고 나머지 비트들은 모두 0으로 설정한다)
3. IP 주소에 서브넷 마스크 값을 AND 비트연산한 결과 값으로 네트워크 주소를 확인.

 

 

 

 

□ 네트워크 계층: 수퍼네팅

 

슈퍼네팅 [supernetting]

1. 주어진 넷마스크에서 네트워크 주소 영역을 호스트 주소 영역으로 포함시키는 것을 의미
2. 여러개의 네트워크가 하나의 네트워크 주소로 묶인다.
3. 라우팅 정보를 함축적으로 표현하는데 사용.
4. 여러개의 네트워크를 포함하는 네트워크를 표현하는데 사용.

 

 

□ 네트워크 계층: 특수 IP 주소

• this - host 주소

0.0.0.0/32

host가 ip 데이터 그램을 보낼 때, 자신의 주소를 모를 경우 사용한다.

ex) 소스주소 = 0.0.0.0, 목적지 주소 = 255.255.255.255로하여 DHCP discover 전송.

---

• 제한된 브로드 캐스트 주소

255.255.255.255/32

---

• 루프백 주소

127.0.0.0/8

이 주소를 가진 패킷은 호스트를 벗어나지 않고 호스트에 남게 됨.

주로 스프트웨어의 테스트 목적으로 사용됨.

---

• 사설주소

10.0.0./8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16, 169.254.0.0/16

 

 

 

□ Ex of using the all-zeros address

호스트가 IPv4 패킷을 전송해야 하지만 자체 주소를 모르는 경우.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protoccol) request:

1. Source MAC = PC, Dest. MAC = DHCP server
2. Source IP = 0.0.0.0, Dest.IP = 255.255.255.255

DHCP response:

1. Source MAC = DHCP server, Dest. MAC = PC
2. Souce IP = DHCP IP, Dest. IP = allocated IP address

 

※ 컴퓨터를 구매했는데 configuration이 하나도 안되어있을 경우 사용한다..

 

 

 

 

□ Ex of Limited Broadcast Address

All one Address:

1. 다른 모든 호스트에게 메시지를 전송하려는 호스트에서는 사용할 수 있음.
2. 하나의 호스트 라우팅 > 서브넷 라우터를 통과하지 않는다.

 

단점: 한명한명에게 다 얘기해야 하기 떄문에 시간이 걸린다. 정

확성, 신뢰성이 없다.

장점: 시간이 짧고 통신하는 횟수가 적다. 프로세싱이 준다.

 

 

 

□ ARP (Address Resolution Protocol)

- ARP

목적지 노드의 IP 주소를 알고 있을 때, 그 목적지 경로상의 next hop 노드의 IP에 대한 MAC 주소를 알고자할 경우에 사용하는 프로토콜.

 

- MAC

제품 생산시, 네트워크 카드마다 고유하게 부여됨. (physical address)

48 bit의 유니크한 주소:

상위 24bit > 하드웨어 제작사 고유 번호

하위 24bit > 제작 회사의 제품 serial 번호

 

 

 

- ARP Chace

• 모든 시스템은 자신의 네트워크 범위에 있는 호스트들의 IP 주소와 매칭되는 MAC 주소를 캐싱

Initial communication latency 감소가 목적 (편의상 관리의 간소화를 위해 subnet router의 IP to MAC 주소 바인딩 정보만을 캐싱)

• 윈도우 명령:

arp -a: ARP 테이블 확인

arp -s: 정적으로 arp 테이블 만들기

arp -d : 삭제

 

- 4 Cases Using ARP -

 

□ ICMP (Internet Control Message Protocol)

• 목적

인터넷상의 노드 간에 어레 사항이나 통신제어를 위한 메시지를 보고하게 할 목적으로 만들어진 프로토콜

 

• 주요기능

네트워크 상의 에러 보고 > 데이터 전송 오류 보고 (Status repont)

네트워크 혼잡 보고 > 라우터가 받는 속도만큼 빠르게 처리하지 못하면 천천히 보내도록 유도

트러블 슈팅: 두 노드간에 문제 파악

타임아웃 보고: TTL 값이 0이면 패킷 폐기

 

• 대표적인 응용 프로그램: ping, tracert/traceroute
• 공격 패킷의 형태로 자주 사용됨

 

■ 유니캐스트, 멀티캐스트, 브로드캐스트, 애니캐스트

 

• 유니캐스트 [Unicast]

1. 하나의 송신자가 다른 하나의 수신자에게 데이터를 전송한다.
2. 유니캐스트 주소는 단일 인터페이스(호스트)를 정의한다.

 

• 멀티캐스트 [Multicast]

1. 하나의 송신자가 같은 서브네트워크 상의 모든 수신자에게 데이터를 전송한다.
2. 브로드 캐스트 IP 주소는 호스트 필드의 비트 값이 모두 1인 주소를 의미한다.
3. 라우팅 프로토콜이나 ARP 등의 특수 목적을 위해 사용된다.

 

• 브로드캐스트 [Broadcast]

1. 하나 이상의 송신자들이 특정한 하나 이상의 수신자들에게 한번에 데이터를 전송하는 방식 > 중복 전송 방지를 위한 효율성 중대.
2. 헤더에 수신자들이 참여하고 있는 그룹 주소를 표시해 전송 > D 클래스 IP 주소. (224.0.0.0 ~ 239.255.255.255)
3. IPv6는 브로드캐스트를 멀티캐스트의 특수한 경우로 처리한다.

 

• 애니캐스트 [Anycast]

1. 멀티캐스트는 그룹의 모든 호스트들에게 패킷을 전달하는 반면에 애니캐스트는 단일 주소를 공유한 호스트들의 그룹에 포함된 호스트들 중에 가장 가까운 호스트에게 패킷을 라우터에서 선택해 전송.
2. 패킷을 수신한 호스트는 그룹에 속한 다른 호스트들에게 패킷을 중계.
3. IPv6 기본 전송 방식 중 하나. IPv4에서는 사용되지 않음.