네트워크(4) - 네트워크층

교환 switching

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메시지를 발신지에서 목적지로 전달하는 과정에서 많은 결정이 이뤄진다. 메시지가 연결장치에 도착할 때 패킷을 송신할 출력포트를 결정하는 것도 그렇다. 

패킷이 라우터(교환기)의 한 포트에 도착하면 이 패킷은 다른 포트를 통해 다음 교환기로 전달된다. 이 과정을 교환(switching)이라고 하며 이 과정은 연결장치(라우터)에서  수행된다.

 

교환의 종류는 다음과 같은 두 가지다.

• 회선 교환
• 패킷 교환

 

회선 교환 circuit switching

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대부분 네트워크층에서 구현되지 않고 물리층에서 구현된다. 메시지를 전달하기 전에 발신지와 목적지 사이에 물리회선(링크)를 생성한 후 메시지를 전달한다. 발신지는 메시지를 전달하면 네트워크에 통보하고 네트워크는 다른 연결을 위해 연결을 해제한다. 여기서 중요한 사실은 전체 메세지가 패킷으로 분할되지 않고 발신지에서 목적지로 전달된다는 것이다.

 

 

 

패킷 교환 packet switching

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오늘날 인터넷의 네트워크층은 패킷교환망이다. 상위층으로부터 받은 메시지는 관리 가능한 크기(데이터그램 datagram)의 패킷 단위로 분할되고 네트워크를 통하여 전달된다. 그리고 목적지에서 재조립된다. 패킷 교환망은 패킷을 최종 목적지까지 어떻게 보낼 것인지 결정한다.

 

패킷 교환 네트워크층은 원래 비연결형 서비스으로 설계됐으나 최근에는 연결형 서비스로 전환되고 있다.

 

• 비연결형 서비스 connetionless service 

각 패킷은 상호독립적으로 처리된다. 즉, 같은 메세지에 속한 패킷 사이에는 아무 상관관계가 없으며, 해당 패킷의 뒤를 따르는 패킷은 다른 메세지의 패킷일 수도 있다. 각 패킷은 헤더에 속한 발신지 주소와 목적지 주소를 기반으로 전달된다. 목적지는 어디로 갈 것인지, 발신지는 어디서 왔는지를 알려준다. 아래는 라우팅 테이블(최적의 경로를 제공하는 테이블)을 거치는 패킷의 그림이다.

 

• 연결형 서비스 Connection-oriented service

한 메세지에 속한 모든 패킷들 사이엔 관계성이 있다. 데이터 송신 전에 데이터그램의 경로를 나타내는 가상회선이 생성되어야 한다. 연결이 생성되면 그 경로를 따라 데이터그램이 전달된다. 패킷은 가상회선 식별자인 흐름 레이블이 있어야 한다. 이는 발신지와 목적지 주소를 가졌다. 

연결설정 -> 데이터전송 -> 연결해제, 이 과정을 수행해야 연결형 서비스이다.

 

 

 

네트워크층의 서비스

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• 논리 주소 체계 : 상호 통신하는 두 컴퓨터는 논리주소라는 인터넷 공통의 식별자 시스템이 필요하다. 이를 네트워크층에서 제공한다.

 

• 발신지 컴퓨터에서 제공되는 서비스
  • 패킷화 : 상위층에서 온 데이터를 데이터그램으로 캡슐화한다.
  • 다음 홉의 논리주소 찾기 : 데이터그램은 발신지와 목적지 주소를 갖고 있으나 이 주소들로는 다음 홉의 논리 주소를 알지 못한다. 따라서 라우팅 테이블을 참조하여 다음 홉의 논리주소를 찾는다.
  • 다음 홉의 물리주소 MAC 찾기 : 네트워크층은 데이터그램을 데이터링크층에 전달한다. 데이터링크층에서는 논리주소를 받아서 물리주소로 변환한다.
  • 단편화 : 데이터그램은 바로 데이터링크층에 전달될 수는 없다. 이는 한 프레임에 전달할 수 있는 최대 데이터 크기(MTU)가 있기 때문이다.  따라서 MTU보다 크면 단편화한다.
• 각 라우터에서 제공되는 서비스 : 라우터의 네트워크층은 입출력 인터페이스에 관여한다. 논리주소와 물리주소를 찾고 단편화 과정을 거치는 것은 발신지에서와 같다.
• 목적지 컴퓨터에서 제공되는 서비스 : 단편화된 것들을 재조립하고 유효성을 검사한다. 이후에 상위층에 전달한다.

 

 

네트워크층 문제점들

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네트워크층에서는 다음과 같은 기능을 제공하지 않기에 문제점들이 야기된다.

• 오류 제어
• 흐름 제어
• 혼잡 제어