네트워크(6) - IP 패킷 전달과 포워딩

• 연결형  서비스
  • 패킷을 보내기 전, 발신지의 네트워크층 프로토콜은 목적지의 프로토콜과 연결을 설정한다. (네트워크층의 경로설정)
  • 연결 설정 이후, 패킷들을 순서대로 하나씩 전송한다.
  • 모든 패킷을 전송하고 나면 연결이 해제된다.
• 비연결형 서비스
  • 각 패킷이 독립적으로 처리되며 패킷 사이에 아무런 연관이 없다. 물론 목적지가 같더라도 다른 경로도 전달될 수도 있다.

 

패킷 포워딩

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패킷 포워딩이란 패킷을 전달하는 방법을 의미한다. 포워딩 자체는 뒤에서 살펴보도록 하자.

네트워크층은 패킷이 목적지까지 갈 수 있도록 경로를 지정하여 관리한다. IP패킷을 목적지까지 보내기 위해 경로를 지정하는 방법이 필요한데, 다음 두 종류가 있다.

• 직접 전달 : 목적지가 전달자와 같은 네트워크에 위치한 호스트에게 전달하는 것을 의미한다.
  • 목적지 주소에서 netid를 추출한 후 전달자의 네트워크 주소와 같으면 직접 전달을 수행한다.
  • 목적지 IP 주소를 이용하여 목적지 물리주소를 찾아 데이터링크층으로 보내 패킷을 전달한다.
• 간접 전달 : 목적지가 같지 않은 네트워크에 있는 호스트에게 전달하는 것을 의미한다. 
  • 최종목적지가 있는 네트워크에 연결된 라우터에 도달할 때까지 여러 라우터를 경유해서 전달한다.
  • 목적지 IP주소와 라우팅 테이블을 이용하여 패킷을 전달한 다음 라우터의 IP주소를 찾는다.

 

포워딩

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패킷을 목적지로 가는 경로 상에 올려놓는 것을 의미한다. 즉 패킷을 다음 홉(목적지 또는 라우터)으로 전달하는 것을 의미한다.

포워딩 기법에서는 두 가지가 있는데 목적지 주소 기반 포워딩과 레이블 기반 포워딩이다.

 

• 목적지 주소 기반 포워딩 : 오늘 날에도 주도적으로 사용되는 방법이다. 호스트나 라우터가 라우팅 테이블을 갖고, 이를 이용하여 패킷이 목적지까지 가는 경로를 찾는다. 다만, 라우팅 테이블이 너무 커지면 검색에 비효율적이다. 따라서 다음과 같은 최소화 방법들이 있다.
  • 다음-홉 방법 next-hop : 라우팅 테이블 최소화 방법으로써, 라우팅 테이블에 전체 경로 대신, 다음 홉의 주소만 저장하는 것이다.
  • 네트워크-지정 : 같은 네트워크에 있는 호스트 하나 당 주소 엔트리 대신에, 네트워크 주소 당 하나의 엔트리를 지정하는 방식이다.
  • 호스트 지정 : 목적지 전체 IP주소가 라우팅 테이블 내에 있다. 네트워크 지정의 반대로써, 관리자가 경로를 점검하거나 보안성을 제공하는 것처럼 직접 네트워크를 제어하고자 할 때 사용한다.
  • 디폴트 : N1 네트워크에 연결된 호스트를 제외한 나머지 호스트들을 네트워크 주소가 0,0,0,0인 디폴트 엔트리에 지정하는 것이다. 즉 A, B, C의 호스트 중에서 A만 네트워크1에 연결되어 있다면 나머지 호스트들은 디폴트 엔트리로 묶는 것이다.
• 클래스 기반 주소지정 포워딩 
  • 서브넷팅이 없는 경우 : 각 라우팅 테이블에 적어도 다음과 같은 세 개의 열이 필요하다.
    • 목적지 네트워크 주소, 다음 홉 주소, 인터페이스 번호(패킷이 나가는 출력 포트)
  • 서브넷팅이 있는 경우 : 패킷에서 목적지 주소 추출 => 테이블 내 호스트 주소와 같으면 다음 홉과 인터페이스 번호 추출 => 같지 않으면? 목적지 주소와 마스크를 사용해 서브넷 주소 추출 => 서브넷 주소로 다음 홉과 인터페이스 번호 추출
• 클래스 없는 주소 지정 포워딩 : 라우팅 테이블에서 적어도 4개의 열이 필요하다. 마스크, 네트워크 주소, 다음 홉, 인터페이스. 이 테이블에서는 네트워크 주소에 기반하여 탐색되어야 한다. 
  
  • 주소집단화 address aggregation : 테이블 크기 증가에 따른 탐색시간을 완화하기 위한 방법이다. netid가 동일한 주소끼리 묶어서 테이블 크기를 감소시킨다. 마스크가 /26로 이뤄진 4개의 테이블 항목을 하나로 묶는 것이라 보면 된다.
  • 가장 긴 마스크 부합 : 마스크 길이 prefix가 긴 것부터 부합을 적용한다. 예를 들어, 1기관이 떨어져 있는 경우 나머지 3개의 주소에 집단화를 적용할 수 있다.
  • 계층적 라우팅 Hierarchical Routing : 인터넷을 지역, 로컬로 나누는 것과 같은 계층 구조이다. 라우팅 테이블의 크기가 커지는 문제를 해결하기 위해 도입했다.
  • 지리적 라우팅 geographical routing : 국가 간 라우팅을 위한 테이블에 한 개의 엔트리를 사용하는 것.
• 레이블 기반 포워딩 : 라우팅을 스위칭으로 대치하여 IP를 연결형 프로토콜처럼 동작하게 한다.

 

라우터 구조

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입력포트, 출력포트, 라우팅 처리기, 교환조직 등으로 이뤄져 있다.

 

• 입력 포트 : 라우터에서 물리층 및 데이터 링크 층의 기능을 수행한다. 프레임이 패킷으로 역캡슐화된다. 오류의 탐지 및 수정을 기능으로 한다.
• 출력 포트 : 입력 포트와 순서가 반대다. 출력되는 패킷을 큐에 저장하고, 프레임으로 캡슐화하고, 프레임으로 회선으로 보낼 신호로 변환한다.
• 라우팅 처리기 : 목적지 주소를 사용해서 다음 홉의 주소를 찾고 출력포트 번호를 결정한다.
• 교환 조직 : 가장 복잡한 기능을 담당하는데 패킷을 입력 큐에서 출력 큐로 이동시킨다.