[Network] 4장. 네트워크 계층: 데이터 평면

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네트워크장은 

  • 데이터 평면 (data plain) 4장 - 라우터 입출력 링크 과정을 다룸
  • 제어 평면 (control plain) 5장 - 어떤 경로를 통해 통신을 구성할 것인가

2장으로 나누어서 기술된다. 

 

네트워크

포워딩과 라우팅: 송신 호스트에서 수신 호스트로 패킷을 전달하는 공통적인 기능

 

포워딩 (나노초 단위)

  • 패킷이 라우터 입력 링크에 도달했을 때 그 패킷을 적절한 출력 링크로 이동시키는 것
  • 데이터 평면에서 구현되는 가장 중요하고 기본적인 기능

라우팅 (포워딩 보다 더 긴 초 단위)

  • 송신자가 수신자에게 패킷을 전송할 때 어떤 라우팅 경로를 통해서 전송할 것인지 결정하는 것
  • 경로를 계산하는 알고리즘을 라우팅 알고리즘이라고 한다. 네트워크 제어 평면에서 구현된다

네트워크 계층이 제공할 수 있는 서비스

1. 보장된 전달

2. 지연 제한 이내의 보장된 전달

3. 순서화 패킷 전달

4. 최소 대역폭 보장

5. 보안 서비스 

 

하지만 실제로 인터넷은 "최선형 서비스 best effort service"를 제공한다

 

순서화 패킷을 제공하지 않고 전달을 보장하지 않는다. 지연 시간 내 전달을 보장하지 않고 최소 대역폭이 없다.

쓸모없어 보이지만 많은 애플리케이션 (넷플릭스, VOIP, 스카이프) 등이 인터넷 네트워크 서비스 모델을 사용한다

 

라우터

  • 입력 포트, 스위치 구조, 출력 포트, 라우팅 프로세서로 이루어짐
  • 입력포트에서 받은 데이터를 라우팅 프로세서가 가진 포워딩 테이블을 통해서 어떤 인터페이스로 출력할 것인지 결정하는 방식으로 데이터를 전달
  • 스위치 구조를 통해 알맞은 출력 포트로 보낸다
  • 목적지 주소를 찾아 (match) 스위치 구조를 통해 지정된 출력 포트로 보내는 것(action)을 match & action방식이라고 하고 일반적으로 다양한 네트워크 장치에서 사용된다

입출력 포트 사이 패킷 전달

  • 입출력 포트 사이 스위치 구조를 통해 패킷을 전달하는 방식은 패킷의 대기를 유발한다
  • 원형 교차료에서 차들이 들어오고 나갈 때 대기 발생 => 패킷도 큐잉을 경험
  • 앞에 대기 중인 패킷 때문에 뒤의 패킷도 대기하는 현상 => HOL (Head of the line)이라고 한다
  • 스위치 구조에서 출력 포트로 들어온 패킷을 처리하지 못하는 현상 => 출력 큐잉
  • 큐잉의 발생으로 인해 패킷 스케줄링의 필요성이 대두

큐의 패킷의 출력 전송 순서 결정

  • FCFS
    • 먼저 온 패킷 먼저 처리
  • 라운드로빈
    • 우선순위 부여
    • 우선순위 별로 클래스를 나누고 클래스 간에 동일한 시간을 부여해 그 시간 동안만 패킷 전송하도록 허용한다
    • 클래스 간에는 우선순위가 없다
    • WFQ 규칙은 클래스마다 중요도를 부여해 클래스 간 가중치 별로 다른 시간을 부여받는다

IP 주소 체계

IP 주소

  • 32비트 길이로 이루어진 십진수 - 192.12.234.9
  • 전 세계 모든 호스트와 라우터 인터페이스는 고유한 IP주소를 갖는다. 주소는 서브넷이 결정
  • 서브넷은 다수의 호스트들과 하나의 라우터 인터페이스로 연결된 네트워크로 구성됨
  • 서브넷 내부 호스트들은 일부의 동일한 IP주소를 할당받고 나머지 자리 숫자를 통해서 각각의 호스트를 구별한다

IP 주소 할당 방법

  • CIDR (Classless interdomain routing)
    • 서브넷 주소 체계 일반화하는데 기여
    • 호스트는 동적인 IP 주소 할당 방식 사용한다 (동적 호스트 구성 프로토콜, DHCP)
    • 네트워크 관리자는 해당 호스트가 네트워크 접속하고자 할 때마다 동일하거나 임시적인 IP주소를 할당받게 해줄 수 있다 => 빈번하게 서브넷 이동하고 IP 주소 할당하기 귀찮은 사람에게는 도움이 됨

소프트웨어 기반 네트워크 (SDN)

  • 지금까지 라우터 기능들은 패킷의 목적지 주소만을 기반으로 포워딩 결정함
  • 소프트웨어 정의 네트워킹
    • 네트워크 계층과 링크 계층을 통합해 라우터가 더 다양한 기능을 하도록 함
    • match & action 으로 구현된다.
    • 패킷의 헤더를 분석해 어떤 부분이 일치하는지 찾고 해당 헤더에 따라 다양한 기능 수행
    • 드롭핑, 수정, 로드 밸런싱, 방화벽에서 이 기능이 있다
    • 드롭핑: 패킷을 삭제
    • 수정: 패킷 값 다시 씀
    • 로드 밸런싱: 서버 분산
    • 방화벽: 특정한 호스트의 패킷만 수신
    • 소프트웨어 기반 네트워크는 라우터를 단순히 패킷을 포워딩하는것에서 벗어나 다양한 기능을 하는 미들웨어로써의 기능을 하게 되었다. 이런 기능은 제어 평면의 SDN 컨트롤러가 전반적으로 관리한다

 

 

 

 

 

출처

nangman14.tistory.com/10?category=814500

 

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