라우팅 시스템, 네트워크의 구조

호스트 : 내 컴퓨터, 서버, 라우터 등 데이터를 주고 받을 수 있는 하드웨어 장치

노드 : 네트워크 속에서 연결되어있는 하드웨어

 

우리는 네트워크를 통해 내 컴퓨터에서 다른 컴퓨터 혹은, 내 컴퓨터에서 다른 서버와 통신을 한다.

이때, 우리는 무수히 많은 데이터들을 주고 받는다.

이 데이터들은 내 컴퓨터에서 나와 네트워크라는 공간을 거쳐서 다른 호스트에 전달된다.

이 네트워크라는 공간을 거칠 때 라우팅이라는 시스템이 동작한다.

 

1. 라우팅 시스템이란?

라우팅 시스템은 데이터를 최종 목적지까지 올바른 경로로 중개하는 교환 기능이다. 즉, 무수히 많은 노드들을 지날 때, 어떠한 노드들을 지나갈 지 결정하는 시스템이라 볼 수 있다.

 

2. 라우팅 시스템의 종류

무수히 많은 노드들을 지날 수 있게하는 여러가지 방법이 있다.

-회선 교환

-메시지 교환

-패킷 교환

-프레임 릴레이

물론 더 많은 방법들이 있을 수 있지만, 우리는 이 4가지의 방법만 살펴보겠다.

 

2-1. 회선 교환 

-네트워크 속의 노드들을 미리 정해놓아서 정해진 경로를 통해 데이터를 교환한다.

-점대점 통신(두 노드 간 전용 회선이 있어야 한다.)

-패킷단위x 데이터 자체의 단위, 정해진 경로이기 때문에 안정적이다.

-하나의 정해진 경로를 사용하기 때문에, 다중 통신같은 서비스가 제한된다.

-전용 회선을 꼭 둬야하기 때문에, 통신마다 자원이 많이 든다.

 

2-2. 메시지 교환

-메시지의 헤더에 목적지 주소를 표시한다.

-여러 메시지가 전달될 시 한 노드에 도착할 때까지 일시적으로 버퍼에 저장해둔 후 다 모이면 다시 전달

-메시지 단위 전달

-잘 사용되지는 않는 것 같다.

 

2-3. 패킷 교환

-가장 많이 쓰이는 라우팅 시스템이다.

-패킷으로 쪼개어 전달한다.

/** 예시

1. 응용 계층에서 데이터를 받는다.

2. 표현계층에서 압축이던, 암호화던 과정을 거치고 세션계층도 할 거 하고 지나간다.

3. 전송계층에서 TCP프로토콜을 통해 미완성 패킷(세크먼트)으로 나누고 전송이라는 과정 실행. (미완성 패킷 = 데이터 세그먼트=헤더가 포함되지 않은 패킷)-이때, 패킷(세그먼트)의 순서를 정해둔다.

4. 네트워크계층에서 목적지 IP, 송신자 IP를 헤더에 포함.(포함된 세그먼트는 패킷이라 불린다.)

5. 링크계층에서 목적지, 송신자IP를 추가된 패킷을 더 분할해 오류 검사 비트, 제어 정보를 더 추가하여 프레임이 완성

+로컬 네트워크에 ARP 요청(요청 IP의 MAC주소, 응답 해야할 IP 포함)을 브로드 캐스트, 응답 IP와 같은것의 MAC주소 포함 후 응답 반환 ARP를 통해 MAC주소를 얻음

+그 후 MAC 주소로 프레임 전달 명령

6. 물리계층에서 프레임을 전달한다.

**/

 

-위의 과정을 보면 알 수 있듯이 패킷은 호스트 간 IP 주소를 포함한 세그먼트는 패킷이다. 이 패킷을 교환하는 방식이 패킷 교환 방식이다.

-유연한 전송, 호스트의 무제한 수용 가능

이러한 패킷 교환 방식은 전송 경로를 설정할 때, 회선 교환 방식처럼 노드들을 연결해서 논리적으로 전용 회선을 만드는 것처럼 경로를 설정할 수 있다. 또는, 패킷을 네트워크에 뿌려, 각자 알아서 송신지를 찾아가게끔 할 수 있다.

아래는 이러한 전송 경로 설정 방식을 알아보겠다.

 

2-3-1. 가상 회선 방식

가상 회선 방식은 미리 설정된 논리적인 연결을 통해 패킷을 전송한다. 데이터가 분할된 모든 패킷이 한 경로로 이동하기 때문에, 수신자가 받을때 패킷의 순서는 보낼때와 동일하다.

-ATM 네트워크(음성, 비디오 등 정보의 양이 크거나 상대적으로 신뢰성이 중요한 환경에서 사용된다.)

 

3-3-2. 데이터 그램

-가상 회선 방식이 연결형 서비스라면, 데이터 그램은 비연결형 서비스이다.

-후에 배울 여러 방식을 통해 패킷에 담긴 수신 IP를 통해 알아서 독립된 패킷들이 찾아간다.

신뢰성이 떨어지고, 각 패킷이 다른 노드들을 통해 찾아가기 때문에, 수신자 쪽에서 패킷의 순서가 섞일 수 있어, 순서를 바로잡는 기능이 필요하다.

 

2-4. 프레임 릴레이

패킷 교환 방식에서는 홉(한 노드에서 다른 노드로 패킷 전달 후 긍정 응답을 받는 방식이 노드 간 전달마다 이뤄짐) 단위의 흐름 제어와 오류 제어를 수행하지 않는다. 즉, 속도가 빠르나, 간단한 패킷 전달 매커니즘을 사용한다. 간단한 패킷 전달을 제공하며, 신뢰성이 낮아 추가적 프로토콜 및 기술을 사용하여 신뢰성을 높일 수 있다.

 

3. LAN, MAN, WAN

LAN 가장 작은 네트워크이다.

LAN과 LAN이 연결모여 MAN.

LAN이 장거리로 라우터를 통해 이어져 있으면, WAN

우리가 네트워크를 사용할 수 있는 이유는 통신사가 WAN을 제공하고, 우린 그걸 LAN을 통해 받기 때문이다.

1. 사용자의 디바이스(예: 컴퓨터 또는 스마트폰)가 LAN에 연결되어 있습니다. 사용자가 웹 브라우저를 통해 Google에 검색을 요청하는 경우, 그 요청은 LAN을 통해 사용자의 라우터 또는 모뎀으로 전송됩니다.
2. 라우터 또는 모뎀은 ISP 또는 통신사의 네트워크에 연결되어 있습니다. 사용자의 요청은 ISP 또는 통신사의 네트워크로 전달되어, 이 네트워크를 통해 원격 서버로 전송됩니다.
3. ISP 또는 통신사의 네트워크는 WAN을 통해 요청을 구글 또는 다른 서버로 라우팅합니다. 이 때, WAN은 긴 거리 통신을 지원하며 여러 중간 장소를 통해 데이터를 전달할 수 있습니다.
4. 요청이 구글의 서버에 도달하면, 서버는 해당 요청을 처리하고 결과를 돌려줍니다.

LAN에는 버스형, 링형의 네트워크 형태가 있다.

1. 버스형 : 한 공유 버스에 각 호스트들이 연결되어있다. 

-모든 호스트가 받으나, 특정 IP를 가진 호스트만, 데이터를 버퍼에 받아 수신한다.

-하나의 공유 버스에 연결되어있기 때문에, 두개 이상의 데이터가 전송되면, 충돌이 발생

-충돌 후 하나 먼저 보내고, 다른 것은 재전송 하는 방식으로 데이터가 전달된다.

2. 링형 : 링처럼 한쪽 방향으로만 전송되는 데이터.

-토큰이라는 제어 프레임을 얻어 호스트는 데이터를 전송할 수 있다.

-즉, 토큰이라는 것은 하나만 존재해 충돌이 발생할 수 없다.

-토큰은 데이터 전송 완료 후 계속 링을 돌며 데이터 전송을 전담한다.