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[컴퓨터네트워크] Chapter 4.Network Layer: Data Plane (Part 1) - (1)
일자 : 24-2 11주차 2차시
1. 네트워크 계층: 개요
[1] 네트워크 계층 서비스 및 프로토콜
송신자에서 수신자 호스트까지의 전송 세그먼트
송신자: 세그먼트를 데이터그램으로캡슐화하고, 이를링크 계층에 전달수신자: 세그먼트를전송 계층 프로토콜에 전달
모든 인터넷 장치에서 네트워크 계층 프로토콜 사용: 호스트, 라우터
라우터:
IP 데이터그램 헤더 필드를 검사하여 통과하는 모든 데이터그램을 처리데이터그램을
입력 포트에서 출력 포트로 전송하여 끝에서 끝까지 경로를 따라 데이터그램을 전달
[2] 네트워크 계층의 두 가지 주요 기능
1) 네트워크 계층 기능:
포워딩(Forwarding): 라우터의 입력 링크에서 적절한 출력 링크로패킷을 이동시키는 과정라우팅(Routing): 출발지에서 목적지까지 패킷이 이동할경로를 결정하는 과정라우팅 알고리즘
2) 비유: 여행하기
포워딩: 하나의 교차로를
통과하는 과정라우팅: 여행
계획을 세우는 과정
[3] 네트워크 계층: 데이터 평면, 제어 평면
1) 데이터 평면 (Data Plane) -> forwarding
로컬, 라우터 별 기능
라우터 입력 포트로 도착한
데이터그램이 라우터 출력 포트로 어떻게 전달될지를 결정도착 패킷 헤더의 값
비유
예를 들어, 택배 시스템에서
택배 물품이 실제로 배송되는 과정에 해당한다. 물건은 창고에서 출발해서 여러 물류 센터를 거쳐 최종 목적지인 집으로 도착한다.이 과정에서 배송 경로와 절차는 이미 정해져 있고, 배송 중에는
물건이 목적지로 이동하는 것만 중요하다.
2) 제어 평면 (Control Plane) -> routing
네트워크
전반적인 논리출발지 호스트에서 목적지 호스트까지의 끝에서 끝까지 경로를 따라 데이터그램이 라우터들 간에 어떻게 라우팅될지를 결정
두 가지 제어 평면 접근 방식:
traditional routing agorithmns: 라우터에 구현
software-defined networking(SDN): (원격) 서버에 구현
비유
택배 물품이
어떻게 배송될지 결정하는 경로 설정이나배송 경로 최적화와 관련이 있다. 예를 들어, 택배 회사는 여러 물류 센터와 배송 경로를 관리하고,가장 효율적인 경로를 선택한다.또한, 배송 시스템의 변화나 업데이트를 담당하며, 어디로 배송할지, 어떤 경로를 사용할지 등 중요한 결정을 내린다.
[4] 라우터별 제어 평면 (Control Plane)
각 라우터에 있는
개별(Individual) 라우팅 알고리즘 구성 요소들이 제어 평면에서 상호작용(interact)한다.
[5] 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 제어 평면 (Control Plane)
원격 컨트롤러(remote controller)가 라우터에
포워딩 테이블을 계산하고 설치한다.
[6] 네트워크 서비스 모델
Q: 송신자에서 수신자로 데이터그램을 전송하는 "채널"의 서비스 모델은 무엇인가?
채널의 서비스 모델: 데이터가 송신자에서 수신자로 전달되는 방식과 관련된 네트워크의 품질(QoS, Quality of Service)을 정의하는 것
1) 개별 데이터그램을 위한 예시 서비스:
보장된 전달예: 파일 전송 프로토콜(FTP)은 데이터가 손실 없이 정확히 도착해야 한다.
40msec 이하의 지연 시간으로 보장된 전달
예: 실시간 스트리밍 서비스는 낮은 지연이 필수적이다.
2) 데이터그램 흐름을 위한 예시 서비스:
: 다수의 데이터그램이 연속적으로 전송되는 상황에서 전반적인 품질을 유지하는 데 집중한다.
순차적인 데이터그램 전달예: 비디오 스트리밍에서는 데이터의 순서가 맞아야 화면이 정상적으로 출력된다.
흐름에 대한
최소 대역폭 보장예: 화상회의 서비스는 안정적인 대역폭 확보가 중요하다.
패킷 간
간격 변화에 대한 제한예: 음성 통화에서는 패킷 간 지터가 클 경우 음성이 끊겨 들릴 수 있다.
3) 요약
항목 | 개별 데이터그램 서비스 | 데이터그램 흐름 서비스 |
|---|---|---|
단위 | 단일 데이터그램(패킷) | 여러 데이터그램의 연속적인 흐름 |
초점 | 신뢰성(전달 여부)과 낮은 지연 시간 | 일관성(순서, 대역폭, 간격 유지) |
적용 시나리오 | 신뢰가 중요한 작업 (파일 전송) | 실시간 스트리밍, VoIP |
데이터 흐름을 위한 예시 서비스: 다수의 데이터그램이 연속적으로 전송되는 상황에서전반적인 품질을 유지하는 데 집중한다.개별 데이터 그램을 예시 서비스: 각 데이터그램이 송신자에서 수신자에게안전하고 정확하게 도달하는지에 집중
[7] 네트워크 계층 서비스 모델
1) 인터넷 "best-effort" 서비스 모델
다음에 대한 보장이 없음:
목적지까지 데이터그램이 성공적으로 전달될지 여부: 네트워크는 데이터를 전송하려고 노력하지만, 데이터가 손실되지 않을 것이라는 보장을 하지 않는다.전달의 타이밍이나 순서: 패킷이 네트워크를 통해 전달되는 시간(지연)과 순서가 예측할 수 없다.끝에서 끝으로 흐르는 흐름에 사용 가능한 대역폭: 네트워크는 데이터 전송에 필요한 대역폭(전송 용량)을 보장하지 않는다.
[8] best-effort 서비스에 대한 반성(Reflection):
메커니즘의 단순성덕분에 인터넷은 널리 배포되고 채택될 수 있었다.충분한 대역폭 제공으로 실시간 애플리케이션(예: 대화형 음성, 비디오)의 성능이 "대부분의 시간" 동안 "충분히 좋은" 상태를 유지할 수 있다.애플리케이션 계층 분산 서비스(데이터센터, 콘텐츠 배급 네트워크)는 클라이언트의 네트워크와 가까운 위치에서 서비스를 제공하며, 여러 위치에서 서비스를 제공할 수 있다."탄력적인(elastic)" 서비스의 혼잡 제어가 도움이 된다.
-> 결론 : best-effort 서비스 모델의 성공에 대해 반박하기는 어렵다.
Summary
1. 네트워크 계층: 개요 요약
[1] 네트워크 계층 서비스 및 프로토콜
네트워크 계층의 역할:
송신자: 세그먼트를 데이터그램으로 캡슐화 → 링크 계층으로 전달.
수신자: 데이터그램을 전송 계층에 전달.
라우터의 역할:
IP 데이터그램 헤더 필드 검사.
입력 포트에서 출력 포트로 데이터그램 전달.
[2] 네트워크 계층의 두 가지 주요 기능
포워딩(Forwarding): 개별 라우터에서 패킷을 적절한 출력 링크로 이동.
비유: 교차로를 통과하는 과정.
라우팅(Routing): 출발지부터 목적지까지의 경로를 결정.
비유: 여행 계획 세우는 과정.
[3] 네트워크 계층: 데이터 평면, 제어 평면
데이터 평면 (Data Plane):
로컬 기능. 입력 포트 → 출력 포트로 데이터그램 전달.
비유: 택배가 여러 물류 센터를 거쳐 최종 목적지로 이동.
제어 평면 (Control Plane):
네트워크 전반의 경로를 설정.
비유: 택배 경로를 최적화하고 배송 시스템을 관리.
[4] 라우터별 제어 평면
개별 라우터가 라우팅 알고리즘으로 상호작용하여 제어 평면 구성.
[5] 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 제어 평면
원격 컨트롤러가 라우터에 포워딩 테이블 계산 및 설치.
2. 네트워크 서비스 모델 요약
[6] 네트워크 서비스 모델
채널 서비스 모델: 송신자 → 수신자 데이터그램 전달 방식 및 네트워크 품질(QoS) 정의.
개별 데이터그램 서비스:
보장된 전달 (예: 파일 전송)
40msec 이하 지연 보장 (예: 실시간 스트리밍)
데이터그램 흐름 서비스:
순차적 전달 (예: 비디오 스트리밍)
최소 대역폭 보장 (예: 화상회의)
간격 변화 제한 (예: 음성 통화)
[7] 네트워크 계층 서비스 모델 (Best-Effort)
인터넷의 Best-Effort 모델:
데이터그램 전달 보장 X.
전달 타이밍과 순서 보장 X.
사용 가능한 대역폭 보장 X.
장점: 단순하고 널리 사용됨.
[8] Best-Effort 서비스 모델의 성공
메커니즘 단순성 → 인터넷의 전 세계적 보급.
충분한 대역폭 제공 → 대부분 실시간 애플리케이션에 충분히 작동.
분산 서비스 (CDN, 데이터센터) → 클라이언트 가까운 위치에서 서비스 제공.
혼잡 제어 → 네트워크 자원 효율적 관리.
결론: Best-Effort 모델은 단순하지만 성공적.
