CS study

8주차 Network Layer

4-1. Routing and Forwarding

Router가 가지고 있는 패킷을 전송하는 기능으로, 네트워크 레이어에서 동작하는 대표적인 기능이다. 

Routing

Source to Destination의 경로를 결정하는 것(라우팅 알고리즘을 통해 Forwarding table을 만드는 작업)

Forwarding

각각의 Router에서 Forwarding table을 보고 입력포트에서 출력포트로 패킷을 내보내는 것

목적지의 주소(IP Address)와 출력링크의 최소 두 가지의 정보가 들어있음.

Longest Prefix Matching

패킷 경로를 정하기 위해 라우터에서 패킷을 forwarding해줄때, 패킷의 목적지 주소와 라우팅 테이블 엔트리의 prefix를 비교해서 가장 많이 matching되는 출력포트로 나간다.

4-2. IP Addressing

subnets

What is subnet?

IP주소를 지역적으로 나누어 여러개의 서로 연결된 지역 네트워크로 사용하는 방법
클래스별로 네트워크 영역을 다르게 하는 방법
Subnet 부분을 네트워크 영역, 그 뒷부분을 호스트 영역라고 함
IP주소에서 남는 Host 주소를 유연하게 줄이거나 할 필요가 있기 때문에 CIDR을 사용한다.
Why using?
1. 크기가 큰 Network의 경우 한 Host에서 악성 코드가 감염될 경우 전체 Network에 피해를 줄 수 있으므로 네트워크를 지역적으로 분할
2. 한 네트워크에 수 많은 호스트가 있을 경우 통신 저하

CIDR

클래스 없는 도메인 간 라우팅 기법
서브넷 마스크를 직접 정의함으로써(slash 뒤에) 네트워크 영역과 호스트영역을 가변적으로 조절 가능
https://daengsik.tistory.com/8
각 클래스가 가지는 디폴트 서브넷 마스크에 얽매이지 않고 기존 IP 주소 할당 방식이었던 클래스를 대체하며 IP주소의 네트워크 영역, 호스트영역을 유연하게 나누어준다
기존은 클래스의 형태로 네트워크를 할당하여서 낭비되는 주소가 많았는데, IPv4 주소를 보다 효율적으로 사용

4-3. DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)

클라이언트/서버 모델이며, Host가 IP address를 할당받는 방법
DHCP지원 클라이언트는 네트워크 부팅과정에서 DHCP서버에 IP주소를 요청하고 이를 얻을 수 있다 -> 인터넷 사용이 가능해짐

임대 과정

1. DHCP Discover

DHCP server가 어디있는지 모르는 상태에서 동일 subnet상에 브로드캐스팅을 하여 DHCP 서버를 찾는다.
동일 서브넷안에 있는 모든 단말들은 이 메세지를 수신한다.

2. DHCP Offer

자신의 존재(자신의 IP주소)를 알림과 동시에, 사용할 수 있는 IP 주소 정보를 포함한 다양한 네트워크 정보를 client에게 전달한다.
DHCP client가 보낸 broadcast flag 값에 따라 브로드 캐스팅을 할 수도, 유니 캐스트를 할 수도 있다.

3. DHCP Request

DHCP 메세지를 통해 server의 존재를 확인하고 하나의 DHCP server를 선택한 뒤, 단말이 사용할 네트워크 정보를 요청한다. (DHCP Offer가 여러대에서 왔을 수 있음으로 선택할 DHCP 주소를 메세지에 지정)

4. DHCP Ack

DHCP 서버는 Request내에 기록된 IP주소가 자신의 주소인지 확인한 후 단말에게 사용할 네트워크 정보 전달
이 경우 또한, Broadcast일수도 unicast일수도 있음

주소 임대기간 연장 과정

1. DHCP Request

임대기간 연장을 요청하는 Request를 Unicast로 client ip주소를 포함하여 전송
“ip주소 x.x.x.x 임대기간을 연장하고 싶은데 허락해주세요!”

2. DHCP Ack

요청 수락 메세지를 모든 정보를 포함해서 Unicasting으로 보낸다.
“요청을 수락하겠습니다. x.x.x.x ip주소를 ~초 더 사용하도록 하세요”

한계

 DHCP 서버에 의존되기 때문에 서버가 다운 시, IP 할당이 제대로 이루어지지 않는다.

4-4. NAT(Network Addressing Translation)

NAT는 IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위해, 비공인 네트워크 주소를 사용하는 망에서 공인 IP와의 통신을 위해 주소를 변환하는 방법
IP 패킷의 TCP/UDP 포트 번호와 소스 및 목적지의 IP 주소 등을 재기록
공인 IP를 절약할 수 있고, 외부 침입자로부터 보호할 수 있다.
단점 :
1. 추가적인 시스템이기 때문에 복잡성을 증가시킨다.
2. 호환성 문제 : NAT는 IP헤더 필드만을 수정하고, 데이터 영역은 수정하지 않기 때문에 특정 애플리케이션에 호환성 문제를 야기 시킬 수 있다.
3. 네트워크 성능 지연 : 모든 데이터에 대하여 주소 변환을 하면 네트워크가 지연된다.

4-5. IP fragmentation

 패킷이 전송되는 링크마다 MTU(Max Transfer Unit)가 다르기 때문에 Ip의 데이터그램을 여러 조각으로 쪼개서 전송하고, 목적지에서 재결합(reassembly)한다.  

 IP 헤더를 통해 하나의 datagram이었는 지(identifier) 구분하고 offset을 통해 순서 확인

기출

Q. NAT (Networking Address Translation)에 대해 설명하라. NAT의 문제점은 무엇인가?

Q. DHCP 프로토콜에 대해 설명하라. DHCP 서버의 역할은 무엇인가? 호스트는 어떻게 DHCP 서버와 통신하게 되는가?

참고 링크