네트워크 계층
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1. 개요
네트워크 계층은 가변 길이 네트워크 패킷을 송신 호스트에서 수신 호스트로 하나 이상의 네트워크를 통해 전송하는 기능을 제공하며, 전송 계층의 서비스 요청에 응답하고 데이터 링크 계층에 서비스 요청을 발행한다. 주요 기능으로는 비연결형 통신, 호스트 주소 지정, 메시지 전달 등이 있으며, 패킷의 경로를 선택하고 중계하는 라우팅을 수행한다. TCP/IP 모델의 인터넷 계층은 OSI 네트워크 계층의 하위 집합이며, IPv4/IPv6, IPsec, RIP, OSPF 등의 프로토콜이 네트워크 계층에서 작동한다. 네트워크 계층과 관련된 하드웨어 장비로는 라우터, L3 스위치 등이 있다.
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- OSI 모형 - 물리 계층
물리 계층은 네트워크의 물리적 연결을 통해 비트 스트림을 전송하는 계층으로, 데이터 링크 계층의 요청을 전기 신호로 변환하여 전송 매체를 통해 데이터를 송수신하며, 전송 매체 이용, 데이터 송수신, 장비 간 연결 호환성 보장, 매체 공유, 통신 신뢰성 및 전송 효율 향상 등의 기능을 수행한다. - OSI 모형 - 데이터 링크 계층
데이터 링크 계층은 물리적 링크를 통해 연결된 호스트 간 데이터 프레임 전송을 담당하며, 주소 지정, 통신 경로 설정, 오류 제어, 흐름 제어 등의 서비스를 제공하여 데이터 전송의 신뢰성을 높이는 OSI 네트워크 아키텍처의 계층이다.
| 네트워크 계층 | |
|---|---|
| 네트워크 계층 정보 | |
| OSI 모델 계층 번호 | 3 |
| TCP/IP 모델 계층 이름 | 인터넷 계층 |
| 책임 | 패킷 포워딩 (라우팅) |
| 프로토콜 예시 | IP ICMP IPsec 라우팅 프로토콜 (예: RIP, OSPF) |
| 상세 설명 | |
| 기능 | 네트워크 간의 데이터 라우팅 논리적 주소 지정 (IP 주소) 패킷 포워딩 경로 결정 혼잡 제어 (일부 프로토콜) |
| 주요 프로토콜 | IP: 데이터 전송의 기본 프로토콜이며, IPv4와 IPv6가 있다. ICMP: 오류 보고 및 진단 메시지 전송에 사용된다. ARP: IP 주소를 물리적 주소(MAC 주소)로 변환한다. (데이터 링크 계층과 협력) 라우팅 프로토콜: 네트워크 경로를 설정하고 관리한다. |
| 장비 | 라우터: 네트워크 간의 데이터 패킷을 전달하는 핵심 장비 계층 3 스위치: 라우터 기능과 스위칭 기능을 결합한 장비 |
| 프로토콜 데이터 단위 (PDU) | 패킷 |
| 관련 개념 | 라우팅: 최적의 경로를 선택하여 데이터를 전송하는 과정 IP 주소: 네트워크 장치를 식별하고 위치를 지정하는 논리적 주소 서브넷 마스크: 네트워크를 분할하고 관리하는 데 사용되는 주소 게이트웨이: 다른 네트워크로 연결되는 출입구 역할을 하는 장치 |
| 추가 설명 | 네트워크 계층은 데이터 링크 계층(계층 2)과 전송 계층(계층 4) 사이에서 작동한다. 데이터 링크 계층에서 받은 데이터그램을 패킷으로 캡슐화하고, 전송 계층에 전달하기 위해 패킷을 데이터그램으로 변환한다. 품질 보장(QoS)을 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. |
2. 주요 기능
네트워크 계층은 가변 길이의 네트워크 패킷을 소스에서 목적지 호스트로 하나 이상의 네트워크를 통해 전송하는 기능을 제공한다. OSI 네트워크 아키텍처의 서비스 계층화 의미 내에서 네트워크 계층은 전송 계층의 서비스 요청에 응답하고 데이터 링크 계층에 서비스 요청을 발행한다.[2]
네트워크 계층은 서비스 품질과 오류 감지 및 수정 기능을 유지하면서 하나 이상의 네트워크를 통해 전송 원본에서 전송 대상으로 데이터를 전송하기 위한 기능적 절차적 수단을 제공한다.
네트워크 계층은 종단 간 (시작점에서 최종점까지) 패킷 전달에 대한 책임을 가지며, 다음과 같은 기능을 수행한다.
- '''비연결형 통신''': 인터넷 프로토콜과 같이 데이터 패킷 전송에 있어 연결 설정이 불필요한 통신 방식 지원.
- '''호스트 주소 지정''': 네트워크 내 각 호스트에 고유 주소를 할당하여 위치 식별.
- '''메시지 전달''': 라우터를 통해 네트워크 간 패킷 전달.
- '''IP 패킷 단편화''': IPv4 패킷의 단편화 및 재조립.
2. 1. 비연결형 통신
인터넷 프로토콜은 비연결형 통신으로, 데이터 패킷이 수신자의 승인 없이 송신자에서 수신자로 전송될 수 있다. 연결 지향 프로토콜은 OSI 모델의 다른 상위 계층에 존재한다.[2]2. 2. 호스트 주소 지정
네트워크의 모든 호스트는 자신이 어디에 있는지 결정하는 고유한 주소를 가져야 한다. 이 주소는 일반적으로 계층적 시스템에서 할당된다. 예를 들면 다음과 같다.- "프레드 머피" - 집에 있는 사람들에게
- "프레드 머피, 1 메인 스트리트" - 더블린 사람들에게
- "프레드 머피, 1 메인 스트리트, 더블린" - 아일랜드 사람들에게
- "프레드 머피, 1 메인 스트리트, 더블린, 아일랜드" - 전 세계 사람들에게
인터넷에서는 이러한 주소를 IP 주소라고 한다.
2. 3. 메시지 전달
네트워크 계층에서는 라우터라고 하는 특수 호스트를 사용하여 네트워크 간에 패킷을 전달한다. IPv4는 유연하고 Mobile IP를 비롯한 다양한 이동 지원 추가 기능 제안이 있어 문제가 없다.[2] IPv6는 애플리케이션을 매우 원활하게 작동시키는 솔루션을 가지고 있지만, IPv4만큼 성능이 나오지 않아 채택되지 않는 경우가 있다.[3]2. 4. IP 패킷 단편화
네트워크 계층은 목적지까지의 패킷 경로 상의 모든 중간 링크의 최소 MTU보다 큰 IPv4 패킷의 단편화 및 재조립을 담당한다. 라우터는 필요에 따라 패킷을 단편화하고, 호스트는 수신된 패킷을 재조립한다.[2]반면, IPv6 패킷은 전달 중에 단편화되지 않지만, 패킷 손실을 방지하기 위해 특정 경로에서 지원되는 MTU를 설정해야 한다. 이를 위해 엔드포인트 간에 경로 MTU 검색이 사용되므로 이는 네트워크 계층 대신 전송 계층의 일부가 된다.[3] 인터넷 프로토콜 버전 4 (IPv4)는 이동성 확장이 존재하며, Mobile IP를 비롯한 다양한 이동 지원 추가 기능 제안이 있어 유연하다. IPv6는 애플리케이션을 매우 원활하게 작동시키는 솔루션을 가지고 있지만, IPv4만큼 성능이 나오지 않아 채택되지 않는 경우가 있다.
3. TCP/IP 모델과의 관계
TCP/IP 모델은 인터넷에서 사용되는 프로토콜을 설명한다.[4] TCP/IP 모델은 링크 계층 위에 인터넷 계층을 가지고 있다.
많은 서적과 2차 자료에서 TCP/IP 인터넷 계층을 OSI 네트워크 계층과 동일하게 취급한다. 그러나 이러한 비교는 잘못된 것이다. 왜냐하면 이 계층들에 위치하는 프로토콜에서 허용되는 특징들(연결 지향인지, 연결 비지향인지)이 두 모델에서 다르게 나타나기 때문이다. TCP/IP 인터넷 계층은 실제로 네트워크 계층 기능의 하위 집합일 뿐이며, 네트워크 구조의 일종인 인터넷만을 기술한다.
일반적으로 이 모델들 간의 직간접적인 비교는 피해야 한다. TCP/IP의 계층화는 주요 설계 기준이 아니며, 국제 인터넷 표준화 기구(IETF)는 이를 "위해한 것"(harmful)으로 간주하기 때문이다.[5]
4. 프로토콜
다음은 네트워크 계층에서 작동하는 프로토콜의 예시이다.
5. 하드웨어 장비
- 라우터
- L3 스위치
6. 대한민국의 네트워크 기술 발전
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참조
[1]
웹사이트
Layer 3
http://searchunified[...]
techtarget.com
2017-05-11
[2]
논문
場合分けによるMobile IP経路制御最適化における登録方式について
https://cir.nii.ac.j[...]
[3]
논문
Layer2情報を用いたMobile IPv6のHand-offについて
http://www.ipsj.or.j[...]
[4]
RFC
RFC 1122
[5]
RFC
RFC 3439
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