데이터통신
Mokwon University
네트워킹 및 인터네트워킹 장치
차례
LAN의 확장
리피터
브리지
인터네트워킹과 라우팅
라우터
라우팅 알고리즘
IP 기반의 인터네트워킹
네트워킹 장치
LAN의 거리 확장
중계기(repeater) 또는 재생기(regenerator)
LAN의 성능과 규모의 확장
브릿지(bridge)
WAN 규모의 인터네트워킹
라우터(router) 또는 게이트웨이(gateway)
중계기
Repeater 또는 Regenerator
물리계층에서 동작
중계기 …
약해진 신호를 잡음에 의해 회손 되기 전에 수신하 여 원래의 비트 형태로 재생하여 전달
네트워크의 물리적인 길이를 확장하는 효과
Repeater
재생된 신호 약화된 신호
충돌된 신호나 잡음 신호도 거르지 않고 전달!!
브릿지(bridge)
물리계층과 데이터링크 계층에서 동작
네트워크의 규모를 확장
작은 네트워크를 브릿지로 연결
규모가 큰 네트워크를 작은 단위의 세그먼트로 분할
각 세그먼트 단위로 별도의 트래픽 처리 능력
트래픽의 여과(filtering) 기능, 관리 및 보완 능력 개선
리피터 연결의 한계 극복!
브릿지(bridge)…
브릿지 기능
서로 다른 세그먼트 간의 프레임 전달: 트랙픽 여과
목적지 주소 검사 -> 해당 세그먼트로 복사 프레임 전송
브릿지(bridge)…
브릿지의 동작
브릿지에 연결된 각 세그먼트에 있는 단말의 목록 유지
단순형 브릿지: 수동 입력
학습형 브릿지: 지국의 주소표를 스스로 학습하여 작성
U V W
B
X Y Z사건 세그먼트 1 목록
세그먼트 1 세그먼트 2
세그먼트 2 목록 U가 V로 전송
- -
브릿지 부팅
U -
V가 U로 전송 U,V -
Z가 방송 U,V Z
Y가 V로 전송 U,V Z,Y
브릿지(bridge)…
브릿지 사이클
브릿지가 호스트에 대한 정보를 가지기 전에 (프레임 방송)
브릿지가 다른 브릿지의 존재를 알지 못하고
브릿지의 연결이 closed loop를 가질 때
Spanning tree algorithm
네트워크 토폴로지에서 closed loop를 갖는 것을 미연에 방지하는 알고리즘 (spanning tree를 동적으로 생성)
세그먼트 1
세그먼트 2
B1 B2
t0 t0 t1 t2
Broadcast Domain
Collision Domain (충돌 영역)
Repeater로 연결된 LAN segment, 물리적인 선의 확장
충돌된 신호나 잡음 신호도 거르지 않고 전달, MAC 동작
Repeater의 개수에 의해 확장 규모의 제한
LAN의 성능의 한계
Broadcast Domain (방송 영역)
Bridge는 방송 프레임(방송주소)을 전달(방송)한다.
Bridge로 연결된 네트워크는 방송 프레임을 전달하는 동안 다른 프레임을 전달할 수 없다.
단말의 수가 많아질 수록 방송 프레임의 전송이 많아진다.
‘Broadcast storm’
발생 즉, Bridge로 무한정 네트워크의 규모를 확장할 수 없다.
서로 다른 LAN을 연결하는 브릿지
브릿지는 데이터링크 계층에서 서로 다른 프로토콜 을 사용하는 LAN 간을 연결
TX/RX TX/RX
Bridge Forwarding
Logic
프레임 형식
Payload 크기
전송률
주소비트 순서
확인응답
충돌
우선 순위 LLC
PHY MAC
LLC
PHY MAC
LAN Switching
Bridge 관점에서 LAN Switch를 이해
B B B B
B B
U V W
세그먼트
각 포트당 별도의 세그먼트
LAN Switch
라우터(Router)
서로 연결된 여러 개의 네트워크 간에 패킷을 중계
네트워크 계층 주소를 이용하여 최적의 경로 결정
라우팅(Routing)
네트워크의 토폴로지와 상태를 고려하여 어느 네트 워크로 보낼 것을 결정(next hop을 결정)하는 과정
최소 경비 라우팅 (least-cost routing)
라우터는 가장 적은 메트릭을 갖는 경로를 선택
최적의 경로 네트워크를 지나갈 때 할당되
는 비용
- 단순 홉(hop)수: 네트워크 비용을 동일하게 취급
- 비용은 서비스 종류에 따라 다르게 고려
- Fastest - Cheapest - Most reliable
라우팅(Routing)…
Nonadaptive(fixed,static) routing
발신지-목적지 쌍 간에 예측되는 트래픽 량을 고려하여 하 나의 경로를 할당
네트워크의 변화에 대응이 어렵다.
소규모 네트워크나 실험 네트워크에서 사용
Adaptive(dynamic) routing
네트워크의 변화가 있을 때 즉시 라우팅 테이블을 갱신
Network or router failure, Congestion(폭주)
동적 Routing protocol (RIP, OSPF)를 사용
동작이 복잡하고 라우터 간에 주고 받는 정보의 양이 많다
Congestion-producing oscillation
Fluttering and looping
라우팅(Routing)…
TTL(Time To Live): 패킷 수명
패킷이 루프와 왕복에 의해 영원히 루프를 돌거나 목적지를 찾아가지 못하는 문제의 해결
패킷 생성 시에 패킷의 수명을 패킷의 TTL 필드에 기록
각 라우터를 지날 때 패킷의 수명을 하나씩 감소
수명이 0이 되면 패킷을 제거
라우팅 알고리즘
두 라우터 간의 최단 경로 계산
거리 벡터 라우팅(Distance-Vector Routing)
주기적으로 이웃 라우터 간의 정보 교환
자신의 정보를 인접 라우터 간에만 전달
RIP
링크 상태 라우팅(Link-State Routing)
지역 내의 모든 라우터 간의 자신의 이웃에 대한 상태 전송
각 라우터는 변화가 있는 경우에만 정보 교환
OSPF
거리 벡터 라우팅
각 라우터가 이웃 라우터 들과 주기적으로 전체 네 트워크에 대한 정보 공유
전체 네트워크에 대한 지식을 이웃 라우터와 공유
직접적인 링크를 가지고 있는 이웃 라우터로만 정보 전달
일정한 주기(30초)로 이웃에게 정보 전달
거리 벡터 라우팅…
라우팅 표(routing table)
패킷의 최종 목적지 최종 목적지 까지 도달 하기 위해 지나야 하는 홉수
특정 목적지로 전달 되 기 위해 거쳐야 하는 라우터
거리 벡터 라우팅…
Routing Table Distribution
각 라우터가 갖고 있는 routing table을 이웃 라우터로 전 달
거리 벡터 라우팅…
Routing table update
거리 벡터 라우팅…
최종 routing table
거리 벡터 라우팅…
갱신 알고리즘
Rule1. 통지된 목적지가 없으면 추가 2. 통지된 목적지가 있는 경우
a. Next hop이 같으면 통지된 값으로 대체 b. Next hop이 다르면
i 통지된 hop 수가 작으면 갱신 ii 통지된 hop 수가 같거나 크면 유지
링크 상태 라우팅
각 라우터는 자신의 이웃에 대한 지식을 네트워크상 의 모든 다른 라우터와 공유
이웃에 대한 정보만 교환
cf) 거리 벡터 라우팅이 전체 라우팅 표를 보내는 것과 달리 라우터 자신의 이웃에 대한 정보만을 전달
이웃에 대한 정보를 flooding 방식으로 네트워크 상의 모 든 라우터에게 전달
각 라우터는 정보의 변경이 있을 때 정보 교환
패킷을 한 소스 노드로 부터 다른 모든 이웃 노드로 사본을 전달
이 패킷을 받은 이웃 노드는 받은 노드를 제외한 다 른 모든 이웃에게 전달하는 방식
최종적으로 모든 라우터에게 패킷을 전달
링크 상태 라우팅…
비용의 설정
지연, 전송율, 보안 수준, 링크의 상태와 같은 다양한 인자로 결정
패킷이 해당 라우터를 떠날 때 비용 산정
링크 상태 라우팅…
링크 상태 패킷(LSP: link state packet)
이웃에 대한 정보수집과 링크 상태 광고
초기화 과정: 이웃 관계를 생성하고 이웃의 도달 가능성을 검사
Greeting packet을 전송하여 이웃에 대한 정보를 주기적 으로 획득
응답이 없는 경우 변화로 인식하고 LSP를 통하여 다른 모
링크 상태 라우팅…
링크 상태 데이터베이스 구축
Area 내의 각 라우터는 다른 모든 라우터로 부터 LSP를 수신하여 링크 상태 데이타베이스를 구축
즉, 같은 Area내의 라우터는 동일한 링크 상태 데이타베이 스를 갖는다.
라우팅 테이블의 계산
Dijkstra Algorithm 적용
최단 경로 트리를 구하여 routing table을 구함
링크 상태 라우팅…
IP기반의 인터네트워킹
IP(Internet Protocol)
비연결형 데이터그램(datagram) 프로토콜
패킷의 오류, 손실, 중복
Best-effort 서비스
IP 기반의 인터네트워킹
IP기반의 인터네트워킹…
TCP/IP Protocol Suite
IP기반의 인터네트워킹…
IP 데이터그램
IP기반의 인터네트워킹…
IP Addressing(주소 지정)
Internet에서의 개별 단말을 구분하는 고유한 주소
IP 주소의 Class
203.230.150.11
IP기반의 인터네트워킹…
IP주소의 계층
Netid: 네트워크의 주소
Hostid: 같은 네트워크에 속한 단말을 구별하는 주소
Class A,B,C 주소의 비효율성
netid와 hostid가 정해져 있어 조직의 작은 단위 혹은 더 큰 단위의 네트워크 구성에 제약
Classless Inter-Domain Routing(CIDR)
주소의 Class에 따른 netid와 hostid의 고정된 경계를 없애 고 masking을 사용하여 서브네트워크(subnetwork)를 구분
Mask
255.255.255.0.0
141.14.2.21 141.14.2.0
Class B 주소 255.255.0.0
IP기반의 인터네트워킹…
직접 전달(direct delivery)
패킷의 발신지와 목적지가 같은 네트워크 내에 위치
ARP:Address Resolution Protocol
목적지 IP주소를 masking 자신의 네트워크 주소와 비교
IP기반의 인터네트워킹…
Router에 대한 ARP 수행(Router IP 주소 MAC주소)
간접 전달(indirect delivery)
패킷의 발신지와 목적지가 같은 서로 다른 네트워크 내에 위치
Next-Hop Routing
Routing table의 크기를 효과적으로 유지
Network-specific Routing
Default Routing
네트워크 주소가 0.0.0.0
요약
네트워크간의 연결을 위한 네트워킹 장치로는 리피터, 브릿지, 라우터 등이 있다.
중계기는 물리계층에서 동작하는 장치로 신호를 재생하여 전달
브릿지는 물리계층과 데이터링크 계층에서 동작하는 장치로 세 그먼트 단위로 별도의 트래픽 처리 능력을 제공한다.
라우터는 서로 연결된 여러 개의 네트워크 간에 패킷을 중계하 며, 네트워크 계층 주소를 이용하여 최적의 경로 결정
라우팅은 네트워크의 토폴로지와 상태를 고려하여 어느 네트워 크로 보낼 것을 결정하는 과정으로 거리 벡터 라우팅과 링크 상태 라우팅 알고리즘이 사용된다.
거리 벡터 라우팅은 각 라우터가 이웃 라우터 들과 주기적으로 전체 네트워크에 대한 정보 공유한다.
링크 상태 라우팅은 각 라우터가 자신의 이웃에 대한 지식을 네트워크상의 모든 다른 라우터와 공유
IP 기반의 인터네트워킹은 목적지 IP주소에 대하여 masking 을 수행하고 해당 네트워크 단말이 아니면 적절한 라우터를 통 하여 간접 전달하고 같은 네트워크이면 직접 전달한다.