12 Network Layer (네트워크 계층)

 

세계 곳곳에는 다양한 네트워크가 존재하며

이들은 상호 연결돼 거대한 규모의 인터넷을 형성하고 있습니다.

 

이번 포스팅에서는 OSI 모델의 3번 째 계층인

네트워크 계층에 대해서 알아보는 시간을 가져보겠습니다.

 

 

 

 

 

 

 

1) 네트워크 계층에서 하는 일

지난 포스팅에서 데이터 링크 계층에서는 이더넷 규칙을 기반으로 데이터를 전송한다고 했습니다. 이 규칙에 따라 A 컴퓨터는 같은 네트워크에 있는 B 컴퓨터에게 스위치를 통해 데이터를 전송할 수 있었습니다. 

그런데 문제는 우리가 살고 있는 지구는 너무나 넓고 많은 사람들이 네트워크를 사용하고 있습니다. 인류는 그렇게 생겨난 많은 네트워크들을 연결하고 싶은 욕망(or 필요성)이 생겼습니다. 이렇게 촘촘히 많은 네트워크들을 연결시킨 통합체가 바로 인터넷입니다. 다른 네트워크간의 연결을 하려면 규칙이 있어야 하겠죠. 이렇게 표준화된 규칙을 정하여 다른 네트워크로 데이터를 보낼 수 있게 하는 계층이 바로 네트워크 계층입니다. 

 

2) 라우터 (Router)

네트워크 계층을 통해 다른 네트워크와 연결하려면 물리적인 장비, 라우터가 필요합니다. 라우터는 다른 네트워크 간에 데이터를 교류할 수 있도록 만든 장치입니다.

라우터는 일단 설치하면 국내든 해외든 먼 곳 까지 데이터를 보낼 수 있으며 해당 목적지까지 어떤 경로로 가는 것이 좋은지 알려주기도 합니다.

 

예를 들어 A 네트워크에 있는 컴퓨터에서 D 네트워크의 한 컴퓨터로 데이터를 보낼 때, A 네트워크에서는 도착지의 주소를 알 수가 없습니다. 그래서 우선 라우터의 IP 주소를 통해 데이터를 보냅니다. 이 주소를 기본 게이트웨이 (default gateway)라고 합니다. 라우터는 받은 데이터를 라우팅 테이블에 저장된 주소지를 통해 전송하게 됩니다.

 

 

 

3) IP 주소 (IP Address) 

이렇게 보니 다른 네트워크를 연결할 때 필요한 정확한 주소가 필요해졌습니다. LAN에서 활약하던 MAC주소와는 다르게 네트워크를 식별할 수 있는 주소가 바로 IP 주소입니다. IP 주소는 어떤 네트워크의 어떤 컴퓨터인지 구분할 수 있게 하는 주소입니다. 

 

IP 주소는 인터넷 서비스 제공자(ISP)를 통해서 받을 수 있으며 현재 사용되는 주 버전은 IPv4와 IPv6가 있습니다. 

 

IPv4 (Internet Protocol version 4)

• 주로 사용되는 IP 주소 체계로, 32비트로 표현됩니다. 
• 32비트 주소 체계로는 약 43억 개의 고유한 주소를 표현할 수 있습니다.
• 예: 192.168.0.1

IPv6 (Internet Protocol version 6)

• IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위해 도입된 새로운 IP 주소 체계입니다.
• 128비트로 표현되며, 주소 공간이 상당히 크기 때문에 무한히 많은 고유 주소를 제공합니다.
• 예: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

그리고 IPv4 버전을 사용할 때 사용되는 IP 주소를 효율적으로 사용하기 위해서 한 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에는 공인 IP 주소를 할당하고, 회사나 가정의 랜에 있는 컴퓨터는 사설 IP 주소를 할당하는 정책을 실행해 왔습니다. 

이미지와 같이 라우터에는 공인 IP 주소를 할당하고 한 네트워크에 속해 있는 컴퓨터들은 사설 IP 주소가 할당된 것을 알 수 있습니다. 라우터가 자동으로 사설 IP 주소를 컴퓨터에 할당하는 기술을 DHCP라고 합니다. 

 

 

4) 라우팅 (Routing) 

라우팅은 네트워크에서 데이터를 효율적이고 안정적인 전달을 보장하기 위해 경로를 결정하는 과정입니다. 네트워크에서는 여러 경로와 장치들이 존재하므로 라우터는 데이터 패킷의 목적지 주소(=주로 IP 주소)를 확인한 후에라우팅 테이블을 참조하여 알고리즘을 사용해 최적의 경로를 선택합니다.

라우터는 다양한 라우팅 프로토콜을 사용하여 다른 라우터들과 통신하며 네트워크 정보를 교환합니다. 몇 가지 주요한 라우팅 프로토콜으로는 RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), BGP (Border Gateway Protocol) 등이 있습니다.

 

5) IP 프로토콜 (Internet Protocol)

네트워크 계층 안에 있는 IP 프로토콜은 데이터를 전달할 때 목적지까지 보내기 위한 규칙이 담긴 헤더입니다. TCP/IP의 IP를 의미합니다. 

이렇게 IP 프로토콜을 만들어 데이터에 IP 헤더를 추가하여 만들어진 상태를 IP 패킷이라고 합니다. 

 

 

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Network Layer: The network layer is a level in the OSI model that provides protocols and services for transmitting and receiving data.

 

Router: A router is a device that transfers data between different networks.

IP Address: An IP address is used to identify devices on a network, with IPv4 representing a 32-bit address and IPv6 providing a larger 128-bit address space.

IPv4: IPv4 is a 32-bit addressing scheme used in the Internet Protocol to identify devices on a network.

IPv6: IPv6 is a 128-bit addressing scheme designed to offer a larger address space than IPv4.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): DHCP is a protocol that automatically assigns IP addresses to network devices.

IP 패킷(IP Packet): An IP packet is the fundamental unit for transmitting data over the Internet Protocol.