네트워크 하향식 접근 3) Network layer
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4. 네트워크 계층
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네트워크의 근본적인 역할은 매우 단순.
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네트워크 레이어 장비인 라우터가 가지고 있는 기능
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송신 호스트 → 수신 호스트로 패킷을 전달
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이를 위한 네트워크 계층의 중요한 2가지 기능
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하지만, 사실 이 두 가지 단어는 혼용되기도 함.
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포워딩(데이터평면, HW)
- 패킷이 라우터의 입력 링크에 도달 → 출력링크로 이동시키는 것
- 차이점은, 매우 짧은 시간 단위를 갖기에, 대표적으로 하드웨어에서 실행
- 한 교차로를 지나는 과정
- ex)
- 호스트 1 → 호스트 2로 정보 교환 시작
- 호스트 1로부터 패킷이 R1에 도착
- 라우터 R1은 H2로 가는 경로상에 있는 다음 라우터로 전달되어야 함.
- ex)
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라우팅 (제어평면, SW)
- 송신자 → 수신자 패킷 전송시, 네트워크 계층은 패킷 경로를 설정해줘야함.
- 수많은 경로 중, 하나의 경로를 선택하고 계산하는 알고리즘을 라우팅 알고리즘이라 일컫음.
- 대개, 비용이 가장 적게 드는 (가장 빠른) 경로가 선택
- 차이점은, 네트워크 전반에 걸쳐 출발지 → 목적지까지 데이터그램 종단 간 경로를 결정
- 출발지 → 목적지까지의 경로 결정 (전반적인)
- 네트워크 라우터에서 필수 불가결한 요소 : 포워딩 테이블
- 포워딩 테이블
- 네트워크 라우팅에서 필수 불가결한 요소
- 라우터는 Network Topology(네트워크 요소 (링크, 노드..)들을 물리적으로 연결해놓은것)를 입력받아 라우팅 알고리즘을 통해 포워딩 테이블 만듦 (테이블 내 내용 결정)
1. 라우터는 패킷 헤더의 필드값 조사 → 패킷 전달
2. 전달되는 패킷을 라우터의 포워딩 테이블의 내부 색인으로 사용
3. 라우팅 알고리즘에 있어, **선택된 가장 빠른 경로를 저장해 둔 것**이 포워딩 테이블
- 이러한 테이블을 만드는 과정이 곧 출발지 → 목적지 경로 찾는 일
- 포워딩 테이블 내에는 목적지 주소(IP Address), 출력포트 || 출력링크 두가지가 저장.🔍 라우터 내부에는 무엇이 있을까?
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입력 포트 (Input Port)
- 라우터로 들어오는 입력 링크
- 들어오는 링크의 반대편에 있는 링크 계층과 상호 운용하기 위해 필요한 링크 계층 수행
- 포워딩 테이블 참조 → 스위치 구조를 통해 라우터 출력 포트 결정
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스위치 (Switch)
- 라우터의 입력 포트와 출력 포트 연결
- 가장 중앙에 위치
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출력 포트 (Output Port)
- 스위치 구조에서 수신한 패킷 저장
- 필요한 링크 계층 및 물리 계층 기능을 수행 → 출력 링크로 패킷 전송
- 일반적으로 동일한 입력 포트와 한 쌍을 이룸
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라우팅 프로세서 (Routing Processor)
- 제어 평면 기능 수행
- 원격 컨트롤러와 통신 -> 계산된 포워딩 테이블 엔트리 수신 -> 설치
🕹️ IPv4 데이터 그램 포맷
- 인터넷 네트워크 계층 패킷을 데이터그램이라고 함
- 각 IP주소는 길이 (약 40억개로 추정, 32비트)
- 4구간으로 나누어서 사용 (4Octet) ➡️ 사람이 보기 편하게(개발의 편의성) 하기 위해
- 주소의 각 바이트를 십진수로 표현, 주소의 다른 바이트와 점으로 구분하는 십진 표기법 사용
📕 IPv6
- IPv4의 32비트에서 128비트로 확장
- 개수
- 2옥텟 (16비트)단위로 8등분
- 각 자리는 네 자리의 16진수로 표현
- 각 자릿수들은 콜론으로 구분하여 표기
🖲️ 네트워크 클래스
- IPv4로는 턱없이 부족한 (40억)개의 주소
- 이미 구성된 인프라를 최대한 활용하기 위해 IPv4체계의 IP주소를 사용하는 네트워크의 규모에 따라 관리하기 쉽도록
- 위의 클래스로 네트워크를 구분하게 되면, IP주소의 낭비로 이어질 수 있음. ➡️ 서브넷과 연계하여 사용하는 것이 일반적
- A class
- 하나의 네트워크가 가질 수 있는 호스트 수가 가장 많은 클래스
- 맨 앞자리 수가 0
- B class
- 맨 앞자리 수가 10으로 시작
- C class
- 맨 앞자리 수가 110으로 시작
📌 서브넷
- 클래스 단위로 분류를 하게 되면 적절한 네트워크 크기로 구분 못함 ➡️ 서브넷으로 분할하여 사용
- 하나의 네트워크가 분할되어 나눠진 작은 네트워크
- 서브네팅 (Subnettin)
- 네트워크를 분할하는 것
- 너무 큰 브로드캐스트 도메인은 네트워크 환경에서 성능 저하 발생
- 네트워크를 쪼개서 보냄 → 성능 보장
- 즉, 만큼만 표현가능하다는 말
- 필요한 네트워크 주소만 호스트 IP로 할당
- 각 클래스로 나눠진 네트워크를 운영중인 서비스 규모에 맞게 분할 ➡️ 낭비되는 IP 주소 자원 최소화 목적
📌 웹서버 vs WAS
웹 서버 (Web Server)
- HTTP 프로토콜을 기반으로, client가 웹 브라우저에서 어떠한 요청을 하면, 그 요청을 받아 정적 콘텐츠 (HTML문서, css, 이미지, 파일 등) 를 제공하는 서버
- 웹서버가 정적이 아닌 동적 컨텐츠를 요청 時 ) WAS에게 해당 요청 toss → WAS에서 처리한 결과를 클라이언트에게 전달
- 필요한 이유 ?
- 클라이언트에 이미지 파일을 보낼 시,
- 클라이언트는 HTML 문서 받음
- 그에 필요한 이미지 파일을 다시 서버에 요청
- 이후, 이미지 파일을 받아옴.
- Web server를 통해 정적인 파일 → application server까지 가지 않고, 앞단에서 빠르게 송신 가능. → 서버의 부담을 줄일 수 있음.
- 클라이언트에 이미지 파일을 보낼 시,
- ex) Apache, NginX, node js
WAS (Web Application Server)
- DB조회, 다양한 로직 처리를 요구하는 동적인 콘텐츠를 제공하기 위해 만들어진 Application Server
- 프로그램 실행 환경, DB 접속 기능
- HTTP를 통해 컴퓨터, 장치에 애플리케이션을 수행해주는 미들웨어
- “웹컨테이너“ 혹은 “서블릿 컨테이너”라고 불림
- 즉, WAS = Web server + Web container
- 필요한 이유?
- web server만 존재한다면, 모든 요청에 대한 결과값을 미리 만들어 놓고 서비스를 해야 함.
- 이렇게 수행하기엔, 자원이 절대적으로 부족
- 따라서, WAS를 통해 요청에 맞는 데이터를 비즈니스 로직에 맞게 그때 그때 결과를 만들어 제공 → 자원을 효율적으로 사용 가능
- ex) Tomcat, JBoss, Jeus 등
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