컴퓨터 네트워크 6. 링크 계층과 LANs

1. 링크 계층 소개

용어:
 호스트와 라우터: 노드
 통신 경로상에 인접한 노드를 연결하는 통신 채널: 링크
   • 유선 링크
   • 무선 링크
   • LAN (지역 네트워크)
 레이어-2 패킷: Frame (데이터그램을 캡슐화함)
데이터링크 계층은 데이터그램을 한 노드에서 물리적으로 인접한 다른 노드로 링크를 통해 전송하는 책임을 갖습니다.

 

 서로 다른 링크 프로토콜을 통해 전송되는 데이터그램:
• 예: 첫 번째 링크에서는 이더넷, 중간 링크에서는 프레임 릴레이, 마지막 링크에서는 802.11
 각 링크 프로토콜은 서로 다른 서비스를 제공합니다.
• 예: 링크 상에서 rdt를 제공할 수도, 제공하지 않을 수도 있음

교통 수단 비유:
 프린스턴에서 로잔으로 여행
• 리무진: 프린스턴에서 JFK로
• 비행기: JFK에서 제네바로
• 기차: 제네바에서 로잔으로
 여행객 = 데이터그램
 여행 세그먼트 = 통신 링크
 이동 수단 = 링크 계층 프로토콜
 여행사 = 라우팅 알고리즘

 

링크 계층 서비스

1. 프레이밍, 링크 접근:
• 데이터그램을 헤더와 트레일러를 추가하여 프레임으로 캡슐화합니다.
• 공유 매체인 경우 채널 액세스
• 프레임 헤더에서 사용하는 "MAC" 주소는 송신지와 목적지를 식별하는데 사용된다.
• IP 주소와는 다릅니다!

2. 인접한 노드 간의 신뢰성 있는 전달
• 이미 배웠습니다 (3장)!
• 저비트 오류 링크에서는 거의 사용되지 않습니다 (광섬유, 일부 꼬임 쌍)
• 무선 링크: 고오류율
• Q: 왜 링크 수준과 끝 간 신뢰성이 모두 필요한가요?

3. 플로우 컨트롤:
• 인접한 송신 및 수신 노드 간의 송수신 간격 조절

4. 오류 검출:
• 신호 손실, 노이즈로 인한 오류
• 수신자가 오류를 감지함:
• 송신자에게 재전송 요청 또는 프레임을 삭제함

5. 오류 수정:
• 수신자가 비트 오류를 식별하고 재전송 없이 수정함

6. 반 이중 및 전 이중
• 반 이중에서는 링크 양쪽 끝의 노드가 송신할 수 있지만, 동시에 송신할 수는 없음

 

링크 계층은 어디에서 구현되나요?
 모든 호스트에서 구현됨
 링크 계층은 "어댑터" (또는 네트워크 인터페이스 카드 NIC) 또는 칩에 구현됨
• 이더넷 카드, 802.11 카드; 이더넷 칩셋
• 링크 및 물리 계층을 구현함
 호스트의 시스템 버스에 연결됨
 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어의 조합

 

2. 오류 검출 및 정정 기술

오류 감지

EDC = 오류 감지 및 수정 비트 (중복성)
D = 오류 검사로 보호된 데이터, 헤더 필드를 포함할 수 있음

• 오류 감지는 100% 신뢰할 수 없습니다!
• 프로토콜은 일부 오류를 놓칠 수 있지만, 이런 경우는 드뭅니다.
• 더 큰 EDC 필드는 더 나은 감지와 수정을 제공합니다.

 

 Parity 검사

 

인터넷 체크섬

목표: 전송된 패킷에서 "에러" (예: 비트 뒤집힘)을 감지합니다. (참고: 전송 계층에서만 사용됨)

송신자:
 세그먼트 내용을 16비트 정수의 시퀀스로 처리합니다.
 체크섬: 세그먼트 내용의 덧셈 (1의 보수 합)
 송신자는 체크섬 값을 UDP 체크섬 필드에 넣습니다.

수신자:
 수신된 세그먼트의 체크섬을 계산합니다.
 계산된 체크섬이 체크섬 필드 값과 일치하는지 확인합니다:
• NO - 에러가 감지됨
• YES - 에러가 감지되지 않았습니다. 그러나 여전히 에러가 있을 수 있나요?

순환 중복 검사

 더 강력한 오류 감지 부호
 데이터 비트 D를 이진수로 간주
 r+1 비트 패턴 (생성기) G를 선택
 목표: r개의 CRC 비트 R을 선택하여
• <D,R>이 G로 나누어 떨어지게 만듦 (모듈로 2)
• 수신자가 G를 알고 있고, <D,R>을 G로 나누어 남은 값이 0이 아닌 경우: 에러 감지!
• r+1 비트보다 작은 모든 버스트 에러를 감지할 수 있음
 실무에서 널리 사용됨 (이더넷, 802.11 WiFi, ATM)

3. 다중 접속 링크와 프로토콜

"링크"의 두 가지 유형:

 점대점 (point-to-point)
• 다이얼 업 액세스용 PPP
• 이더넷 스위치와 호스트 간의 점대점 링크

 브로드캐스트 (공유 전선 또는 매체)
• 구식 이더넷
• 상향 HFC (Hybrid Fiber-Coaxial)
• 802.11 무선 LAN

다중 접속 프로토콜
 단일 공유 브로드캐스트 채널
 여러 노드에 의한 동시 전송:
간섭 발생
• 노드가 동시에 두 개 이상의 신호를 수신하면 충돌이 발생

다중 접속 프로토콜
 노드가 채널을 공유하는 방법을 결정하는 분산 알고리즘, 즉 언제 노드가 전송할 수 있는지 결정
 채널 공유에 대한 통신은 채널 자체를 사용해야 합니다!
• 조정을 위한 별도의 채널이 없음

 

MAC 프로토콜: 분류
세 가지 큰 클래스:
 채널 분할
• 채널을 작은 "조각" (타임 슬롯, 주파수, 코드)으로 나눔
• 각 조각을 노드에 배정하여 독점적으로 사용함
 무작위 접속
• 채널을 나누지 않고 충돌을 허용함
• 충돌에서 "복구"
 "순서대로"
• 노드들이 순서대로 전송하지만, 더 많은 내용을 보내야 하는 노드가 더 오래 걸릴 수 있음

 

채널 분할 MAC 프로토콜: TDMA

TDMA: 시간 분할 다중 접속
 "라운드"에서 채널에 접속
 각 스테이션은 각 라운드마다 고정 길이의 슬롯을 받음 (길이 = 패킷 전송 시간)
 사용되지 않은 슬롯은 유휴 상태로 남음
 예시: 6개의 스테이션 LAN에서 1,3,4번이 전송할 데이터가 있고, 2,5,6번 슬롯이 유휴 상태인 경우

FDMA: 주파수 분할 다중 접속
 채널 스펙트럼을 주파수 대역으로 나눔
 각 스테이션에 고정 주파수 대역이 할당됨
 사용되지 않은 주파수 대역의 전송 시간은 유휴 상태로 남음
 예시: 6개의 스테이션 LAN에서 1,3,4번이 전송할 데이터가 있고, 주파수 대역 2,5,6이 유휴 상태인 경우

무작위 접속 프로토콜

 노드가 전송할 패킷이 있을 때
• 전체 채널 데이터 속도 R로 전송
• 노드 간 사전 조정 없음
 두 개 이상의 전송 노드 ➜ "충돌"

 무작위 접속 MAC 프로토콜은 다음을 명시:
• 충돌 감지 방법
• 충돌 복구 방법 (예: 지연된 재전송을 통해)

 무작위 접속 MAC 프로토콜의 예:
• 슬롯 ALOHA
• ALOHA
• CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA

 

1. 슬롯 ALOHA

가정:
 모든 프레임의 크기가 동일합니다.
 시간을 동일한 크기의 슬롯으로 나눕니다 (한 프레임을 전송하는 데 걸리는 시간).
 노드들은 슬롯이 시작될 때만 전송을 시작합니다.
 노드들은 동기화되어 있습니다.
 만약 슬롯에서 2개 이상의 노드가 전송한다면, 모든 노드가 충돌을 감지합니다.

작동:
 노드가 새로운 프레임을 획득하면, 다음 슬롯에서 전송합니다.
• 충돌이 없다면: 노드는 다음 슬롯에서 새로운 프레임을 보낼 수 있습니다.
• 충돌이 발생하면: 노드는 확률 p로 계속해서 재전송 슬롯에서 프레임을 재전송합니다. 충돌이 해결될 때까지 이 과정을 반복합니다.

장점:
 단일 활성 노드가 채널의 전체 속도로 계속 전송할 수 있습니다.
 매우 분산된 구조: 노드 내의 슬롯만 동기화되어 있으면 됩니다.
 간단합니다.

단점:
 충돌로 인한 슬롯 낭비
 유휴 슬롯
 노드가 패킷을 전송하는 데 필요한 시간보다 더 짧은 시간에 충돌을 감지할 수 있을 수 있음
 시계 동기화

 

효율성: 장기적으로 성공적인 슬롯의 비율 (많은 노드, 각각이 많은 프레임을 전송하는 경우)

가정: 많은 프레임을 전송할 것으로 예상되는 N개의 노드가 있고, 각각은 확률 p로 슬롯에서 전송합니다.
 특정 노드가 슬롯에서 성공할 확률 = p(1-p)^(N-1)
 어떤 노드라도 슬롯에서 성공할 확률 = Np(1-p)^(N-1)

 최대 효율성: Np*(1-p*)^(N-1)를 최대화하는 p*를 찾습니다.
 많은 노드의 경우, N이 무한대로 갈 때 Np*(1-p*)^(N-1)의 극한을 취하면:
최대 효율성 = 1/e = 0.37

최선의 경우: 채널이 유용한 전송에 사용되는 시간이 전체 시간의 37%에 불과합니다!

 

2. 순수 (슬롯 없는) ALOHA

- 슬롯 없는 Aloha: 간단하며 동기화 과정이 없음
- 프레임이 처음 도착했을 때
  - 즉시 전송
- 충돌 확률이 증가합니다:
  - t0에 전송된 프레임은 [t0 - 1, t0 + 1]에 전송된 다른 프레임들과 충돌할 수 있습니다.

 

순수 ALOHA의 효율성

특정 노드가 성공할 확률 = 노드가 전송할 확률 * [t0 - 1, t0] 시간 동안 다른 노드가 전송하지 않을 확률 * [t0 - 1, t0] 시간 동안 다른 노드가 전송하지 않을 확률

= p * (1-p)^(N-1) * (1-p)^(N-1)
= p * (1-p)^(2(N-1))
... 최적의 p를 선택한 다음 n을 무한히 크게 한다면
= 1/(2e) = 약 0.18

슬롯 있는 Aloha보다 더 나빠요!

 

3. CSMA

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
- 전송 전에 청취합니다:
- 만약 채널이 유휴 상태를 감지하면 전체 프레임을 전송합니다.
- 만약 채널이 사용 중인 것으로 감지되면 전송을 미룹니다.
- 인간의 유사 상황으로 비유하자면: 다른 사람들을 방해하지 않습니다!

 

CSMA 충돌

- 충돌은 여전히 발생할 수 있습니다: 전파 지연 때문에 두 노드가 서로의 전송을 듣지 못할 수 있습니다.
- 충돌: 전체 패킷 전송 시간이 낭비됩니다.
   • 거리 및 전파 지연이 충돌 확률을 결정하는 데 역할을 합니다.

 

4. CSMA/CD (충돌 감지)

CSMA/CD: CSMA와 마찬가지로 캐리어 감지 및 전송 연기
• 충돌은 짧은 시간 내에 감지됩니다.
• 충돌하는 전송은 중단되어 채널 낭비를 줄입니다.
 충돌 감지:
• 유선 LAN에서는 쉽습니다: 신호 강도를 측정하고 송신된 신호와 수신된 신호를 비교합니다.
• 무선 LAN에서는 어렵습니다: 수신된 신호 강도가 지역 전송 강도에 압도당합니다.
 인간적 유사 상황: 예의 바르게 대화하는 사람

 

Ethernet CSMA/CD 알고리즘

1. 네트워크 인터페이스 카드(NIC)는 네트워크 레이어에서 데이터그램을 받아 프레임을 생성합니다.
2. 만약 NIC가 채널이 유휴 상태를 감지하면 프레임 전송을 시작합니다. 만약 NIC가 채널이 사용 중인 것을 감지하면 채널이 유휴 상태가 될 때까지 기다린 후 전송합니다.
3. NIC가 다른 전송을 감지하지 않고 전체 프레임을 전송하면 NIC는 해당 프레임 처리를 완료합니다!
4. NIC가 전송 중에 다른 전송을 감지하면 전송을 중단하고 점멸 신호를 보냅니다.
5. 중단 후, NIC는 이진 (지수적) 백오프에 들어갑니다:
   - m번째 충돌 후, NIC는 {0,1,2, ..., 2m-1} 중에서 K를 무작위로 선택합니다. NIC는 K·512 비트 시간을 기다린 후 단계 2로 돌아갑니다.
   - 충돌이 더 많이 발생할수록 백오프 간격이 더 길어집니다.

 

CSMA/CD 효율성

"Taking turns" MAC 프로토콜

채널 분할 MAC 프로토콜:
- 고부하 상태에서 효율적이고 공정하게 채널을 공유합니다.
- 저부하 상태에서 비효율적입니다: 채널 접근 지연이 있고, 활성 노드가 1개일 때에도 1/N 대역폭이 할당됩니다!

무작위 접근 MAC 프로토콜:
- 저부하 상태에서 효율적입니다: 단일 노드가 채널을 완전히 활용할 수 있습니다.
- 고부하 상태에서는 충돌 오버헤드가 발생합니다.

" Taking turns" 프로토콜은 두 가지 세계의 최선을 찾습니다!

폴링 (Polling):
- 마스터 노드가 슬레이브 노드에게 차례대로 전송하도록 "초대"합니다.
- 일반적으로 "덤" 슬레이브 장치와 함께 사용됩니다.
- 고려해야 할 사항:
  - 폴링 오버헤드
  - 지연
  - 단일 장애 지점 (마스터)

 

토큰 패싱 (Token Passing):
- 제어 토큰이 순차적으로 한 노드에서 다음 노드로 전달됩니다.
- 토큰 메시지
- 고려해야 할 사항:
  - 토큰 오버헤드
  - 지연
  - 단일 장애 지점 (토큰)

 

Cable Access Network

- 다수의 40Mbps 다운스트림 (방송) 채널
- 단일 CMTS (케이블 모뎀 터미네이션 시스템)가 채널로 전송
- 다수의 30Mbps 업스트림 채널
- 다중 액세스: 모든 사용자가 일부 업스트림 채널 시간 슬롯을 경합하여 사용 (나머지는 할당됨)

DOCSIS: 케이블 서비스 인터페이스 규격
- 상향 및 하향 주파수 채널에서의 FDM (주파수 분할 다중화)
- 상향 TDM (시간 분할 다중화): 일부 슬롯이 할당되고, 일부는 경합 상태
    - 하향 MAP 프레임: 상향 슬롯을 할당함
    - 상향 슬롯 및 데이터의 요청이 랜덤 엑세스로 전송됨 (이진 백오프로 선택된 슬롯에서)

4. 스위치 근거리 네트워크

MAC 주소와 ARP

- 32비트 IP 주소:
  - 인터페이스의 네트워크 계층 주소
  - 레이어 3 (네트워크 계층) 포워딩에 사용됨
- MAC (또는 LAN 또는 물리적 또는 이더넷) 주소:
  - 기능: 물리적으로 연결된 두 인터페이스 간에 프레임을 이동시키기 위해 '로컬적으로' 사용됨 (IP 주소 체계에서는 같은 네트워크)
  - 대부분의 LAN에서 48비트 MAC 주소로 구성되며 NIC ROM에 기록되며 때로는 소프트웨어로 설정 가능함
  - 예: 1A-2F-BB-76-09-AD (16진수 표기법, 각 "숫자"는 4비트를 나타냄)

- MAC 주소 할당은 IEEE에서 관리합니다.
- 제조업체는 MAC 주소 공간의 일부를 구매하여 고유성을 보장합니다.
- 비유:
  - MAC 주소: 주민등록번호와 유사
  - IP 주소: 우편 주소와 유사
- MAC 평면 주소 ➜ 이동성
  - LAN 카드를 한 LAN에서 다른 LAN으로 이동할 수 있음
- IP 계층적 주소는 이동성이 없음
  - 노드가 연결된 IP 서브넷에 따라 주소가 결정됨

ARP: 주소 해결 프로토콜
- ARP 테이블: LAN에 있는 각 IP 노드 (호스트, 라우터)는 테이블을 갖습니다.
  - 일부 LAN 노드에 대한 IP/MAC 주소 매핑:
    - <IP 주소; MAC 주소; TTL>
  - TTL (Time To Live): 주소 매핑이 잊혀질 시간 (일반적으로 20분)

 

ARP 프로토콜: 같은 LAN

1. A가 B로 데이터그램을 전송하려고 합니다. 
   - A의 ARP 테이블에는 B의 MAC 주소가 없습니다.
2. A는 B의 IP 주소를 포함한 ARP 쿼리 패킷을 브로드캐스트합니다.
   - 목적지 MAC 주소 = FF-FF-FF-FF-FF-FF (브로드캐스트 주소)
   - LAN의 모든 노드가 ARP 쿼리를 수신합니다.
3. B는 ARP 패킷을 수신하고, A에게 자신의 (B의) MAC 주소로 응답합니다.
   - 프레임은 A의 MAC 주소로 보내집니다 (유니캐스트).
4. A는 IP-to-MAC 주소 쌍을 ARP 테이블에 캐시하며, 정보가 오래되면 (타임아웃될 때까지) 저장합니다.
   - 소프트 상태: 갱신되지 않으면 정보가 오래되어 사라집니다.
5. ARP는 "플러그 앤 플레이"입니다.
   - 노드는 네트워크 관리자의 개입 없이 자체 ARP 테이블을 생성합니다.

 

주소 지정: 다른 LAN으로 라우팅

A에서 B로 데이터그램을 보내기 위한 과정을 설명합니다. IP 및 MAC 레이어에서의 주소 지정에 중점을 둡니다. A는 B의 IP 주소를 알고 있습니다. 또한 첫 번째 홉 라우터인 R의 IP 주소를 알고 있습니다. A는 R의 MAC 주소도 알고 있습니다.

1. **IP 주소 및 MAC 주소 확인**:
   - A는 B의 IP 주소를 알고 있습니다.
   - A는 첫 번째 홉 라우터 R의 IP 주소를 알고 있습니다.
   - A는 R의 MAC 주소를 알고 있습니다.

2. **데이터그램 생성**:
   - A는 B로 보낼 데이터그램을 생성합니다. 목적지 IP 주소로 B의 IP 주소가 설정됩니다.

3. **IP 레이어 주소 설정**:
   - A는 데이터그램에 목적지 IP 주소를 설정합니다. 목적지 IP 주소로는 B의 IP 주소가 설정됩니다. 송신자 IP 주소로는 A의 IP 주소가 설정됩니다.

4. **MAC 레이어 주소 설정**:
   - A는 데이터그램을 R까지 전송하기 위해 이더넷 프레임을 생성합니다.
   - 목적지 MAC 주소로는 R의 MAC 주소가 설정됩니다.
   - 송신자 MAC 주소로는 A의 네트워크 카드의 MAC 주소가 설정됩니다.

5. **데이터그램을 라우터 R로 전송**:
   - A는 데이터그램을 라우터 R로 전송합니다.

6. **라우터 R에서의 처리**:
   - 라우터 R은 도착한 데이터그램을 받아서 다음 홉으로 전달할지 또는 B로 직접 전달할지 결정합니다.

7. **목적지 B로 전송**:
   - 라우터 R은 데이터그램을 B로 전송합니다.

 

이더넷
"주도적" 유선 LAN 기술:
- 단일 칩, 다양한 속도 (예: Broadcom BCM5761)
- 가장 먼저 널리 사용된 LAN 기술
- 간단하고 저렴함
- 속도 경쟁에 따라 10 Mbps에서 10 Gbps까지 발전해왔습니다.

이더넷: 물리적 토폴로지
- 버스: 90년대 중반까지 인기 있었습니다.
  - 모든 노드가 동일한 충돌 도메인에 속합니다 (서로 충돌할 수 있음).
- 스타: 현재 많이 사용됩니다.
  - 중앙에 활성 스위치가 있습니다.
  - 각 "스포크"(연결)는 별도의 이더넷 프로토콜을 실행합니다 (노드 간에 충돌하지 않음).

이더넷 프레임 구조

송신 어댑터는 IP 데이터그램(또는 다른 네트워크 레이어 프로토콜 패킷)을 이더넷 프레임에 캡슐화합니다.
1. 프리앰블:
- 패턴이 10101010인 7바이트로 시작하고 이어서 패턴이 10101011인 1바이트가 옵니다.
- 수신자와 송신자의 클럭 속도를 동기화하기 위해 사용됩니다.

2. 주소: 6바이트로 구성된 출발지와 목적지 MAC 주소
  - 어댑터가 목적지 주소가 일치하거나 브로드캐스트 주소(예: ARP 패킷)를 가진 프레임을 받으면, 프레임 안의 데이터를 네트워크 레이어 프로토콜로 전달합니다.
  - 그렇지 않으면, 어댑터는 프레임을 폐기합니다.
3. 타입: 상위 레이어 프로토콜을 나타냅니다 (대부분은 IP이지만 다른 프로토콜도 가능합니다. 예: Novell IPX, AppleTalk).
4. CRC: 수신자에서의 순환 중복 검사
  - 오류가 감지되면 프레임이 삭제됩니다.

 

이더넷: 신뢰성 없고 연결 지향이 아님

- 연결 지향성 없음: 송신 NIC와 수신 NIC 간에 핸드셰이킹이 없습니다.
- 신뢰성 없음: 수신 NIC는 송신 NIC에게 응답이나 오류 메시지를 보내지 않습니다. 따라서 초기 송신자가 상위 레이어의 신뢰성 있는 데이터 전송 프로토콜(예: TCP)을 사용하지 않으면 데이터 손실이 발생할 수 있습니다.
- 이더넷의 MAC 프로토콜: 슬롯 없는 CSMA/CD와 이진 백오프를 사용합니다.

 

Switches

이더넷 스위치

- 링크 레이어 장치: 능동적인 역할을 합니다.
  - 이더넷 프레임을 저장하고 전달합니다.
  - 들어오는 프레임의 MAC 주소를 검사하고, 프레임이 전달되어야 할 경우 하나 이상의 출력 링크로 선택적으로 전달합니다. 프레임이 세그먼트로 전달될 때는 CSMA/CD를 사용하여 세그먼트에 액세스합니다.
- 투명
  - 호스트들은 스위치의 존재를 인식하지 못합니다.
- 플러그 앤 플레이, 스스로 학습
  - 스위치는 구성이 필요하지 않습니다.

 

스위치: 병렬 전송이 가능합니다

- 호스트들은 스위치에 전용, 직접적인 연결을 가지고 있습니다.
- 스위치는 패킷을 버퍼링합니다.
- 각 들어오는 링크에서는 이더넷 프로토콜을 사용하지만 충돌이 없습니다. 전이중 통신이 가능합니다.
  - 각 링크는 자체 충돌 도메인을 가지고 있습니다.
- 스위칭: A에서 A'으로, 그리고 B에서 B'으로 동시에 전송이 가능하며 충돌이 발생하지 않습니다.

 

스위치 전달 테이블

질문: 스위치가 A'을 인터페이스 4를 통해 도달할 수 있고, B'을 인터페이스 5를 통해 도달할 수 있는 방법은 무엇인가요?

답변: 각 스위치는 스위치 테이블을 가지고 있습니다. 각 항목은 다음과 같습니다:
- (호스트의 MAC 주소, 호스트에 도달하기 위한 인터페이스, 타임 스탬프)
- 라우팅 테이블과 비슷한 모습입니다!

 

질문: 스위치 테이블의 항목들은 어떻게 생성되고 유지되나요? 라우팅 프로토콜과 비슷한 방식인가요?

답변: 스위치 테이블의 항목들은 일반적으로 스위치가 수신한 프레임의 MAC 주소와 해당 프레임이 도달한 인터페이스를 기록합니다. 이 정보는 스위치가 자동으로 학습하며 유지합니다. 라우팅 프로토콜과는 다르게 스위치는 라우팅 정보를 교환하지 않습니다. 대신에 프레임을 수신하여 해당 정보를 스스로 기록합니다.

 

스위치 vs. 라우터

둘 다 저장 후 전달 기능을 가지고 있습니다:
- 라우터: 네트워크 레이어 장치 (네트워크 레이어 헤더를 확인함)
- 스위치: 링크 레이어 장치 (링크 레이어 헤더를 확인함)

둘 다 전달 테이블을 가지고 있습니다:
- 라우터: 라우팅 알고리즘과 IP 주소를 사용하여 테이블을 계산합니다.
- 스위치: 홍수 전파, 학습, MAC 주소를 사용하여 전달 테이블을 학습합니다.

 

VLANS

고려해야 할 사항:
- 컴퓨터 공학 (CS) 사용자가 전기전자공학 (EE) 사무실로 이동했지만 CS 스위치에 연결하려고 합니다.
- 단일 브로드캐스트 도메인:
  - 모든 레이어-2 브로드캐스트 트래픽 (ARP, DHCP, 목적지 MAC 주소의 알려지지 않은 위치)은 전체 LAN을 횡단해야 합니다.
  - 보안/개인 정보 보호, 효율성 등의 이슈가 있을 수 있습니다.

가상 로컬 영역 네트워크 (VLAN)
VLAN 기능을 지원하는 스위치는 단일 물리적 LAN 기반에서 여러 개의 가상 LAN을 정의할 수 있도록 구성할 수 있습니다.

- Port-based VLAN : 스위치 포트들을 그룹으로 묶어 하나의 물리적 스위치가 여러개의 가상 스위치들로 기능하도록 한다.

- Traffic Isolation : 1~8번 포트로 들어오고 나간 프레임들은 1~8번 포트들에만 도달할 수 있다.

- dynamic membership : 포트들은 동적으로 배정된다

- forwarding between VLANS : 라우팅을 통해 된다.()

 

Port-based VLAN (포트 기반 VLAN)

- 트래픽 격리: 포트 1-8로부터의 프레임은 포트 1-8로만 도달할 수 있습니다.
  - 또한 스위치 포트 대신 종단점의 MAC 주소를 기반으로 VLAN을 정의할 수도 있습니다.
- 동적 멤버십: 포트는 동적으로 VLAN 간에 할당될 수 있습니다.
- VLAN 간 전달: 라우팅을 통해 수행됩니다 (별도의 스위치와 마찬가지로).
  - 실제로는 제조업체들이 스위치와 라우터를 결합한 제품을 판매합니다.

 

여러 개의 스위치에 걸친 VLANs

- 트렁크 포트: 여러 물리적 스위치를 통해 정의된 VLAN 간의 프레임을 전달합니다.
  - 스위치 간에 전달되는 VLAN 내의 프레임은 일반적인 802.1 프레임이 될 수 없습니다. (VLAN ID 정보를 포함해야 함)
  - 802.1q 프로토콜은 트렁크 포트 간에 전달되는 프레임에 추가적인 헤더 필드를 추가하거나 제거합니다.

5. 링크 가상화 : 링크 계층으로서의 네트워크 (MPLS)

다중 프로토콜 레이블 스위칭 (MPLS)

- 초기 목표: IP 주소 대신 고정 길이의 레이블을 사용하여 고속 IP 전달
  - 최단 접두사 일치 대신 고정 길이 식별자를 사용한 빠른 조회
  - 가상 회선 (VC) 접근 방식에서 아이디어를 가져옴
  - 그러나 IP 데이터그램은 여전히 IP 주소를 유지함!

 

MPLS 호환 라우터

- 레이블 스위치 라우터(LSR)로도 알려짐
- 레이블 값만을 기반으로 패킷을 송신 인터페이스로 전달함 (IP 주소를 검사하지 않음)
  - MPLS 전달 테이블은 IP 전달 테이블과 별도로 존재함
- 유연성: MPLS 전달 결정은 IP의 결정과 다를 수 있음
  - 동일한 목적지로 향하는 흐름을 다르게 라우팅하기 위해 출발지 및 목적지 주소를 사용함 (트래픽 엔지니어링)
  - 링크가 실패하면 미리 계산된 백업 경로로 빠르게 흐름을 재라우팅함 (VoIP에 유용함)

 

IP 라우팅: 목적지 주소만으로 목적지까지의 경로가 결정됩니다.
MPLS 라우팅: 목적지까지의 경로가 출발지 및 목적지 주소를 기반으로 할 수 있습니다.
• 빠른 재라우팅: 링크 장애 발생 시 백업 경로를 미리 계산합니다.

6. 데이터 센터 네트워킹

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7. 총정리 : 웹페이지 요청에 대한 처리

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