링크계층3

<시나리오>

A호스트에서 B호스트로 패킷을 보내려고 함

DNS call을 통해 B의 IP주소를 알아냄

B의 IP주소로 가려면 next hop이 어딘지 Forwarding 테이블을 통해 알아냄

next hop의 MAC주소를 알아내기 위해 ARP 테이블을 활용함

이더넷 : physical topology

1. 버스(Bus) 토폴로지:

• 1990년대 중반까지 많이 사용되던 방식입니다.
• 모든 노드가 하나의 충돌 도메인에 속해 있어서, 한 노드가 데이터를 전송할 때 다른 노드와 충돌할 가능성이 있습니다.
• 동축 케이블을 사용하여 모든 노드가 하나의 선을 공유하며 연결됩니다.
• 이 방식에서는 한 번에 한 노드만 데이터를 전송할 수 있어 네트워크 효율성이 떨어질 수 있습니다.

2. 스타(Star) 토폴로지:

• 오늘날 주로 사용되는 방식입니다.
• 중앙에 스위치가 있으며, 각 노드는 별도의 연결을 통해 스위치와 통신합니다.
• 각 연결은 개별적인 이더넷 프로토콜로 작동하므로, 노드 간 충돌이 발생하지 않습니다.
• 스위치는 네트워크에서 데이터를 중개하며, 충돌 도메인이 분리되어 성능이 향상됩니다.

 

요약

ㅡ> 버스 : 하나의 충돌 도메인 ▶ 충돌o

ㅡ> 스타 : 분리된 충돌 도메인 ▶ 충돌x

 

 

 

새로운 노드 추가하는 것도 스타 토폴로지가 더 쉬움

버스형이 케이블 절단하고 추가할 때 스타형은 그냥 스위치에 꽂으면 됨

 

 

스위치

ㅡ> 노드가 아니다

ㅡ> 네트워크 계층에서 없는 것 취급해서 추상화

ㅡ> 따라서 next hop에는 포함x

스위치 : 동시 전송 

 

동시 전송 가능

ㅡ> 예를 들어, A에서 A'로, B에서 B'로 동시에 데이터를 전송할 수 있으며, 충돌이 발생하지 않습니다.

 

• 호스트는 스위치에 전용, 직접 연결을 가짐:
  • 각 호스트는 스위치와 개별적으로 연결되어 있습니다. 이 연결은 전용 경로로, 다른 호스트와의 데이터 충돌 가능성이 없습니다.
• 스위치는 패킷을 버퍼링(buffering):
  • 스위치는 들어오는 패킷을 일시적으로 저장하며, 필요한 경우 전송 경로로 데이터를 관리합니다. 따라서 네트워크 병목이나 충돌을 줄일 수 있습니다.
• 각 링크는 자체 충돌 도메인이고 충돌이 없음:
  • 이더넷 프로토콜은 각 링크에서 독립적으로 작동하며, 충돌 도메인이 분리되어 있습니다. 각 링크는 풀 듀플렉스(full duplex)로 작동하므로, 전송과 수신이 동시에 가능합니다.
  • 이를 통해 데이터 충돌 없이 동시에 여러 연결에서 데이터를 전송할 수 있습니다.

스위치 포워딩 테이블

Q: 스위치는 어떻게 A'가 인터페이스 4를 통해 도달할 수 있고, B'가 인터페이스 5를 통해 도달할 수 있는지 알 수 있나요?

 

A: 스위치마다 스위치 테이블이 있음

 

 

스위치 테이블의 각 항목(entry)

ㅡ> 호스트의 MAC 주소

ㅡ> 호스트에 도달하기 위한 인터페이스 번호

ㅡ> 타임스탬프 (스위치 테이블에서 항목이 최신 상태인지 확인하기 위한 시간 정보)

 

스위치 테이블은 라우팅 테이블과 유사

스위치 : self-learning

라우터 포워딩 테이블

ㅡ> 링크 스테이트, 거리벡터 등을 통해 만듬

 

스위치 포워딩 테이블

ㅡ> self-learning을 통해 만듬

 

Self-learning

ㅡ> 스위치는 네트워크에서 수신된 패킷의 출발지 MAC 주소를 보고, 그 주소가 들어온 포트(인터페이스)를 기억합니다.

ㅡ> 그런 다음 동일한 네트워크에서 그 MAC 주소로 패킷이 전송될 때, 해당 인터페이스로 패킷을 전달할 수 있습니다.

ㅡ> 당장 보내야 되는데 주소를 모를 때는, 플러딩(flooding)을 통해 알아낸다.

 

플러딩

ㅡ> 모든 인터페이스에 프레임 전송해서 연결된 노드 알아냄

 

<프레임 전송>

• 프레임 목적지의 위치를 모를 때 (Flooding):
  • 스위치가 프레임 목적지인 A'의 위치를 알지 못하는 경우, 스위치는 네트워크의 모든 인터페이스로 프레임을 전송합니다. 이를 **플러딩(flooding)**이라고 합니다.
• 목적지 위치를 알 때 (Selective Forwarding):
  • 스위치가 A의 위치를 이미 학습했다면, 이제 프레임을 올바른 인터페이스로 선택적으로 전송(selective forwarding)할 수 있습니다. 예시에서는 A가 인터페이스 1에 있고, A'가 인터페이스 4에 있다고 학습되어 있습니다.

예시

스위치가 호스트의 위치를 학습:

• 스위치는 네트워크에서 수신한 프레임을 통해 발신자의 위치(어느 LAN 세그먼트를 통해 들어오는지)를 학습합니다.
• 예를 들어, A에서 스위치로 프레임이 전송되면 스위치는 A가 인터페이스 1을 통해 연결된 것을 학습합니다.
• 이 과정에서 스위치는 발신자(MAC 주소)와 그 위치(인터페이스 번호)를 스위치 테이블에 기록합니다.

 

플러딩을 통해 A` 인터페이스를 알아내서 보낸다.

Interconnecting switches : 멀티 스위치

노드가 많아지면

스위치끼리 연결시켜서

네트워크를 계층화 시킨다.

 

(But, 네트워크 계층 관점에서는 스위치는 없는 것으로 취급한다. 걍 노드들이 라우터에 연결된 것으로 취급. next hop에 스위치는 포함x)

멀티 스위치 self learning

 

• 스위치들은 처음에는 목적지 위치를 모를 때 플러딩을 통해 프레임을 전송하지만, 학습 후에는 최적의 경로로 프레임을 전달하게 됩니다.
• 스위치 테이블은 각 스위치가 프레임을 학습한 결과로 업데이트되며, 이후 전송 효율이 높아집니다.

(강의 다시보기)

기관 네트워크 (institutional network) 그림

 

 

<공유기>

app계층의 DHCP기능도 있으니

라우터보단 컴퓨터에 가까운 듯

데이터 센터 네트워크

구글같이 수십만대의 호스트(서버)가 밀집된 경우

스위치로 계층화 시킨