대학생활/컴퓨터네트워크

컴퓨터 네트워크 정리 -11주차- <네트워크 레이어/4.4 ICMP- 4.5 Routing Algorithm>

(11주차) NAT : network address translation

- NAT는 ip 주소를 라우터 내/외부로 나누며, 내부 IP들을 하나의 외부 IP에 묶는다.

- 특징

외부에 알리지 않고, 내부 디바이스 IP주소를 바꿀 수 있다.
모든 내부 디바이스는 하나의 IP 주소만 갖는다.
내부 IP 주소의 영향 없이 ISP 변경 가능 (공유기 바꾸기)

- 구현

변환 : 내부->외부 데이터그램 이동, 내부 IP (source IP, port#)을 외부 IP (NAT IP, new port#)으로 바꾼다. 이렇게 바뀐 주소는 NAT 테이블에 저장된다.
기억 : NAT 테이블 안에선 내부 IP와 외부 IP가 짝을 이뤄 저장된다.
변환 : 외부->내부 데이터그램 이동, 외부 IP를 내부 IP로 바꾼다. 이 때 매핑 정본 NAT 테이블에서 가져온다.

- 장단점

장점 : 16bit의 포트넘버 => 하나의 랜 연결에 6만개의 연결이 가능
단점 : 라우터는 네트워크-레이어(layer 3)에서 동작, 하지만 포트를 바꾸는 작업은 transport layer에서 이뤄진다. => end-end argument(principle)을 파괴한다.

NAT traversal problem 기출문제임

- 문제상황 : 외부의 사용자가, NATed 되어있는 클라이언트에 접속하려 할 때, 내부 IP를 알 수 없기에 해결할 방법이 필요하다.

- 솔루션01 : 라우터에 외부 IP와 내부 IP를 정적 할당

사용자가 포트주소를 기억해야하는 불편함

- 솔루션02 : UPnP(Universal Plug and Play) IGD(Internet Gateway Device) 프로토콜 사용.

외부 IP를 외우고, 일정 시간동안 거기에 맞는 포트번호를 부여한다.

- 솔루션03 : relaying (used in Skype)

사설 IP를 가진, 클라이언트들이 relyaing할 수 있는 공인 IP를 가진 중개자와 연결시킨다.
이 중개자가 만든 연결다리를 통해 패킷 송수신을 한다.

4.4 Internet Protocol – ICMP

ICMP : internet control message protocol

- 개요 : 우리는 source-dest까지 가는 중간에 들리는 router에서 생기는 상황을 알 수 없다.
때문에, 호스트와 라우터간 네트워크 계층 정보 통신을 위한 프로토콜이 필요하다.

- 목적 : error reporting(접근 불가 호스트/네트워크 탐색), echo request/reply (ping)

- ICMP msgs 는 IP 데이터그램을 통해 전달된다.

메시지 내용 : type, code 그리고 8byte의 에러 메시지 설명

Traceroute and ICMP

- Traceroute 명령어는 IP TTL 헤더를 가진 IP 데이터그램을 전송, 해당 TTL은 전송될 때 마다 1씩 증가한다.

- N 번째 데이터그램이 N 번째 라우터에 도착하면

라우터는 데이터그램을 무시하고, source에게 TTL expired(type 11, code0) ICMP를 보낸다.
N번째에 딱 닿으면 다시 처음으로 돌아갔다가 이제 N + 1번째를 목표로 다시 전송

- ICMP 메시지가 다시 source에 도착하면 소스에선 RTT를 기록해, 지연 정도를 측정한다.

- 멈추는 경우

Destination에 UPD segments가 도착하는 경우
ICMP msg에 type3, code3 port unreachable 이 돌아오거나.
소스 코드로 멈추거나

IPv6

- 개요 : 32비트의 IPv4의 주소 부족 문제를 염려해, 개발한 protocol

추가 목표
- Header format이 빠른 작업과 포워딩을 돕는다.
- Quality of Service (QoS)의 사용을 위한 Header 변경

- 포맷 :

IPv4의 헤더는 20byte, IPv6는 40byte를 갖는다.
Fragmentation이 허용되지 않는다.

- 특징 :

주소기능의 확장(source address) : 32 -> 128 bit (16byte)
Next header을 통해 프로토콜(udp, tcp) 구분 (IPv4의 프로토콜 필드)
우선순위(pri) : 데이터그램 간의 우선순위를 결정
흐름 라벨링(flow label)
Checksum의 삭제, head, len, fragmentation 보조 필드(offset, flag, bit id 삭제)
ICMPv6 : Packet Too Big과 같은 추가 타입, 멀티캐스트 그룹 관리 함수 추가

Transition from IPv4 to IPv6

- 터널링 : IPv6를 사용하는 라우터에서 IPv4를 사용하는 라우터를 통해 IPv6로 다시 전달해야 하는 경우, IPv6->IPv4로 갈 때 IPv6 정보를 IPv4 데이터그램에 캡슐화하여해 IPv4->IPv6 장치로 전송할 때 캡슐화 해제를 해, IPv6를 전달한다.

4.3과 4.4는 포워딩과 관련된 이야기라면, 4.5부터는 라우팅에 관련된 이야기다.

4.5 Routing-Algorithms

Routing algorithm classification(라우팅 알고리즘 분류)

- Global : 모든 라우터(노드)가 연결되어 상태와 비용을 공유하는 상태다. Ex) link-state

- Decentralized : 라우터들이 이웃간만 비용과 연결상태를 공유한다. Ex) distance-vector

- Static : 루트들이 시간이 지남에 따라 천천히 변화한다.

- Dynamic : 루트가 상당히 빠르게 변한다. (업데이트) <- 인터넷은 이걸 사용, 노드 상태 변화가 많기 때문

Link state algorithm

- 다익스트라 알고리즘

n 가정
- u 링크 스테이트 브로드캐스트를 통해, 모든 링크의 가격을 알고 있다.
- u 시작점을 정한 후, 그 점에 연결된 엣지 중 최소한의 가격을 갖는 엣지 선택.
- u 위 과정을 노드의 개수만큼 반복하면 최단 거리가 만들어진다.
n 기호
- u c(x,y) : x->y 비용
- u d(v) : 시작->끝 까지의 현재 비용
- u p(v) :
- u N’ : 최소경로를 갖는 노드 셋

Distance Vector

- 벨만 포드 방정식