[외워서 끝내는 네트워크 핵심이론 - 기초] 섹션 3 -1

[yuminhwan]

• 섹션 3 : L3 수준에서 외울 것들
  • 이해하면 인생이 바뀌는 TCP/IP 송,수순 구조 까지

[yuminhwan]

2주차

[epicblues]

IP

• 호스트를 식별하기 위한 주소

IPv4

• 8비트 * 4
  • 8비트 씩 끊어서 .으로 나눈
  • 0~255
  • 256개
• IP 주소 중 하나는 broadcast 주소일 가능성 염두
  • 11111111

IPv4 구성

• Network ID + Host ID
• 비유(택배)
  • Network ID
    • 동네 단위
  • Host ID
    • 동네 안의 실제 주소

L3 Packet

패킷L3 IP Packet

• 단위 데이터
• 핵심 컨셉
  • 여러 개를 감싸서 하나의 단위 데이터로 만들었다(보쌈)
• Header와 Payload로 나뉜다
  • Header가 실어 날으는 대상이 payload다
  • Header에서 가장 중요한 것은 SourceIP와 Destination IP
• 최대 크기
  • MTU
    • maximum translation unit
    • 보통 1500 byte
      • 굉장히 작다( 1.4x KB)
      • 인터넷 물리적 전송의 최소 단위

Wireshark

• 네트워크 감청 가능
• 프로토콜 decoder, analyzer, sniffer
• 필수 프로그램

Encapsulation

• 마트료시카 인형
• 포장
  • 내부에 어떤 데이터가 있는지 알 수 없음(보안)

패킷의 생성, 전달, 소멸

• A → B 패킷 전달 완료 시
  • 해당 패킷은 A의 손을 ‘완전’ 떠난
• 택배에 비유(철수가 영희에게 택배를 보낸다)
  • 이름
    • Port 번호
  • 주소
    • IP 주소
  • 철수와 영희
    • Process
  • 집
    • Host
  • Gateway
    • 현관
    • 바깥 세계와 연결

계층별 데이터 단위

• Frame
  • L2
• Packet
  • L3
• Segment
  • L4
  • MSS
    • Maximum Segment Size
    • 1460Byte(MTU가 1500byte 이므로)
  • Stream으로부터 받은 긴 데이터를 분할한다
    • segmentation
• Stream
  • L7
  • 연속적으로 이어진 크기를 알 수 없는 큰 데이터
  • Socket을 통해 접근
  • 시작과 끝을 알 수 없다
  • Socket 떠오르면 Stream!

큰 흐름

파리에서 에펠탑을 택베로 보내려면 어떻게 해야 할까?

= 1.4MB의 파일을 전송하기(약 1000개 이상의 패킷)

1. 에펠탑 크기 분해
   • MTU 이하로 줄이기
2. 운송

3. 조립

   수신 호스트에서 한다

Socket(File)

• 각 File에는 Buffer가 할당될 수 있다
  • Buffer가 있을 경우
    • Buffered I/O
  • 없을 경우
    • non-buffered io
• File buffer의 관리 주체
  • 프로세스
  • 개발자가 결정한다
• Socket buffer의 관리 주체
  • TCP

파일 전송 흐름(capsulation)

• 디스크
• 프로세스 버퍼
  • copy
• 소켓 버퍼
  • copy
• TCP
  • segmentation : stream to segment
• IP
  • segment to packet
• L2
  • packet to frame
  • frame
    • 수시로 바뀐다
      • 패킷과 비교했을 때

파일 수신 흐름(decapsulation)

• decapsulation하면서 socket 버퍼에 데이터가 쌓임
  • 주체
    • 운영체제
• socket buffer → filebuffer 파일 데이터 복사
  • receive
    • 조립
  • 주체
    • 프로세스
    • 지속적으로 socket buffer를 비워서 file buffer로 옮긴다
  • socket buffer 채움 속도와 filebuffer 옮김 속도의 차이가 있을 수 있음
• socket buffer에는 항상 새로운 데이터를 받을 수 있는 여유 공간이 있어야 한다
  • 수신 TCP에서 송신 TCP에게 ack 신호를 보낸다
    • ex) ack #3일 경우 #2까지 데이터를 받았다는 것을 알리는 것
    • 여유 공간의 크기도 같이 알려준다
• TCP 관련 장애(생각보다 많이 일어남)
  • Loss
    • 전송 세그먼트 유실
  • Re-transmission + Ack Dupliation
    • ack가 일정 시간 오지 않았을 때 프로세스가 재전송
    • 문제는 수신 프로세스는 정상적으로 받았는데 또 받은 경우가 됨
  • Out of order
    • 1 → 2 → 4 → 3
  • zero window
    • 여유 공간(window size)이 없는데 계속 송신하는 경우
    • 데이터 수신 불가능
    • 네트워크 문제 X
    • 어플리케이션 문제
      • socket buffer의 데이터를 제대로 비우지 않았음

[HunkiKim]

IPv4주소의 기본 구조

• HW
  • 이더넷
  • MAC주소 48bit
• Network
  • IP
  • IPv4가정 32bit=8bit * 4
  • 2^8 -> 256 -> 8bit
    • 0~255
    • 255면 브로드캐스트일수도
  • 192.168.0.10이라고 한다면?
    • 8개 비트씩 잘라서 dot을 이용해 구분해서 표현
    • 앞 3개는 Network ID, 맨뒤는 Host ID
    • 호스트식별자라고도함
    • 고속도로 + 택배 -> 인터넷
    • Network ID -> 물류센터
    • Host ID -> 우리의 구체적인 집
  • TCP/UDP
  • SSL
  • -
  • HTTP

L3 IP Packet으로 외워라

• Packet -> 단위 데이터
  • Packet이라는 말은 L3 IP Packet으로 외우자.
  • Header와 Payload로 나뉘며 이는 상대적인 분류
  • Header 송장 , Payload 내용물
  • 최대 크기는 MTU
  • Maximum Transmission
  • 1500 bytes (1.4kb)

Encapsulation

• 마트료시카 인형과 같다.
• 캡슐화한다는 것이다.
  • 단위화 했음
  • 포장
• L2 + Payload (IP Packet)
  • L3 + Payload (TCP Segment) -> Stream
  • L4 + Payload ..
• 꺼내면 Decapsulation

패킷의 생성, 전달, 소멸

1. 책 준비
2. 책을 상자에 넣는다
3. 뚜껑을 닫는다.
4. 송장을 붙인다.
5. 기사들이 택배를 여러곳에서 받아 취합한다. (택배사, 물류체계에 따라 어디로 갈지모른다.)
6. 이후 택배가 상대방에게 전달된다.

• 만약 대상 집에 사람이 많다면 어떻게 될까?
  • 송장엔, 주소, 받는사람 등이 있다.
  • 몰론 보낸이, 받는이가 있다. 이제 이걸 컴퓨터용어로 확인해보자.
• 여기서 보낸이와 받는이는 프로세스이다.
  • 데이터를 전송한다고 하자.
• 데이터는 패킷으로 만들어진다. (택배물품)
• 기사는 게이트웨이이다.
  • 라우팅하여 보낸다.
• 현관이라는 인터페이스를 타고 집으로 간다.
  • 집은 호스트이다.
  • Ipv4의 목적지.
• 이름을 보고 어떤 프로세스에 줄지 선택한다.
  • 이것이 Port 번호이다.

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Data -> Socket(TCP/IP 인터페이스, 커널모드 인터페이스를 추상화한 파일의 일종)

• 즉 data를 send(write)하면 Kernel의 TCP 계층으로 간다.
  • 여기서 TCP헤더를 붙여 TCP+Data가 되는데 이를 Segment라고 한다.
• 한층 또 내려가면 하나씩 헤더가 붙는다.

계층별 데이터 단위

• L1~L2 -> Frame
• L3 -> Packet
  • MTU(Maximum Transmission Unit)
    • 1500 bytes정도
• L4 -> Segment
  • MSS(Maximum Segment Size)
    • 1460 bytes 정도
    • 스트림이 그것보다 클 때 잘라서 분할한다.
    • 즉 세그먼트화 될 때 Segmentation 된다.
    • Process -> TCP로 갈때.
• 이후 Process와 통신할때 Socket을 통해 Usermode와 Kernel mode가 통신을 한다.
  • Stream이라는 이름도 있다.
    • 시작 -> 끝? 끝은 정의가 안됨
    • Application 수준에서 정하기 때문에 연속적이다.
• Datagram도 있다.
  • UDP에서 이야기함
  • Pack

파리에서 에펠탑을 택배로 보내려면 어떻게 해야 할까?

1. 에펠탑 분해 (송싱측)-> 크기줄이기 , 택배 형태로 (MTU)이하로 패킷
2. 운송
3. 조립 (수신측)

전체적 흐름 -> TCP/IP

• Buffer

  • Process, Socket 둘 다 있음
  • Process 버퍼를 데이터를 소켓에 보냄
  • Stream
  • 그러면 Segmentation이 일어남
  • 하나하나 보냄

• 받으면 프레임(트럭)이 도착하고 IP계층으로 패킷으로 됨

• 세그먼트로 다시 L4로 꺼냄

• 그럼 IO버퍼에 Segment를 전달

• Process의 버퍼는 Receive를 하고 동시에 Process는 Read를 하여 버퍼를 주기적으로 비움

• ACK를 보내서 어디까지 받았는지 송신측에게 전달

• 송신측은 ACK가 올때까지 대기

• 오면 다시 송신 시작

• 반복

• ACK를 보낼 때 여유공간의 버퍼크기도 같이감 (소켓I/O)

장애

1. Loss
2. Re-Transmission (3번받았다했는데 또 3번)
   • Ack-Dup
3. Out of order
   • 1,2,4 (3번 건너뜀)
4. Zero Window
   • 여유공간의 크기를 Window Size라고 부름
   • 하지만 이 공간을 안비우면 Full이남
   • 프로세스 처리 속도가 네트워크 전송속도가 더빠름
   • 수신방법이 없음

[Leeyerimearth]

L3 수준에서 외울 것들