네트워크 계층 : 데이터 평면(data plane) & 제어 평면(control plane) 개요

전송 계층이나 응용 계층과는 달리, 네트워크 계층은 각 호스트와 네트워크의 라우터마다 네트워크 계층의 일부가 존재한다.

(프로토콜 스택 중 가장 복잡한 계층)

 

네트워크 계층은 서로 상호작용하는 데이터 평면(data plane)과 제어 평면(control plane) 두 부분으로 나눌 수 있다.

 

데이터 평면(data plane) 파트 주요 내용

- 라우터별 제어(per-router)라는 네트워크 계층의 기능은 한 라우터의 입력 링크에 도착한 데이터그램이 다른 한 목적 라우터의 출력 링크에 어떻게 도착하는지를 결정

- 전통적인 IP 포워딩(데이터그램의 목적지 주소 기반), 일반화된 포워딩(데이터그램의 여러 필드값 사용)

- IPv4, IPv6 프로토콜과 주소 체계

 

제어 평면(control plane) 파트 주요 내용

- 데이터그램이 송신 호스트에서 수신 호스트까지의 라우터들을 어떻게 지나갈 것인지 결정하는 네트워크 전반의 논리

- 라우팅 알고리즘, OSPF, BGP 라우팅 프로토콜

- SDN 

 

라우터의 데이터 평면 역할 : 입력 링크에서 출력 링크로 데이터그램을 전달

네트워크 제어 평면 역할 : 데이터그램이 출발지 호스트에서 목적지 호스트까지 잘 전달될 수 있게, 로컬 포워딩, 라우터별 포워딩을 대응

라우터는 전송 계층과 응용 계층을 지원하지 않으므로 프로토콜 스택에서 네트워크 계층의 상위 계층은 존재하지 않음

 

포워딩과 라우팅

네트워크 계층의 근본적 역할 : 송신 호스트에서 수신 호스트로 패킷을 전달

포워딩(전달) : 패킷이 라우터의 입력 링크에 도달했을 때 라우터는 해당 패킷을 적절한 출력 링크로 이동 시킴

- 데이터 평면에서 실행되는 예외적 기능 : 라우터에서 나가는 것을 막거나, 복제되어 여러 링크로 전송될 수 있는 기능

- 매우 짧은 시간(나노초 단위), 하드웨어에서 실행

라우팅 : 네트워크 전반에 걸쳐 출발지에서 목적지까지 데이터그램의 종단 간 경로를 결정, 긴 시간(초 단위), 소프트웨어에서 실행

 

포워딩 테이블

라우터는 도착하는 패킷 헤더의 필드값을 조사하여 패킷을 전달. 해당 값을 포워딩 테이블의 내부 색인으로 사용함.

포워딩 테이블 엔트리에 저장되어 있는 헤더의 값은 해당 패킷이 전달되어야 할 라우터의 외부 링크 인터페이스를 나타냄

 

제어 평면 : 전통적 접근

라우팅 알고리즘은 각각의 모든 라우터에서 실행되며, 라우터는 포워딩과 라우팅 기능을 모두 갖고 있어야 한다.

라우팅 프로토콜에 따라 라우팅 정보에 포함된 라우팅 메시지를 교환하며 다른 라우터의 라우팅 알고리즘과 소통하며 포워딩 테이블의 값을 계산

 

제어 평면 : SDN(Software Defined Networking) 접근

원격 제어가 포워딩 테이블을 계산 및 배분, 라우팅 기기는 포워딩만을 수행

라우터와 원격 컨트롤러의 소통 : 포워딩 테이블과 그밖의 라우팅 정보를 포함한 메시지를 교환

 

네트워크 서비스 모델

최선형 서비스(best-effort service)를 제공

패킷을 보내는 순서대로 수신 보장 x, 목적지까지의 전송 보장 x, 종단 시스템 간 지연 보장 x, 보장된 최소 대역폭 x

=> ATM 네트워크 구조는 최선형 서비스보다 좋은 서비스 모델을 정의하고 구현했는데, 순서화 패킷 전달, 지연 제한 내 보장된 전달, 최소 대역폭을 보장한다.

그러나, DASH 프로토콜과 같이, 적절한 대역폭 공급 및 대역폭 적응형 애플리케이션 레벨의 프로토콜과 결합된 최선형 서비스 인터넷 모델은 실시간 회의 애플리케이션을 포함한 많은 범위의 애플리케이션에 활용될 만큼 '충분히 좋다'고 입증되었다.

 

 

 

 

참고 도서 :

컴퓨터 네트워킹 하향식 접근 8판