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[네트워크 상식 59] IP 프로토콜에 대해 알아보자

[네트워크 상식 59] IP 프로토콜에 대해 알아보자   라우팅 인터넷에는 수많은 호스트가 연결되므로 관리하는 라우팅 정보가 매우 많다. 그러다보니 이를 적절히 관리하여 효과적으로 라우팅하는 작업이 생각보다 쉽지 않다. 이 절에서는 다양한 라우팅 관련 프로토콜을 알아본다.   간단한 라우팅 프로토콜 네트워크에서 의미하는 거리 기준은 다양하지만, 라우팅과 관련해 가장 보편적 으로 이용하는 기준은 전송 경로의 중간에 위치하는 라우터의 개수, 즉 홉(Hop)의 수로 판단하는 것이다.   최단 경로 라우팅 ​​​​​​​   최단 경로 라우팅 방식에서는 패킷이 목적지까지 도달하는 과정에 거치는 라우터 수가 최소화될 수 있도록 경로를 선택한다. 장점은 비교적 간단한 형식으로 쉽게 적용할 수 있다는 것인데, 전송 패킷이 목적지까지 도착하는 여러 경로 중 가장 짧은 경로를 선택한다. 예를 들어, 상기 그림의 경우에 호스트 a에서 호스트 g까지 도달하는 경로는 여러 개지만, 가장 짧은 경로는 라우터 c만을 거치는 것이다. 또 다른 예로 호스트 a에서 호스트 d까지 도달하기 위한 최단 경로는 라우터 b나 c를 통과하는 것이다. 두 경로는 홉을 기준으로 하면 거리가 동일하다. 홉 수 외에 거리 기준이 될 수 있는 요소에는 패킷의 전송 지연 시간, 전송 대역폭, 통신 비용 등이 있다. 이들 요소를 개별적으로 적용하거나 적절한 비율로 함께 적용할 수 있다.   ​​​​​​​플러딩   플러딩(Flooding)은 라우터가 자신에 입력된 패킷을 출력 가능한 모든 경로로 중개하는 방식이다. 이 방식에서는 원본 패킷과 동일한 패킷이 무수히 생성되고, 모든 경로를 통해 반복하므로 네트워크에 패킷이 무한 개 만들어질 수 있다. 패킷이 무한정 증가하는 현상을 방지하려면 각 패킷의 홉 수를 일정 범위로 제한해 라우터에서 이를 확인하여 제거할 수 있도록 해야 한다. 플러딩 방식의 라우팅은 많이 이용하지는 않고, 중요한 데이터를 모든 호스트에 동시에 전달하는 환경에서 제한적으로 사용한다.   참조문헌: 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크

2025년 04월 24일

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[네트워크 상식 58] IP 프로토콜에 대해 알아보자(9)

[네트워크 상식 58] IP 프로토콜에 대해 알아보자(9)   트래픽 성형 혼잡은 트래픽이 특정 시간에 집중되는 버스트(Burst) 현상에서 기인하는 경우가 많다. 즉, 송신 호스트에서 전송하는 패킷의 양이 시간대별로 일정하게 발생하는 경우보다 패킷이 짧은 시간에 많이 발생하는 경우에 혼잡이 일어날 확률이 높다. 따라서 송신 호스트가 전송하는 패킷의 발생 빈도가 네트워크에서 예측할 수 있는 전송률로 이루어지게 하는 기능이 필요한데, 이를 트래픽 성형(Traffic Shaping)이라 한다.   송신 호스트는 사전에 네트워크와 협상하여 네트워크로 유입되는 패킷의 특성을 조율할 수 있다. 협상을 통해 네트워크로 유입되는 패킷의 분포 특성을 미리 정해두면 네트워크에서는 전체 트래픽의 혼잡도를 예측하여 혼잡 제어를 효율적으로 수행할 수 있다.   송신 호스트가 사전에 약속한 트래픽보다 과도한 양의 패킷을 전송하면 네트워크 에서 적절히 통제해야 한다. 예를 들어, 네트워크에서 처리하기에 너무 과도한 트래픽이 발생하면 협상 내용의 위반 정도에 따라 패킷 처리를 거부할 수 있다. 이와 같은 트래픽 성형 관련 알고리즘 중 유명한 것이 리키 버킷(Leaky Bucket)이다.       상기 그림은 리키 버킷 알고리즘의 동작 과정을 설명한다. 먼저 송신 호스트와 네트워크 사이에는 송신 호스트가 협상에서 제시한 전송 특성을 반영하는 적절한 크기의 깔때기가 위치한다. 깔때기의 출구 크기는 협상 결과를 의미하므로 크기가 고정되어 있다. 따라서 송신 호스트가 협상 값보다 많은 양의 패킷을 전송해도 깔때기 크기 이상의 패킷이 네트워크에 유입될 수 없다. 과도하게 입력된 패킷은 깔때기의 부피 범위 내에서 내부 버퍼에 임시 저장된다. 깔때기에 저장할 수 있는 패킷 양은 일정하며, 한계치를 초과하면 패킷이 넘쳐 패킷 분실 오류가 발생한다. 리키 버킷 알고리즘을 사용하면 송신 호스트로부터 입력되는 패킷이 시간대별로 일정하지 않은, 즉 가변적이어도 깔때기를 통과하면서 일정한 전송률로 변경된다.   혼잡 제거   가상 회선 방식을 사용하는 서브넷(Subnet)에서 혼잡을 감지했을 때 이를 완화 하는 가장 간단한 방법 중 하나는 혼잡이 사라질 때까지 연결 설정을 허락하지 않는 것이다. 그러나 실제 네트워크에서는 전체보다 일부 지점에서 혼잡이 발생 하는 경우가 많다. 따라서 특정 지역에 혼잡이 발생하면 패킷의 전송 경로를 적절히 조정해 줌으로써 혼잡이 발생한 곳을 거치지 않도록 가상 회선 연결을 설정하는 방안이 필요하다.   혼잡을 처리하는 또 다른 방식은 호스트와 서브넷이 가상 회선 연결 과정에서 협상하는 것이다. 즉, 전송 과정에서 사용하는 대역을 미리 할당 받음으로써, 네트워크에서 수용 불가능한 정도로 트래픽이 발생하는 일을 사전에 예방하는 것이다. 이 방식에는 개별 연결이 예약한 전송 대역을 해당 사용자가 이용하지 않더라도 다른 사용자가 이용하지 못하는 문제가 있다. 따라서 이러한 자원 예약 (Resource Reservation) 방식은 통신 자원을 낭비할 염려가 있다.       혼잡 처리와 관련된 또 다른 방식은 그림과 같은 초크(Choke) 패킷을 사용하는 것이다. 라우터는 자신의 출력 선로를 사용하는 빈도를 모니터할 수 있으므로 출력 선로의 사용 정도가 한계치를 초과하면 주의 표시를 해둔다. 그리고 주의 표시한 방향의 경로는 혼잡이 발생할 가능성이 높기 때문에 특별 관리한다.   참조문헌: 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크

2025년 04월 07일

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[네트워크 상식 57] IP 프로토콜에 대해 알아보자(8)

혼잡제어 네트워크에 존재하는 전송 패킷 수가 많아질수록 네트워크 성능은 자연스럽게 감소한다. 이와 같은 성능 감소 현상이 급격하게 악화되는 현상을 혼잡, 혼잡 문제를 해결하기 위한 방안을 혼잡 제어(Congestion Control)라 한다. 흐름제어(Flow Control)는 송신 호스트와 수신 호스트 사이의 점대점 전송 속도를 다룬다. 반면, 혼잡 제어는 더 넓은 관점에서 호스트와 라우터를 포함한 서브넷 에서 네트워크 전송 능력 문제를 다룬다. 아래 그림은 흐름 제어와 혼잡 제어의 역할 차이를 설명한다.   혼잡이 발생하는 원인은 다양한데, 기본적으로 네트워크의 처리 능력보다 과도하게 많은 패킷이 입력되면 발생한다. 개별 라우터 관점에서 보면 라우터의 출력 선로를 통한 전송 용량이 부족해 아직 전송하지 못한 패킷이 버퍼에 저장되고, 입력 선로로 들어오는 패킷이 늘면서 버퍼 용량은 더 부족해진다. 결과적으로 라우터의 내부 버퍼 용량 부족이 심화되어 더 이상 패킷을 보관할 수 없어 버리게 된다. 그리고 전송 패킷이 버려지면 송신 호스트는 타임아웃 동작을 통해 패킷을 재전송하므로 네트워크로 송신되는 패킷의 양이 늘어 난다.   라우터에서 패킷을 잃어버리지 않으려면 버퍼 용량을 늘려야 하는데, 버퍼 크기가 증가하면 패킷의 전송 지연 시간이 늘어난다. 패킷의 전송 지연 시간이 송신 호스트가 설정한 타임아웃 시간보다 크면 재전송 과정이 증가할 수 있다. 따라서 네트워크로 보내지는 패킷 양이 점점 증가하고, 중복 패킷을 수신하는 현상도 증가하여 네트워크 혼잡도가 계속 증가하는 악순환을 초래한다.   혼잡의 원인   앞서 지적한 것처럼 혼잡을 발생시키는 주요 요인은 전송 시간 초과에 의한 타임아웃 기능을 통해 패킷들이 재전송되는 데 있다. 특히 혼잡 초기에 패킷의 전송 지연이 점점 증가할 때, 타임아웃 값이 너무 작으면 혼잡도가 급격히 증가할 우려가 있다. 따라서 네트워크에 혼잡 징후가 보이면 이를 감지해 타임아웃 시간을 늘리는 방안이 필요하다.   패킷의 도착 순서가 뒤바뀌면 수신 호스트는 패킷을 보관하거나 그냥 버릴 수 있다. 그런데 패킷을 그냥 버리면 패킷 재전송 현상이 발생해 네트워크 혼잡도를 증가시키는 원인이 된다.   패킷이 제대로 수신되었는지를 송신 호스트에게 알려주는 응답 알고리즘도 혼잡에 영향을 준다. 즉, 수신한 패킷들에 대해 즉시 응답하는 방식을 사용하면 수신 패킷 모두에 개별 응답 패킷이 발생한다. 따라서 패킷 여러 개를 모아 하나의 응답으로 처리하는 방식이나 피기배킹(Piggybacking)을 사용하는 방식과 비교하면 혼잡도에 미치는 영향이 다르다. 그렇지만 피기배킹 방식을 사용하는 응답 방식은 혼잡이 발생하는 상황에서는 송신 호스트의 타임아웃 기능을 통한 재전송을 유발하여 혼잡을 오히려 가중시킬 우려도 있다. 라우팅 알고리즘도 혼잡에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 혼잡이 발생되고 있는 경로보다는 전송 트래픽이 적은 경로를 찾아 패킷을 전송하면 혼잡도를 줄일 수 있다. 한편 네트워크에서 전송 중인 패킷은 수신 호스트에 도착할 때까지 목적지를 향해 무한정 라우팅되지는 않는다. 패킷별로 네트워크에 존재할 수 있는 일정한 생존 시간을 지정해 이 시간을 초과하지 않도록 설계하는 것이 일반적이다. 생존 시간의 처리는 각 라우터를 통과할 때마다 홉(Hop) 수를 증가시켜 계산하는데 (논리적 측면에서 전송 과정에서 거쳐 온 홉의 개수가 증가한다는 의미고, 일반 구현 과정에서는 패킷의 특정 필드 값을 감소시키는 방식으로 동작한다), 일정한 개수 이상의 라우터를 통과하면 엉뚱한 경로를 떠도는 것으로 판단하여 해당 패킷을 네트워크에서 제거한다.   수신 호스트에 도착할 가능성이 희박한 패킷의 생존 시간을 너무 크게 설정하면 네트워크에 불필요한 부하를 가하는 문제점이 있고, 너무 작게 설정하면 수신 호스트에 도달하기도 전에 패킷을 강제로 제거함으로써 타임아웃을 통한 재전송이 발생할 수 있다.   참조문헌: 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크  

2025년 03월 10일

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[네트워크 상식 56] IP 프로토콜에 대해 알아보자(7)

[네트워크 상식 56] IP 프로토콜에 대해 알아보자(7)   라우팅 정보의 처리 라우팅을 효과적으로 수행하려면 라우팅 정보가 네트워크의 현재 상황을 정확히 반영할 수 있도록 관리해야 한다. 라우팅 정보 관리와 관련된 라우팅 처리 방법에는 소스 라우팅, 분산 라우팅, 중앙 라우팅, 계층 라우팅 등이 있다.   소스 라우팅(Source Routing)   패킷을 전송하는 호스트가 목적지 호스트까지의 전달 경로를 스스로 결정하는 방식을 소스 라우팅(Source Routing)이라고 한다. 소스 라우팅을 지원하려면 송신 호스트의 라우팅 테이블에 패킷을 수신 호스트까지 전달하기 위한 전송 경로 정보를 관리해야 하며, 이러한 경로 정보를 전송 패킷에 기록해야 한다. 중간 라우터에서는 전송 패킷에 포함된 경로 정보를 이용해 패킷을 중개함으로써 최종 목적지까지 올바르게 전달할 수 있다. 따라서 소스 라우팅 방식은 모든 라우팅 정보를 송신 호스트가 관리하므로 중간 라우터는 라우팅 테이블을 따로 관리할 필요가 없다. 소스 라우팅은 데이터그램 방식과 가상 회선 방식에서 모두 이용할 수 있다. 가상 회선 방식에서는 연결의 초기화 과정에서 경로 정보를 담은 특수 연결 패킷을 사용한다. 중간 라우터는 패킷의 경로 정보를 해석함으로써 전달 경로를 선택할 수 있다. 데이터그램 방식에서는 전송되는 모든 패킷의 헤더에 경로 정보가 들어가므로 신뢰성을 더 향상시킬 수 있다.   분산 라우팅(Distrebuted Routing)   라우팅의 정보가 분산되는 방식이다. 패킷의 전송 경로에 위치한 각 라우터가 효율적인 경로 선택에 참여하며, 데이터그램 방식에서 많이 사용한다. 장점은 네트워크에 존재하는 호스트 수가 많아질수록 다른 방식보다 효과적일 수 있다는 것이다. 라우터가 관리하는 경로 정보는 다음 경로를 선택하기 위한 내용을 포함하는데 네트워크 상황에 따라 적절히 변경하는 동적 특징이 있다.   중앙 라우팅(Centralized Routing)   RCC(Routing Control Center)라는 특별한 호스트를 사용해 전송 경로에 관한 모든 정보를 관리하는 방식이다. 따라서 패킷 전송을 원하는 송신 호스트는 반드시 RCC로부터 목적지 호스트까지 도착하기 위한 경로 정보를 미리 얻어야 한다. 이 정보를 이용해 송신 호스트는 소스 라우팅과 동일한 원리로 패킷을 전송할 수 있다. 중앙 라우팅의 장점은 경로 정보를 특정 호스트가 관리하기 때문에 다른 일반 호스트가 경로 정보를 관리하는 부담을 줄일 수 있다는 것이다. 그러나 네트워크 규모가 커짐에 따라 RCC에 과중한 트래픽을 주어 전체 효율이 떨어질 수 있다는 단점이 있다.   계층 라우팅(Hierarchical Routing)   분산 라우팅 기능과 중앙 라우팅 기능을 적절히 조합하는 방식으로, 전체 네트워크의 구성을 계층 형태로 관리한다. 일반적으로 네트워크 규모가 계속 커지는 환경에 효과적이다.   참조문헌: 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크

2025년 02월 06일