'WHY' than 'HOW'

라우팅 테이블 

• netstat -r  명령어로 확인 가능
• 네트워크 대역을 찾아가는 지도와 같음

다른 네트워크와 통신하는 과정

A라는 컴퓨터가 다른 네트워크 대역에 있는 B와 통신하는 과정

1.  A는 자신의 라우팅 테이블을 확인한다.
     ( 이 때, B의 네트워크 대역( 192.168.20.0/24 )이 있어야지만 통신이 가능함 )

2. A는 ICMP 요청을 위한 프로토콜 작성

• ICMP 프로토콜 Type에서 요청은 08, 응답은 0임 

• IP 프로토콜 작성

• Ethernet 프로토콜 작성 ( 목적지 MAC 주소는 무엇으로 세팅될까? )
  • Ethernet은 가까운 곳 통신을 위한 프로토콜
  • 라우팅 테이블을 확인하면 B의 IP로 가기 위해서는 192.168.10.1로 가야함
  • 즉, Ethernet 프로토콜은 게이트웨이의 MAC 주소 ( 192.168.10.1 )로 설정됨

3. 패킷 전송

• Switch는 2계층 장비로 2계층인 Ethernet까지만 까보고 목적지 MAC으로 패킷을 전달함 ( C에게 )

4. C( MAC 주소가 cc : cc : cc : cc : cc :cc 인 장비 )는 다른 네트워크 대역으로 패킷 전달

• 먼저, 2계층인 Ethernet의 목적지 MAC을 확인하여 올바르게 온 것인지 확인
• 3계층 IPv4의 IP 주소가 자신의 IP와 다르므로 자신의 라우팅 테이블을 확인

• Ethernet 프로토콜만 다시 만들어서 라우팅 테이블에 해당하는 MAC 주소로 목적지를 변경해서 보냄

5. 3계층 장비인 라우터가 패킷을 받음

• 3계층까지 확인해보고 자신의 라우팅 테이블 보고 Ethernet 프로토콜을 수정해서 보냄

6. B의 공유기가 패킷을 받고, 안쪽 네트워크 대역으로 보내줘야 하므로 Ethernet 프로토콜을 다시 작성해서 보냄

7. Switch를 거쳐 B에게 전송 

• B는 ICMP 요청이 왔음을 확인하고 Type을 00으로 바꿔 반대로 다시 수행하여 A에게 응답 전달

이 과정에서 중간중간 MAC 주소를 모른다면 ARP로 MAC을 알아오는 과정이 있다
Ethernet 프로토콜은 네트워크 대역이 변경될 때마다 재작성된다.

다음 강의를 정리했습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=tVntagSJctc&list=PL0d8NnikouEWcF1jJueLdjRIC4HsUlULi&index=13&ab_channel=%EB%94%B0%EB%9D%BC%ED%95%98%EB%A9%B4%EC%84%9C%EB%B0%B0%EC%9A%B0%EB%8A%94IT

IPv4 프로토콜

IPv4가 하는 일

• 네트워크 상에서 데이터를 교환하기 위한 프로토콜
• 데이터가 정확하게 전달될 것을 보장하지 않는다. ( 4계층에서 재전송 등으로 보장해줌 )
• 중복된 패킷을 전달하거나 패킷의 순서를 잘못 전달할 가능성도 있다.
• 신뢰성 있는 통신은 4계층이 담당

IPv4 프로토콜의 구조

• 20Byte + ( 옵션:: 4Byte씩 추가로 최대 10개 붙을 수 있고 일반적으로 옵션 없이 사용 ) 
• Source Address : 출발지 IP 주소
• Destination Address : 목적지 IP 주소
• Version : IP 버전 ( IPv6는 구조 자체가 달라서 사실상 0x4로 고정 )
• IHL : IP 프로토콜의 헤더의 길이( 20 ~ 60Byte )를 4로 나눈 수로 씀.
  ex ) 20인 경우 = 0101  
• TOS : 서비스의 형식이지만 지금은 사용하지 않아 전부 0으로 비워져있음.
• Total Length : 상위 계층으로부터 Encapsulation 해서 내려온 페이로드까지 합친 전체의 길이 
• Identification & IP Flags & Fragment Offset : 데이터가 큰 경우 작게 쪼개서 보내는 데 이때 쪼개진 데이터를 알아보기 위해 사용되는 값
  • Identification : 쪼개진 데이터를 식별하는 ID , 쪼개진 애들끼리는 같은 ID를 갖는다.
  • IP Flags : 3bit
    ( X : 안씀 / Don't fragmentation : 패킷을 보내는 사람이 데이터를 쪼개지 않고 보낸다고 명시하는 것. 그러나 최대 전송 단위보다 큰 경우 전송이 안 됨 / More fragmentation: 조각화가 일어나서 더 많은 패킷이 있으니 기다리라고 알려주는 표시 )
  • Fragment Offset : 받는 쪽에서는 쪼개진 순서대로 오지 않을 수 있으므로, 순서를 알 수 있게 시작 부분으로부터 얼마만큼 떨어진 조각인지 표기하는 부분
• Time To Live(TTL) : 네트워크 패킷의 수명으로 특정 숫자값, 3계층 장비인 라우터 등을 하나씩 넘어갈 때마다 1씩 줄어듦. 인터넷에 네트워크 패킷이 계속 살아있는 것을 방지한다.
  • Protocol : 상위 프로토콜이 어떤 것인지 알려줌 ( ICMP(3계층 01), TCP(4계층 06), UDP(4계층 11))
•  Header Checksum : 헤더에 오류가 있는지 없는지 확인하는 값

ICMP 프로토콜

ICMP가 하는 일

• ICMP ( Internet Control Message Protocol , 인터넷 제어 메시지 프로토콜 )로 상대방과 통신이 되는지 안 되는지 확인하는 역할
• 네트워크 컴퓨터 위에서 돌아가는 운영체제에서 오류 메시지를 전송 받는 데 주로 쓰인다
• 프로토콜 구조의 Type과 Code를 통해 오류 메시지를 전송 받는다

ICMP 프로토콜의 구조

• Type : 대분류 중 아래 5가지는 알아두기
  • 0, 8 ( Echo Reply, Echo ) : 기본적인 통신 확인에 사용되는 타입으로 8로 요청 0으로 응답
  • 3 ( Destination Unreachable ) :  목적지에 도달하지 못한 상태 ( 가는 경로에서 문제가 발생 )
  • 11 ( Time Exceded ) : 목적지까지 갔는데 응답을 받지 못한 상태 ( 상대방의 문제 :: 상대 방화벽 등 )
  • 5 ( Redirect ) : Redirect는 예전에 쓰던 것으로 원격지에 있는 상대방의 라우팅 테이블을 ICMP로 수정할 때 사용
• Code : 소분류

다음 강의를 정리한 내용입니다.

https://www.youtube.com/watch?v=_i8O_o2ozlE&list=PL0d8NnikouEWcF1jJueLdjRIC4HsUlULi&index=9&ab_channel=%EB%94%B0%EB%9D%BC%ED%95%98%EB%A9%B4%EC%84%9C%EB%B0%B0%EC%9A%B0%EB%8A%94IT

https://www.youtube.com/watch?v=JaBCIUsFE74&list=PL0d8NnikouEWcF1jJueLdjRIC4HsUlULi&index=10&ab_channel=%EB%94%B0%EB%9D%BC%ED%95%98%EB%A9%B4%EC%84%9C%EB%B0%B0%EC%9A%B0%EB%8A%94IT

ARP 프로토콜

• ARP 프로토콜은 같은 네트워크 대역에서 통신을 하기 위해 필요한 MAC 주소를 IP 주소를 이용해서 알아오는 프로토콜

ARP 프로토콜의 구조

• 총 28Byte 
• Source Hardware Address : 출발지의 MAC 주소 ( 6Byte )
• Source Protocol Address : IP 주소 ( 4Byte )
• Destination Hardware Address : 목적지의 MAC 주소 ( 6Byte )
• Destination Protocol Address  : 목적지의 IP 주소 ( 4Byte )
• Hardware type : 2계층에서 사용하는 프로토콜의 타입 ( Ethernet 프로토콜 : 0x 0001  ) 
• Protocol type : Source Protocol Address의 프로토콜 타입 ( IPv4 : 0x 0800 ) 
• Hardware Address Length : MAC주소의 길이 ( 6Byte : 06 )  
• Protocol Address Length : IP주소의 길이 ( 4Byte : 04 )
• Opcode : Operation Code, 어떻게 동작하는지 나타내는 코드
  => 수행하는 동작이 요청인 경우( 0001 ), 응답인 경우( 0002 ) 

ARP 프로토콜을 사용하여 MAC 주소를 알아오는 과정

• 같은 네트워크 대역에서 A컴퓨터가 C컴퓨터의 MAC을 알고 싶은 상황. ( A는 C의 IP 알고 있는 상황 (192.168.0.30) )

(1) A는 ARP 요청 프로토콜을 만들고 앞에 2계층 프로토콜인 Ethernet 프로토콜을 캡슐화 ( 앞에 붙임 )

참고사항 : Ethernet의 구조 ( 목적지 MAC, 출발지 MAC, 상위 프로토콜 타입 ) 

A가 만든 ARP 요청 프로토콜 
( 요청이므로 Opcode가 1이고, 목적지의 MAC 주소는 모르기 때문에 0으로 비워둠 ) 

ARP에 Encapsulation 하는 2계층의 Ethernet 프로토콜 

• 목적지 MAC주소가 0xFFFFFFFFFFFF (전부 1)인 상황 : 이런 식으로 MAC 주소를 1로 꽉 채우는 경우 Broad Cast 
• 즉, 같은 네트워크 대역에 있는 모두에게 보냅니다.

(2) 2계층 장비인 Switch가 MAC주소를 확인하여 보내는 역할을 수행

• Ethernet 프로토콜을 디캡슐화해서 보고 목적지 MAC 주소 확인하고 보냄
• 2계층 장비는 2계층까지 확인( 3계층인 ARP는 까보지 않음 )
• MAC 주소가 Broad Cast이므로 같은 네트워크 대역 모두에게 전송

(3) 받은 모든 곳에서 Decapsulation 과정을 거침

• 2계층인 Ethernet을 까보니 도착지가 Broad Cast로 제대로 온 것이 맞음
• 따라서 3계층까지 Decapsulation해서 확인 ( A가 보낸 ARP 요청 프로토콜 )
• 자기의 IP 주소와 목적지 IP 주소가 일치하지 않는 곳은 패킷을 버림 ( C를 제외한 모두 )

(4) C는 ARP 응답 프로토콜은 만들고 Ethernet 프로토콜을 Encapsulation해서 다시 보냄

• ARP 응답 프로토콜 
  • 응답이므로 Opcode는 2
  • 출발지 MAC 주소에 C의 MAC 주소를 써서 보냄
  • 목적지 MAC 주소는 보낸 주소를 씀 ( A의 MAC 주소 :: Ehternet에 보낸 MAC 주소 정보가 있으니 활용 )
• Ethernet 프로토콜
  • 브로드캐스트를 할 필요가 없으니 목적지 MAC 주소로 A의 MAC 주소를 입력
  • 출발지 MAC은 C의 MAC 주소
  • 상위 프로토콜 타입은 ARP이므로 0806

(5) Switch는 2계층인 Ethernet까지 Decapsulation하고 목적지인 A에게 전달 

(6) A는 받은 패킷을 Decapsulation하여 c의 MAC 주소가 cc cc cc cc임을 알고 ARP 캐시 테이블에 이 내용을 저장합니다.

• ARP 캐시 테이블은 IP주소와 MAC주소를 저장한 구조
• 통신했던 컴퓨터들의 주소는 ARP 캐시 테이블에 남음

다음 강의를 정리한 내용입니다.

https://www.youtube.com/watch?v=LDsp-Xb168E&list=PL0d8NnikouEWcF1jJueLdjRIC4HsUlULi&index=8&ab_channel=%EB%94%B0%EB%9D%BC%ED%95%98%EB%A9%B4%EC%84%9C%EB%B0%B0%EC%9A%B0%EB%8A%94IT

3계층의 기능

• 다른 네트워크 대역( 서로 다른 LAN )에 존재하는 네트워크까지 어떻게 데이터를 전달할지 제어하는 일을 담당
• 발신에서 착신까지 패킷의 경로를 제어
• IP 주소를 사용 ( cmd :: ipconfig 명령어로 확인 가능)
  • IPv4 주소 : 현재 PC에 할당된 IP주소
  • 서브넷 마스크 : IP 주소에 대한 네트워크의 대역을 규정하는 것
    :: 네트워크 대역을 어디서부터 할 지 지정하는 역할  
  • 게이트웨이 : 외부와 통신할 때 사용하는 네트워크의 출입
•  3계층 프로토콜
  • ARP 프로토콜 : IP주소를 이용해 MAC주소를 알아오는 프로토콜
  • IPv4 프로토콜 : WAN에서 통신할 때 사용하는 프로토콜
  • ICMP 프로토콜 : 서로가 통신되는지 확인할 때 사용하는 프로토콜

일반적인 IP 주소

• 총 4Byte, 10진수로 씀 ( 범위 : 0 ~ 255 )
• 필드가 총 4개로 1Byte씩 나누어져 있으며 '.'으로 구분 

Classful IP 주소

• 필드 단위로(classful) 네트워크를 구분하였기 때문에 주소의 낭비가 심한 방법
• A클래스 : 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255  
  0 0000000.00000000.00000000.00000000 ~ 01111111.11111111.11111111.11111111
• B클래스 : 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
  10 000000.00000000.00000000.00000000 ~ 10 111111.11111111.11111111.11111111
• C클래스 : 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
  110 00000.00000000.00000000.00000000 ~ 110 11111.11111111.11111111.11111111
• D클래스 : 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
  1110 0000.00000000.00000000.00000000 ~ 1110 1111.11111111.11111111.11111111
• E클래스 : 240.0.0.0 ~ 255.255.255.255
  1111 0000.00000000.00000000.00000000 ~ 1111 1111.11111111.11111111.11111111
• 클래스에는 여러 개의 네트워크 대역이 존재함 ( A-1 네트워크 대역, A-2 네트워크 대역 등 ) 
  
  • A 클래스: 첫번째 필드까지 네트워크 대역 구분 
    0. 0.0.0 ~ 127.255.255.255 => 맨 앞 필드(1Byte)로 대역을 구분함 ( 총 128개 ) 
    : 여러 개의 네트워크 대역을 구분하는 것보단 하나의 내역에 많은 pc를 구분할 수 있음 ( 약 1670개 )
    
  • B 클래스 : 두번째 필드까지 네트워크 대역 구분
    128.0. 0.0 ~ 191.255. 255.255 
  • C클래스 : 세번째 필드까지 네트워크 대역 구분
    매우 많은 네트워크 대역, 256개의 pc 구분하므로 일반 pc에 많이 사용
  • D클래스 : 멀티캐스트를 위해 남겨둔 주소
  • E클래스 : 예약, 실험용으로 남겨둔 주소

Classfulless IP 주소

• 필드 단위로 구분하지 않고, 서브넷 마스크를 사용하여 네트워크 대역을 구분하도록 변경
• 서브넷 마스크로 어떻게 구분??
  • 서브넷 마스크는 4Byte이고 2진수로 표기했을 때 1로 시작하며, 1과 1사이에는 0이 올 수 없다는 규칙을 가지고 있다.  ( 0이 나오면 그 이후는 계속 0 ) ex:: 255.255.255.192 -> 11111111.11111111.11111111.11000000
  • 서브넷 마스크 1이 있는 곳까지 네트워크 대역 구분, 0인 부분에서부터 각 네트워크 내역의 pc를 구분
    ex:: 11111111.11111111.11111111.11000000인 경우 pc는 2^6 = 64대 구분 가능
    -> 낭비되는 주소가 줄어듦 

Classless IP 주소

• 현재 사용하는 IPv4로 사설 IP와 공인 IP와 함께 사용
• 공인 IP : 인터넷 네트워크 통신망이랑 통신할 때 사용하는 IP 주소
• 사설 IP : 같은 네트워크 대역에서 사용하는 IP 주소
• 사설 IP를 사용하는 장비들은 외부와 통신할 때 공인 IP로 바꿔서 통신하여 부족한 현상 해결
• 외부에서는 사설 IP 대역의 pc를 구분할 수 없다. 공유기에게 데이터 전달하고 공유기가 그 역할을 수행
  ( NAT : Network Address Translation , 사설 IP 주소를 공인 IP 주소로 바꾸는 기술 )  

사설 IP와 공인 IP의 특징

• 인터넷 세상에서는 공인 IP로만 통신, 외부 네트워크 대역에서는 사설 IP 대역이 보이지 않음
• 공유기가 NAT Table에 어떤 대상이 요청했는지 전달하고 응답이 오면 그 대상 pc에게 전달하는 것
  • NAT Table에 없는데 요청 기록이 없는데 응답이 온다면??
    : 공유기가 받고 끝남, 이러면 만약 사설 IP에 있는 서버에게 요청이 전달되지 않을 수 있음 
      그래서 서버는 보통 공인 IP를 사용하거나 추가적인 설정을 해줘야함
      그 추가적인 설정이 바로 포트 포워딩( Port Forwarding ) // Port 는 4계층에서 다룰 예정
• 공인 IP 1개당 2^32개의 사설 IP

특수한 IP 주소

• 0.0.0.0 : wildcard, 나머지 모든 IP
• 127.0.0.1, 127.0.0.2 등 : 127.0.0.으로 시작하는 IP들, 자신의 pc 
• 게이트웨이 주소 : 일반적으로 공유기의 IP, 그 중 쓸 수 있는 가장 낮거나 높은 값 ( 외부로 나가는 문이라는 뜻 ) 

아래 강의를 정리한 내용입니다.

https://www.youtube.com/watch?v=s5kIGnaNFvM&list=PL0d8NnikouEWcF1jJueLdjRIC4HsUlULi&index=6&ab_channel=%EB%94%B0%EB%9D%BC%ED%95%98%EB%A9%B4%EC%84%9C%EB%B0%B0%EC%9A%B0%EB%8A%94IT