3. Network Layer (Vermittlungsschicht)

Currently I am studying Computer Science in German. However, as my mother tongue is not german, so this cheatsheet is mixed up with German, English and Korean.

Network Layer (Vermittlungsschicht, 네트워크 계층)

Vermittlungsarten

Leitungsvermittlung

Nachrichtenvermittlung

Paketvermittlung

Adressierung im Internet

IPv4 (Internet Protocol version 4)

IPv6 (Internet Protocol version 6)

IPv6-Adressen zur besonderen Verwendung

IPv6 접두사	주소 유형	주요 특징 및 예시	라우팅 여부
::1/128	루프백 (Loopback)	컴퓨터 자신을 가리킴 (localhost). 예: 웹 브라우저에 http://[::1] 입력	X
::/128	미지정 (Unspecified)	IP를 할당받기 전 임시로 사용 (IPv4의 0.0.0.0). 예: DHCP 서버에 IP 요청 시 출발지 주소	X
fe80::/10	링크-로컬 (Link-Local)	라우터를 넘어가지 못하는 내부 통신용 주소. 예: 같은 공유기(Wi-Fi)에 연결된 장치 간 통신	X
fc00::/7	고유-로컬 (Unique-Local)	회사/기관용 사설 IP (IPv4의 192.168.x.x와 유사). 예: 회사 내부 파일 서버나 프린터에 할당	X
ff00::/8	멀티캐스트 (Multicast)	특정 그룹에 속한 여러 장치에 동시 전송. 예: 네트워크상의 라우터 그룹(ff02::2)에만 정보 전달	O
나머지	글로벌 (Global)	전 세계 유일한 인터넷용 공인 IP 주소. 예: google.com에 접속 시 사용되는 주소	O

Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC)

IPv6에서 호스트가 자신의 IP 주소를 자동으로 구성할 수 있도록 하는 메커니즘. 서버에 의존하지 않고 주소를 할당하기 때문에 stateless(상태 비저장)이라고 불림

Neighbor Discovery Protocol (NDP)

동일한 로컬 링크(단일 서브넷) 내에 있는 노드들 간의 상호 작용을 관리하는 역할

1. Address Resolution(주소 결정)
   • Neighbor Solicitation(Request): 대상 IPv6 주소를 찾기 위해 사용됨. 이 메시지는 대상 IPv6 주소의 마지막 24비트에서 파생된 Solicited-Node Multicast Address로 전송됨
   • Neighbor Advertisement(Reply): Neighbor Solicitation에 대한 응답으로 자신의 MAC 주소를 알리는 데 사용됨. 이 메시지에는 요청된 IPv6 주소와 해당 MAC 주소가 포함됨. 또한, 라우터-플래그(R), 요청-플래그(S), 오버라이드-플래그(O)와 같은 다양한 플래그를 포함하여 노드의 역할(예: 라우터 여부) 및 메시지의 맥락을 나타낼 수 있음
2. Router Discovery(라우터 탐색): IPv6 호스트는 라우터 요청(Router Solicitation) 메시지를 사용하여 네트워크에 있는 라우터를 찾고, 라우터는 라우터 알림(Router Advertisement) 메시지를 통해 자신의 존재와 네트워크 구성 정보(예: IPv6 프리픽스)를 알림
   • Router Discovery
   • Router Advertisement
3. Prefix Reconfiguration(프리픽스 재구성): 라우터 알림 메시지는 네트워크 프리픽스 정보를 포함하여 호스트가 자신의 IPv6 주소를 동적으로 구성하도록 도움
4. Next-Hop Determination(다음 홉 결정): NDP는 데이터 패킷을 보낼 때 다음 홉(Next Hop) 라우터 또는 목적지 호스트의 링크 계층 주소를 결정하는 데 사용
5. Duplicate Address Detection, DAD(주소 중복 탐지): 새로운 IPv6 주소를 사용하기 전에, 호스트는 네이버 요청 메시지를 사용하여 해당 주소가 네트워크에서 이미 사용되고 있지 않은지 확인함

Routing

Statisches Routing

네트워크 관리자가 라우터에 수동으로 경로 정보를 구성하는 방식

• Longest Prefix Matching
  • 라우터가 패킷을 수신하면, 패킷의 목적지 IP 주소와 라우팅 테이블에 있는 각 경로의 네트워크 주소를 비교
  • 이때 가장 길게(가장 구체적으로) 일치하는 프리픽스를 가진 경로를 선택하여 패킷을 전달

Dynamisches Routing

라우터가 라우팅 프로토콜을 사용하여 네트워크 경로 정보를 자동으로 교환하고 학습하여 라우팅 테이블을 구축하는 방식

1. 거리 벡터(Distance-Vector) 프로토콜 - Bellman-Ford 알고리즘

   이 프로토콜을 사용하는 라우터는 목적지까지의 다음 홉(Next Hop) 정보와 해당 목적지까지의 거리(Distanz zum Ziel)만을 알고 있으며, 이 정보를 이웃 라우터와 교환

   • RIP (Routing Information Protocol): 가장 간단한 프로토콜 중 하나로, 홉(Hop-Count) 수를 유일한 메트릭(metric)으로 사용합니다. 적은 수의 네트워크에 적합하며 대부분의 라우터에서 지원함. Count-to-Infinity 문제
   • IGRP (Interior Gateway Routing Protocol): 시스코(Cisco)의 독점 프로토콜로, RIP보다 더 복잡한 메트릭을 지원
   • EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol): IGRP의 후속 프로토콜이며, 시스코의 독점 프로토콜입니다. 수렴(convergence) 특성이 크게 개선되었음
2. 링크 스테이트(Link-State) 프로토콜 - Dijkstras 알고리즘: 이 프로토콜을 사용하는 라우터는 네트워크의 전체 토폴로지(Netztopologie)에 대한 정보를 가집니다. 각 라우터는 자신에게 직접 연결된 링크의 상태 정보를 네트워크 전체에 알리고, 이를 바탕으로 모든 라우터가 네트워크의 전체 지도를 구축함
   • OSPF (Open Shortest Path First)
   • IS-IS (Intermediate System to Intermediate System)

Autonome Routing