네트워크 계층

네트워크 계층은 패킷을 목적지까지 전달하는 역할을 담당한다. 이를 위해 IP 주소 체계, 이동 중 IP 유지, 네트워크 상태를 제어하는 다양한 프로토콜을 사용한다.

IPv6 프로토콜

✅ IPv6는 기존 IPv4의 한계를 해결하기 위해 등장한 차세대 인터넷 프로토콜
✅ 128비트 주소 체계를 사용하여 주소 고갈 문제 해결 [[IP 프로토콜]]

📌 주요 특징

• 128비트 주소 체계: IPv4(32비트)보다 확장된 주소 공간을 제공한다.
• 주소 자동 구성: DHCP 없이 자동으로 IP 주소 할당이 가능하다.
• 패킷 크기 고정: 패킷 크기를 고정해 QoS를 개선한다.
• 보안 강화
• 멀티캐스트 지원: 브로드캐스트를 제거하고 멀티 캐스트로 대체한다.
• 헤더 단순화: IPv4 대비 헤더 구조가 간소화된다.

📌 패킷 헤더 구조

IPv6는 고정된 40바이트 헤더를 사용하며, IPv4보다 단순화된 구조다.

| Version | DS | ECN | Flow Label |
| Payload Length | Next Header | Hop Limit |
| Source Address | Destination Address |

• Version: IPv6(6)인지 표시

• Traffic Class: QoS 및 우선순위 설정, DS(6비트)와 ECN(2비트)로 구성

  • DS: 패킷의 우선순위를 결정하는 6비트 코드 -> 긴급 트래픽, 온라인 게임 패킷 같은 우선 순위가 높은 패킷이 우선 처리됨
  • ECN: 네트워크 혼잡을 감지하는 기능
• Flow Label: 패킷 흐름을 구분하여 QoS 향상
• Next Header: 다음에 올 프로토콜(TCP, UDP 등)
• Hop Limit: TTL(Time to Live)과 유사, 패킷 생명 주기 관리
• Source/Destination Address: 송신지 및 목적지 IPv6 주소

이동 IP 프로토콜 (Mobile IP)

✅ 사용자가 이동 중에도 동일한 IP 주소를 유지할 수 있도록 지원하는 프로토콜
✅ 스마트폰, 노트북 등 모바일 장치가 네트워크를 이동해도 IP 주소가 유지

📌 핵심 개념

• 홈 네트워크: 장치가 원래 등록된 네트워크
• 외부 네트워크: 장치가 이동한 네트워크
• 홈 에이전트: 원래 네트워크에서 패킷을 전달하는 역할
• 외부 에이전트: 이동한 네트워크에서 장치를 지원
• Care-of-Address(CoA): 장치가 이동한 네트워크에서 임시로 부여받는 IP

Mobile IP는 장치가 이동해도 기존 IP 주소를 유지하여 지속적인 연결을 보장

VPN, 5G 네트워크, 원격 근무 환경에서 많이 사용

📌 동작 과정

1️⃣ 모바일 장치가 원래 네트워크(Home Network)에 있음
2️⃣ 외부 네트워크(Foreign Network)로 이동하면, Foreign Agent(FA)가 Care-of Address(CoA)를 할당

• CoA는 이동 호스트의 HA에 등록되어 FA와 HA 사이에 터널을 형성하는 데 사용

3️⃣ 홈 에이전트(HA)가 외부 네트워크로 패킷을 터널링(Tunneling)하여 전달

• HA는 이동 호스트의 원래 네트워크에서 패킷을 수신하고, 터널링을 통해 외부 네트워크로 전달

4️⃣ 모바일 장치는 기존 IP를 유지하며 인터넷 사용 가능

즉, Mobile IP는 사용자가 이동 중에도 끊김 없이 네트워크를 사용할 수 있도록 해주는 핵심 기술

제어용 프로토콜 (Control Protocols)

✅ 네트워크 계층에서 패킷 전달을 효율적으로 수행하기 위해 다양한 제어용 프로토콜이 사용됨
✅ ICMP, ARP, IGMP 등은 네트워크 상태 관리, 오류 감지, 주소 변환 등의 역할을 수행함.

📌 ARP(Address Resolution Protocol)

✅ IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 프로토콜
✅ LAN에서 통신할 때 IP 주소를 MAC 주소로 변환하여 패킷을 전달함.

MAC 주소

• 송신 호스트가 물리 계층을 통해 데이터를 전송하는 과정에서 필요한 주소

ARP요청은 네트워크의 모든 노드에 브로드캐스트로 전송되며, 대상 IP를 가진 장치는 자신의 MAC 주소를 ARP 응답으로 유니캐스트 전송

ICMP(Internet Control Message Protocol)

✅ 네트워크에서 오류 메시지를 전송하는 프로토콜
✅ 네트워크 문제를 감지하고 진단하는 데 사용
✅ 전송 과정에 문제가 발생하면 라우터에 의해 ICMP 메시지 발생

오류 보고 메시지

• DESTINATION UNREACHABLE: 수신 호스트가 존재하지 않거나 접근이 불가한 경우
• TIME EXCEEDED: 패킷의 TTL 필드 값이 0이 되어 버려진 경우

질의 메시지

• ECHO REQUEST, ECHO REPLY: 특정 호스트가 인터넷에 활성화되어 동작하는지 확인
• TIMESTAMP REQUEST, TIMESTAMP REPLY: 두 호스트 간의 네트워크 지연을 계산

📌 IGMP (Internet Group Management Protocol)

✅ 멀티캐스트 그룹을 관리하는 프로토콜
✅ 여러 장치가 동시에 같은 데이터를 받을 때 사용
ex) IPTV, 화상회의

IGMP는 방송(Broadcast) 대신 멀티캐스트를 사용하여 네트워크 효율성을 높이는 데 도움을 준다