Chapter18 Introduction to Network Layer

Packetizing

• Network layer의 첫번째 임무는 packetizing이다. payload를 encapsulate해주고 목적지에서는 payload를 decapsulate해준다.
• Network layer는 payload를 변형되지 않게 옮기는 것이 목적이다.

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Routing and Forwarding

network layer의 또 다른 목적은 routing과 forwarding이다.

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Packet Switching

• From the discussion of routing and forwarding, we infer that a kind of switching occurs at the network layer
• A router is a switch that creates a connection between an input port and an output port (or set of output ports), just as an electrical switch connects the input to the ouput to let electricity flow.

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Datagram Approach

• 인터넷이 시작 될 때, network layer는 각각의 packet을 독립적으로 다루면서 무선의 서비스를 다룰 수 있게 디자인 되었다.
• network layer는 source를 목적지에 보내는 것만이 목적이다.
• message안에 paket들은 목적지로 갈 때, 같은 경로로 가지 않을 수도 있다.

4,3,2,1 모두 다른 경로를 통해 목적지에 도착했다. Receiver에서 순서가 변형되어 온 paket들은 reorder된다.

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Virtual-Circuit Approach

• Virtual-Circuit approach는 connection-oriented service라고도 불리운다.
• message 안에 있는 datagram이 보내지기 전에, virtual connection은 datagram을 위한 길을 준비해 둬야 한다.
• connection이 시작된 후에, datagram은 같은 길을 따라갈 수 있다. 이러한 서비스에서, paket은 source와 destination address 뿐만 아니라, flow label 또한 포함해야한다. Flow label이란 virtual circuit identifier로 packet이 따라가야하는 virtual path를 정의한다.

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Network-Layer Performance

• network layer가 사용하는 service를 사용하는 upper-layer protocols는 ideal service를 받기를 기대하지만 network layer는 완벽하지 않다.
• network의 performance는 delay, throughput, 그리고 paket loss로 측정된다.
• Congestion control은 performance를 향상시킬 수 있다.

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Delay

network에서 delay는 다음과 같이 4가지로 나누어질 수 있다.

 

1. transmission delay

2. propagation delay

 

3. processing delay

4. queuing delay - 가장 delay가 많이 일어난다.

Total delay with n routers

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Throughput

• Network 안에서 point의 throughput은 그 point에서의 data의 transmission rate이다.
• paket이 길을 이동할 때 각각의 linke의 transmission rate는 다를 것이다.
• 어떻게 전체 path의 throughput을 결정할 수 있을까?

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Packet Loss

• router가 다른 packet을 processing하는 동안 paket을 받을 때, 들어온 packet은 input buffer에 저장되어 자신의 차례를 기다려야 한다.
• 하지만 router의 input buffer의 size는 제한적이므로 input buffer가 꽉 찼을 때, 다음 packet이 dropped되는 현상이 발생 할 수 있다.
• paket loss는 data를 재전송하라고 시킬 것이고, 이는 더 많는 overflow를 발생시켜 더 많은 paket loss를 유발 할 것이다.

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Congestion Control

• Congestion control은 performance를 향상시킨다.
• network layer에서의 congestion은 두가지 이슈와 관련있는데, throughput과 delay이다.

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IPv4 Addresses

• The identifier used in the IP layer of the TCP/IP protocol suite to identify the connection of each device to the Internet is called the Internet address or IP address.
• IPv4 address는 32-bit address로 host 또는 router의 Internet에 대한 연결을 정의해 준다.
• IP address는 connection의 address이지 host 또는 router의 것이 아니다.

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Address Space

• IPv4와 같은 protocol은 address space를 가진다. address space는 protocol에 의해 사용되는 전체 address의 수이다.
• 만약 protocol이 b bit를 address를 정의하기 위해 썼다면, 각각의 bit는 2개의 경우의 수(1 or 0)이기 때문에 address space는 2^b일 것이다.

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Classful Addressing

• Internet이 시작 될 때, IPv4 address는 하나의 fixed-length prefix로 디자인 되지만, 크고 작은 network 모두 수용하기 위해서는, 세가지의 fiexed-length prefix가 필요하다.(n=8, n=16, n=24)
• 모든 address space는 5개의 class들로 나누어지고 classful addressing이라고 불리운다. Classful addressing은 과거의 것이지만, classless addresssing을 이해하는데 도움을 준다.

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Classless Addressing

• Internet이 발달하면서, 더 큰 address space가 필요하게 되었다.
• 더 큰 address space를 위해서는 IP addresses 또한 증가되어야 하였고, IP packet의 format이 변형되어야 하는 것을 의미했다.
• Although the long-range solution has already been devised and is called IPv6, a short-term solution was also devised to use the same address space but to change the distribution of addresses to provide a fair share to each organization.
• Short-term solution은 여전히 IPv4 address를 사용하지만 classless addressing이라고 불린다.

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DHCP

• Block of addresses가 organization에 배정된 후에, network administration은 host 또는 router에 address를 배정 할 수 있다.
• Organization에 대한 address assignment는 Dynamic Host Configuration Protocol(DHCP)를 사용하여 자동적으로 수행 할 수 있다.
• DHCP는 application-layer program으로, network layer에서 TCP/IP를 도와주는 client-server paradigm를 사용한다.

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NAT

• In most situations, only a portion of computers in a small network need access to the Internet simultaneouly.
• A technology that can provide the mapping between the private and universal addresses, and at the same time support virtual private networks is Network Address Translation (NAT).
• The technology allow a site to use a set of private addresses for internal communication and a set of global Internet addresses (at least one) for communication with the rest of the world.

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Forwarding of IP Packets

• Forwarding은 destination address를 기반으로 한다.
• Forwarding은 host 또는 router에게 forwarding table을 가지고 있는 것을 요구한다. Host가 보내야 할 packet을 가지고 있거나 router가 forward되어야 할 packet을 받았다면, forwarding table을 이용하여 packet을 다음에 어디로 보내야 할 지 결정한다.

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Forwarding Based on Label

• A switch forwards a packet based on the lable attached to the packet. Routing is normally based on searching the contents of a table; switching can be done by accessing a table using an index.
• In other words, routing involves seraching; switching involves accessing.

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Routers as Packet Switches

• Network layer에서의 packet switch는 router라고 불리운다.
• Routers can be configured to act as either a datagram switch or a virtual-circuit switch.