네트워크 계층

네트워크 계층 프로토콜의 종류 및 설명
네트워크 계층(OSI 7계층의 3계층 또는 TCP/IP 4계층의 인터넷 계층)은 데이터를 발신지에서 최종 목적지까지 여러 네트워크를 거쳐 전달하는 역할을 담당합니다. 이 계층에서 사용되는 주요 프로토콜들은 데이터 패킷의 주소 지정, 경로 설정(라우팅), 오류 및 제어 메시지 전달 등의 기능을 수행합니다.
주요 네트워크 계층 프로토콜은 다음과 같습니다.

1. IP (Internet Protocol)
   IP는 네트워크 계층의 가장 핵심적인 프로토콜로, 인터넷 통신의 기반을 이룹니다. 데이터 패킷에 고유한 IP 주소를 부여하고, 이 주소를 기반으로 패킷이 목적지까지 전달될 경로를 결정하는 역할을 합니다.
   • 주요 기능:
   • 주소 지정 (Addressing): 각 장치에 고유한 논리적 주소인 IP 주소를 할당하여 장치를 식별합니다. 현재 IPv4와 IPv6 두 가지 버전이 사용됩니다.
   • 패킷화 (Packetization): 상위 계층으로부터 받은 데이터를 '패킷'이라는 작은 단위로 분할하고 IP 헤더를 붙여 전송 가능한 형태로 만듭니다.
   • 경로 설정 (Routing): 패킷의 목적지 IP 주소를 기반으로 네트워크 상에서 패킷이 이동할 최적의 경로를 결정하고 다음 라우터로 전달합니다.
   • 비연결성 (Connectionless): 데이터 전송 전에 별도의 연결 설정 없이 패킷을 독립적으로 전송합니다.
   • IP 버전:
   • IPv4: 32비트 주소 체계를 사용하며 현재 가장 널리 사용되고 있지만 주소 고갈 문제가 있습니다.
   • IPv6: 128비트 주소 체계를 사용하여 IPv4의 주소 고갈 문제를 해결하고 더 많은 기능을 제공합니다.
2. ICMP (Internet Control Message Protocol)
   ICMP는 IP 프로토콜을 지원하기 위한 보조 프로토콜로, IP 데이터그램을 처리하는 중에 발생하는 오류나 예상치 못한 상황을 알리거나 네트워크 상태를 진단하는 데 사용됩니다. ICMP 메시지는 IP 데이터그램에 캡슐화되어 전송됩니다.
   • 주요 기능:
   • 오류 보고: 목적지에 도달할 수 없거나 패킷의 수명(TTL)이 만료되는 등 데이터 전송 중에 발생한 오류를 발신자에게 알립니다.
   • 네트워크 진단: 네트워크 관리 및 문제 해결을 위한 메시지를 제공합니다. 예를 들어, ping 명령어는 ICMP의 Echo Request 및 Echo Reply 메시지를 사용하여 특정 호스트의 응답 상태를 확인합니다. traceroute 명령어 역시 ICMP 메시지를 활용하여 목적지까지의 네트워크 경로를 추적합니다.
   • 제어 메시지: 네트워크 혼잡이나 경로 변경 등의 상태를 알리는 제어 메시지를 전달합니다.
3. ARP (Address Resolution Protocol)
   ARP는 네트워크 계층의 논리적 주소인 IP 주소를 데이터 링크 계층의 물리적 주소인 MAC 주소로 변환하는 데 사용되는 프로토콜입니다. 동일한 네트워크(LAN) 내에서 통신할 때 IP 주소만으로는 장치를 직접 식별할 수 없기 때문에 MAC 주소가 필요하며, ARP가 이 변환 과정을 수행합니다.
   • 작동 방식:
   • 어떤 장치가 동일 네트워크 내의 다른 장치와 통신하려고 할 때, 통신 대상의 IP 주소는 알지만 MAC 주소를 모르는 경우 ARP 요청(ARP Request) 메시지를 브로드캐스트합니다. 이 메시지에는 통신 대상의 IP 주소가 포함됩니다.
   • 동일 네트워크 내의 모든 장치는 이 ARP 요청 메시지를 수신합니다.
   • ARP 요청 메시지에 포함된 IP 주소가 자신의 IP 주소와 일치하는 장치만 해당 메시지를 처리하고, 자신의 MAC 주소를 담은 ARP 응답(ARP Reply) 메시지를 요청한 장치에게 유니캐스트로 전송합니다.
   • ARP 응답을 받은 장치는 통신 대상의 IP 주소와 MAC 주소 매핑 정보를 자신의 ARP 캐시 테이블에 저장하고, 이후 해당 MAC 주소를 사용하여 직접 통신합니다.
     이 외에도 네트워크 계층에는 다양한 라우팅 프로토콜(RIP, OSPF, BGP 등)이 존재하지만, IP, ICMP, ARP는 네트워크 통신의 기본적인 동작에 필수적인 핵심 프로토콜입니다.