TCP/IP와 라우팅 프로토콜 네트워크 통신의 기초와 핵심 기술

TCP/IP와 라우팅 프로토콜 네트워크 통신의 기초와 핵심 기술

1. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

TCP/IP는 인터넷을 포함한 대부분의 네트워크에서 기본적인 데이터 통신을 위한 프로토콜 집합입니다. 이 프로토콜은 데이터가 네트워크를 통해 어떻게 전송되고, 오류가 발생했을 때 어떻게 처리되는지를 정의합니다.

1.1 IP (Internet Protocol)

• 역할: IP는 패킷을 전송하는 데 필요한 주소 지정 및 라우팅 기능을 제공합니다. IP 프로토콜은 송신자와 수신자 간의 경로를 선택하는 데 필요한 정보를 제공합니다. 이를 위해 IP는 각 장치에 고유한 IP 주소를 할당하고, 데이터 패킷이 목적지까지 올바르게 전달되도록 합니다.
• IP 버전:
  • IPv4: 32비트 주소 체계를 사용하며, 약 43억 개의 고유한 IP 주소를 제공. 주소 공간이 한정적이어서, 주소 고갈 문제가 발생하고 있습니다.
  • IPv6: 128비트 주소 체계를 사용하여 훨씬 더 많은 주소를 제공합니다. 이는 IPv4 주소 고갈 문제를 해결할 수 있습니다.
• 패킷 전송 과정: IP는 네트워크 계층에서 동작하며, 데이터를 작은 패킷으로 분할하여 네트워크를 통해 전송합니다. 각 패킷은 목적지 주소를 포함하고 있으며, 라우터가 이 정보를 사용하여 최적의 경로를 찾습니다.

1.2 TCP (Transmission Control Protocol)

• 역할: TCP는 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 전송 계층 프로토콜입니다. 데이터가 송신자에서 수신자까지 정확하게 전달될 수 있도록 보장합니다.
• 주요 기능:
  • 연결 지향적: TCP는 데이터를 전송하기 전에 송신자와 수신자 간에 연결을 설정합니다. 이를 통해 안정적인 통신을 할 수 있습니다.
  • 흐름 제어: 수신자가 처리할 수 있는 데이터의 양을 제한하여 네트워크 과부하를 방지합니다.
  • 오류 제어: 데이터 전송 중에 오류가 발생하면 해당 패킷을 재전송하여 신뢰성 있는 통신을 보장합니다.
  • 혼잡 제어: 네트워크 혼잡을 방지하기 위해 송신자가 패킷 전송 속도를 동적으로 조절합니다.
  • 순서 보장: 데이터 패킷이 올바른 순서로 전달되도록 보장합니다.

1.3 UDP (User Datagram Protocol)

TCP와 함께 전송 계층에서 동작하는 UDP는 비연결형 프로토콜로, 빠르고 간단한 데이터 전송을 제공합니다. 오류 제어나 순서 보장이 필요 없는 애플리케이션에서 사용됩니다. 예를 들어, 비디오 스트리밍, 실시간 게임 등에서는 데이터의 빠른 전송이 중요하고, 일부 데이터 손실을 감수할 수 있습니다.

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2. 라우팅 프로토콜

라우팅 프로토콜은 네트워크에서 데이터가 최적의 경로를 통해 전달되도록 하기 위한 규칙과 절차입니다. 라우팅 프로토콜은 크게 **내부 라우팅 프로토콜 (IGP)**과 **외부 라우팅 프로토콜 (EGP)**으로 나눠집니다.

2.1 내부 라우팅 프로토콜 (IGP)

내부 라우팅 프로토콜은 동일한 Autonomous System (AS) 내에서 라우팅 정보를 교환하는 데 사용됩니다. 주요 IGP로는 RIP, OSPF, EIGRP가 있습니다.

(1) RIP (Routing Information Protocol)

• 기능: 거리 벡터 라우팅 프로토콜로, 각 라우터는 자신의 라우팅 테이블을 이웃 라우터와 주기적으로 교환합니다. 경로 선택 시 ‘홉 수’를 기준으로 가장 짧은 경로를 선택합니다.
• 특징:
  • 최대 홉 수: 15. 16 홉 이상이면 목적지로 도달할 수 없습니다.
  • 설정이 간단하지만, 대규모 네트워크에서 비효율적일 수 있습니다.
  • RIPng: IPv6에서 RIP을 지원하는 버전.

(2) OSPF (Open Shortest Path First)

• 기능: 링크 상태 라우팅 프로토콜로, 네트워크의 전체 구조를 파악하여 최단 경로를 계산합니다. 각 라우터는 자신의 링크 상태를 인접 라우터에 전파하여 네트워크 맵을 구축합니다.
• 특징:
  • 계층적 라우팅: OSPF는 큰 네트워크를 여러 영역으로 나누어 효율성을 높일 수 있습니다.
  • 빠른 수렴: 네트워크 상태 변화가 일어나면 OSPF는 신속하게 새로운 경로를 계산합니다.
  • 지원 범위: RIP에 비해 대규모 네트워크에서 효율적입니다.

(3) EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)

• 기능: Cisco에서 개발한 하이브리드 라우팅 프로토콜로, 거리 벡터와 링크 상태의 장점을 결합합니다. EIGRP는 최단 경로를 빠르게 계산하고, 최적화된 경로를 선택합니다.
• 특징:
  • 고속 convergence: 네트워크 변경 시 빠르게 경로를 재계산합니다.
  • 복잡한 네트워크 지원: 다양한 라우팅 정책을 지원하여, 기업 환경에서 유용하게 사용됩니다.

2.2 외부 라우팅 프로토콜 (EGP)

외부 라우팅 프로토콜은 여러 Autonomous Systems (AS) 간에 라우팅 정보를 교환하는 데 사용됩니다. 인터넷에서 주로 사용되는 프로토콜입니다.

(1) BGP (Border Gateway Protocol)

• 기능: BGP는 AS 간의 라우팅 정보를 교환하는 데 사용되는 프로토콜입니다. 이를 통해 인터넷 상의 다양한 네트워크가 서로 연결됩니다.
• 특징:
  • 경로 벡터 프로토콜: BGP는 경로 정보와 그 경로에 대한 속성들을 공유하여 최적의 경로를 선택합니다.
  • 정책 기반 라우팅: BGP는 정책을 설정하여 특정 경로를 우선시하거나 차단할 수 있습니다.
  • BGP-4: 최신 버전으로, IPv4 및 IPv6를 모두 지원합니다.
  • 고급 기능: AS 경계에서의 라우팅 결정, 네트워크 트래픽의 제어 및 필터링, 다양한 경로 옵션을 지원합니다.
  • 대규모 네트워크 지원: BGP는 수백에서 수천 개의 경로를 처리할 수 있어, 대규모 인터넷 네트워크에서 핵심적인 역할을 합니다.

3. 라우팅 알고리즘

라우팅 프로토콜들은 네트워크에서 최적 경로를 찾기 위해 다양한 알고리즘을 사용합니다. 가장 일반적으로 사용되는 라우팅 알고리즘은 거리 벡터 알고리즘과 링크 상태 알고리즘입니다.

(1) 거리 벡터 알고리즘

• 각 라우터는 이웃 라우터와 라우팅 테이블을 교환하여, 최단 경로를 결정합니다. 이 방법은 단순하지만, 네트워크가 커지거나 복잡해지면 비효율적일 수 있습니다.
• 예시: RIP, EIGRP.

(2) 링크 상태 알고리즘

• 각 라우터는 네트워크의 전체 맵을 구성하고, 이를 바탕으로 최단 경로를 계산합니다. 이 방식은 효율적이고 빠른 경로 계산이 가능하지만, 더 많은 자원과 시간이 필요할 수 있습니다.
• 예시: OSPF.

TCP/IP와 라우팅 프로토콜은 인터넷과 기업 네트워크에서 필수적인 요소입니다. TCP/IP는 데이터 전송의 기본을 제공하며, 라우팅 프로토콜은 데이터가 네트워크 내에서 최적의 경로로 전달되도록 합니다. 다양한 라우팅 프로토콜은 각각의 환경에 맞게 사용되며, 데이터의 효율적이고 안정적인 전달을 보장합니다.