* network layer:

host,router 마다 IP 프로토콜이 있다. router는 IP의 헤더 필드 검사 best-effort service(최선형 서비스): 최선을 할뿐 보장은 못한다.

sending:세그먼트를 캡슐화 하여 into datagram

receiving: 위계층(transport layer)에 세그먼트를 전송

* forwarding(전달) - Data plane: 패킥이 라우터의 입력 링크에 도달했을 때 라우터는 그 패킷을 적절한 출력 링크로 이동

hard ware: 나노 세컨
input -> forwarding table로 인해서 -> 알맞는 output
* routing(라우팅) - Control plane : 송신자가 수신자에게 패킷을 전송할 때 네트워크 계층은 패킷 경로를 결정
soft ware: 밀리 세컨
라우팅 알고리즘: 경로 계산 알고리즘(모든 라우터에서 실행
forwarding table을 만드 는것

네트워크 전반에 걸쳐 출발지에서 목적지까지 datagram의 종단간 경로를 결정
Two control-plan approaches:
1. 전통적인 라우팅 알고리즘: 라우터에 존재
2. software-defined networking(SDN): 서버에 존재
  - 데이터 평면과 제어 평면의 기능을 분리

* forwarding table: 라우터는 도착하는 패킷 헤더의 필드 값을 조사하여 패킷을 forwarding

    control plan
    data plan 
    원격 컨트롤러(Remote Controller): forwarding table을 계산과 배분 - 1. 전통적:   <img src="https://user-images.githubusercontent.com/86946575/165719460-5c7e07e9-09aa-48b0-b9a8-899388ba6a14.png" alt="image" style="zoom:50%;" />   

2.SDN:
목적지 기반 전달：범위
32bit 주소
####b # logest orefix matching(최장 프리픽스 매칭 규칙 )

테이블에서 가장긴 대응 엔트리를 찾고, 여기에 연관덴 링크 인테페이스로 패킷을 보낸다.

* Network service model: 송수신 호스트 간 패킷 전송 특성을 정의

보장된 전달 :패킷이 source 부터 dest까지 도착 보장
지연 제한 이내 보장된 전달: 패킷의 전달 보장뿐만 아니라 특정 지연 제한 안에 전달
In order 패킷 전달: 패킷이 송신된 순서로 도착 보장
최소 대역폭 보장: 패킷 간 간격 변화에 대한 제한 사항

보안:기밀성 제공

     ATM (AsynchronousTransfer Mode,비동기 전달 모드)
     ATM CBR(constantBit rate): 고정 비트율 서비스
     ATM ABR(available Bit rate): 가용비트율서비스, VBR(가변)

     Internet QoS Architecture: 차등화서비스(DiffServ)  & 통합서비스(IntServ)

라우터 내부

* 1. Input prot (입력 포트)

입력포트에서 검색 기능을 수행한다.forwarding table을 참조해 패킷이 스위칭 구조를 통해 전달되는 출력포트를 결정

포트: 물리적인 입출력 라우터 인터페이스

목적지 기반 전달 : 입구에서 최종목적지를 검색하고  최종으로 연결되는 교차로 출구를 결정한 후  운전자에게 알려준다

일반적인 전달 :　목적지 외에도 많은 요인들로 인해 자동차의 출구를 결정한다.

▪ TCAM (내용 주소화 기억장치):

32bitIP주소가메모리에제공되면
해당주소에대한포워딩테이블항목의내용을반환
(0,1, x) 3가지입력가능

Head-of-the-Line(HOL) blocking: datagram queue 전달 할때 다른 queque 앞에 가지 못한다.

* 2. switching fabric(스위칭 구조)

라우터의 입력 포트와 출력 포트를 연결한다. (라우터 내부에 있다)

switching rate: input에서 output까지 전송 속도

#### ▪ Switching via memory

전통적인 I/O방식

packet을 memory에 복사하고 다시 output으로 전송

단점:
- 처리 속도 늦음
- 2 bus
▪ Switching via a bus

memory 를 격는게 아니라 Bus를 통해서 바로 ouput 연결 （shared bus ： 백플레인 버스）
32Gbps bus：Cisco 5600
장점:
- 속도는 빠르다
단점:
- 동시에 전송 x ,한번에 하나
- 속도 제약 x
▪ Switching via interconnection network(crossbar)
60Gbps bus: cisco 12000
장점: 동시에 전송 가능

단점: 비용 많이 든다.

  banayan network: 다단계 스위칭 구조
   c
  level을 둬서 level을 통해 연결 하므로 적절한 비용
  switch는 적지만  crossbar 보다보니 충돌이 발생하는 확율이 높다.

* 3. Output

스위칭 구조에서 수신한 패킷을 저장,필요한 link layer 및 physical layer 기능을 수행하여 패킷을 전송

buffering, scheduling

라우팅 프로세스

전통적 : 라우팅 프로토콜을 실행하고 라우팅 테이블 과 연결된 링크 상태 정보를 유지 관리하며 forwarding table을 계산

SDN : 라우팅 프로세스는 원격 컨트롤러와 통신해서 원격컨트롤러에서 계산된 forwarding table을 수신하고 입력 포트에 이런 항목 설치

AQM (ActiveQueue Mgmt)은 라우터에서 사용되고 있으며 큐의 순간적 길이나 평균 길이를 관찰하여 혼잡을 예측하고 탐지하는 알고리즘 사용,라우터 큐에서 혼잡 상태정보를 단말 호스트로 전달하여, 혼잡 회피 제어
AQM 알고리즘의 하나인 RED (random early detection)는 패킷을 무작위로 폐기 시켜 혼잡제어를하는 큐기반의 혼잡 제어 기술

Scheduling mechanisms

scheduling : 다음 어느 패킷이 링크로 전송되는지 선택

1. FIFO

오는 순서에 따라 전송
discard policy: if packet arrives to full queue: who to discard?
- tail drop: drop arriving packet
- priority: drop/remove on priority basis
- random: drop/remove randomly

2. priorty: 우선 정책

두개의 queue을 high prioiry 와 low priority로 나눠서 High만 먼저 전부 내보내고 low를 내보냄

3.RR(라운드 로빈)

두개의 queue지만 각각 하나하나씩 내보냄 -

4. WFQ (가중치 부여 RR)

queue를 3개로 나누어
- 10번중 5번 3번 2번 이렇게 가중치를 줘서 전송

IP:Internet protocol

network layer에 있는 3 가지
1. routing protocols
  - forwarding table. path selection
2. IP protocol
  - addressing 모임
  - datagram format
3. ICMP protocol
  - error reporting
  - router signaling

IP datagram format

ver(버전): IPv4 or IPv6
head.len (헤더 길이) : byte
type of service [TOF]: data 서비스 :리얼타임, 스케쥴링
length:data 길이
16-bit identifier, figs, fragment offset : 단편화에 사용 (MTU:1500byte)
time to live: router를 지나갈수 있는 횟수
upper layer(윗층) : TCP,UDP
Header checksum:TTL 필드와 옵션 필드의 값이 변경됨, 각 라우터에서 재계산

fragmentation(단편화)

largest possible link-level frame
마지막 목적지에서 볶합
datagrame이 4000이면 최대 1500(1480)으로 단편화해서 전송
offset은 8의 배수로 나눈다
fragflag는 1 , 마지막에 0 setting

IPv4

IPv4 address: 32bit
라우터는 여러개 interfaces 있다
subnet
subnet은 라우터 없이도 서로 통신가능 한것을 말한다.(local 영역 능력)
- 직접,인터넷 스위치를 통해
IP 주소의 동일한 서브넷 부분을 가진 장치 인터페이스

subnet part : 223.1.1.0/24 [앞 24bit 가 subnet ] subnet mask:[/24] 24면 앞 24 host part : 223.1.1.0/24 [ 마지막 8bit가 host 구분 ]

CIDR (classless Inter Domain Routing)

subnet mask을 /24로 제한 하는 것이 아니라 [/20,/21] 등 여러 bit로 설정

IP broad cast 주소: 255.255.255.255 (port:고정 67) : 같은 subnet에 있는 모든 호스트에 한테 전송

DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol

DHCP서버는 주로 router안에 있다 DHCP -> UDP 사용 서버에서 동적으로 주소를 획득하는 것

반납

재사용

연결시에만 사용

6x8 =48bit (16진수) ; IP subnet broadcast:255.255.255.255

DHCP의 4가지 상태
1. DHCP discover: host의 broadcast에 메시지 전송
2. DHCP offer : 응답, 주소 알려줌
3. DHCP request: 알려준 address을 사용한다고 broadcast에 메시지 전송
4. DHCP ACK: 확정

DHCP 추가 확보 해야하는 것
1. address of first-hop router for client
2. DNS 서버의 이름이랑 주소 확보
3. network mask
  
  그냥 주소 할당: DHCP -> CIDR
  
  그룹별 라우터 관리: IP addres의 subnet부분을 획득 (주소 블럭):isp’s block, isp 주소 공간 주소 블럭: 각각 조직 들이 나눠져 있다 조직: 200.23.16.0/23 ,200.23.17.0/23 …200.23.30.0/23 Fly-By-Night-ISP: 인터넷에게 200.23.16.0/23 으로 시작하는 주소를 보내기

NAT (주소 변환)

NAT 상자는 헤더 IP 주소와 포트 번호를 다시 씁니다

NAT translation table에서 WAN,LAN쪽으로 나눠서 관리 WAN,LAN은 서로 대응한다.
로컬 네트워크는 외부 세계에 관한 한 단 하나의 IP 주소를 사용합니다: Port 번호
16bit prot-number field
NAT 논란 사항
1. router는 3계층만 사용해야 하는데 4계층의 port 번호 사용
2. 주소 부족은 IPv6으로 해결
3. P2P applications에서 문제
4. 처음부터 외부에서 들어면 어떡함?
  - 해결: 포트 포워딩 방법 사용(포트 연결)

IPv6

IPv4의 주소 고갈 때문에 개발

주소

32bit -> 128bit 주소 공간

anycast address:애니캐스트 주소로 명시된 데이터그램은 호스트 그룹의 어떤 이에게도 전달될수 있다.

헤더(header)

40byte

흐름 라벨링(flow lable)

20bit 필드로 동일한 ‘흐름’에서 데이터 그램을 식별합니다

버전

IPv4-6

트랙픽 클래스(pri)

흐름의 데이터 그램 중 우선 순위

payload len

16bit:헤더의 뒤에 추가 된 바이트 길이: unsigned integer

next header

위 계층의 프로토콜(UDP,TCP)

hop limit

데이터 그램의 수명: 라우터 하나지날때마다 하나 감소\

단편화(fragmentation)

출발지와 목적지에서만 실행: 중도에서 너무 크면 ICMP오류를 보내 송신자가 다시 보낸다

시간이 너무 걸려서 ,라우터에서 이 기능을 삭제 하였다.

head checksum

처리시간을 줄이기 위해서 삭제

option

표준은 아니지만 필요하면 , next header에 중 하나가 된다.

IPv4 to IPv6

터널링: IPv4 라우터 간에 IPv4 데이터그램에서 페이로드로 운반되는 IPv6 데이터그램

캡슐화: IPv6를 IPv4의 payload에 저장해서 전달

SDN

라우터+ 스위치=패킷 스위치
일반적으로 라우터 포워딩 결정은 패킷의 목적지 주소만 기반
SDN은 네트워크 기능과 특정 링크 계층 기능을 제공하기위한 통합된 접근 방식

openflow

Router
- • match: longest destination IP prefix
- • action: forward out a link
Switch
- match: destination MAC address
- action: forward orflood
Firewall
- match: IP addresses and TCP/UDP port numbers
- action: permit or deny
NAT
- match: ip address and port
- action: rewrite address and port

flow table in a router ,define router’s match+ action rules

• Pattern: match values in packet header field • Actions:[drop, forward, modify]삭제, 전달, 수정, 일치하는 패킷 또는 일치하는 패킷을 컨트롤러로 보냅니다.
```
  drop: 아무 동작이 없는 플로우 테이블 항목은 일치된 패킷을 삭제 해야 함을 나타남
  modify: 패킷이 선택된 출력 포트로 전달되기 전에 10개의 패킷 헤더 필드의 값을 다시 쓸수 있다.
```

match + actuib openflow

부하 균등화 (load balacing)

Network Layer- data plane

* network layer:

* forwarding(전달) - Data plane: 패킥이 라우터의 입력 링크에 도달했을 때 라우터는 그 패킷을 적절한 출력 링크로 이동

* routing(라우팅) - Control plane : 송신자가 수신자에게 패킷을 전송할 때 네트워크 계층은 패킷 경로를 결정

* forwarding table: 라우터는 도착하는 패킷 헤더의 필드 값을 조사하여 패킷을 forwarding

* Network service model: 송수신 호스트 간 패킷 전송 특성을 정의

라우터 내부

* 1. Input prot (입력 포트)

* 2. switching fabric(스위칭 구조)

▪ Switching via a bus

▪ Switching via interconnection network(crossbar)

* 3. Output

Scheduling mechanisms

1. FIFO

2. priorty: 우선 정책

3.RR(라운드 로빈)

4. WFQ (가중치 부여 RR)

IP:Internet protocol

IP datagram format

fragmentation(단편화)

IPv4

subnet

CIDR (classless Inter Domain Routing)

IP broad cast 주소: 255.255.255.255 (port:고정 67) : 같은 subnet에 있는 모든 호스트에 한테 전송

DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol

DHCP의 4가지 상태

DHCP 추가 확보 해야하는 것

NAT (주소 변환)

IPv6

IPv4 to IPv6

SDN

openflow

match + actuib openflow