네트워크 패킷의 이동

네트워크 상에서 데이터(패킷)가 출발지에서 목적지까지 어떻게 이동하는지, 그 과정을 단계별로 정리해 보았습니다. 우리가 인터넷을 통해 데이터를 보낼 때, 눈에 보이지 않는 수많은 장비들이 어떤 역할을 수행하는지 알아보겠습니다.

전체 흐름도 (Network Flow Diagram)

먼저 전체적인 흐름을 인포그래픽으로 살펴보겠습니다.

단계별 이동 과정

패킷이 목적지 IP로 이동하는 과정은 크게 4단계로 나눌 수 있습니다.

(1) 로컬 네트워크 확인 및 이동 (Routing Table & MAC)

컴퓨터나 네트워크 스위치는 패킷을 보낼 때 먼저 자신의 라우팅 테이블(Routing Table)을 확인합니다.

• 동일 네트워크인 경우: 라우팅 테이블을 통해 목적지가 같은 네트워크 대역임이 확인되면, ARP(Address Resolution Protocol)를 통해 목적지의 MAC 주소를 알아내어 바로 전달합니다.
• L2 스위치의 역할: L2 스위치는 MAC 주소 테이블을 기반으로 연결된 포트로 프레임을 전달합니다.

(2) 디폴트 게이트웨이로 이동 (Default Gateway)

라우팅 테이블에 목적지로 가는 특정 경로가 명시되어 있지 않다면, 패킷은 디폴트 게이트웨이(Default Gateway)로 보내집니다.

• 디폴트 게이트웨이는 보통 상위 라우터나 L3 스위치가 됩니다.
• PC는 게이트웨이의 MAC 주소를 ARP로 찾아서 패킷을 전달합니다.

(3) DFZ (Default Free Zone)까지의 여정

상위 라우터로 전달된 패킷은 또다시 (1)과 (2)의 과정을 반복하며 인터넷 백본망으로 이동합니다.

• 이 과정은 DFZ (Default Free Zone) 영역에 도달할 때까지 계속됩니다.
• DFZ 라우터: 전 세계의 모든 네트워크 경로 정보를 가지고 있는 최상위 라우터들입니다. 이들은 "모르면 위로 보낸다(Default Gateway)"는 개념이 없으며, 자신이 가진 경로 정보에 목적지가 없으면 패킷을 폐기(Drop)합니다.

(4) 목적지 네트워크 진입 및 최종 도착

DFZ를 통과하여 목적지 IP 대역이 있는 네트워크 근처에 도달하면, 다시 하위 라우터를 타고 내려갑니다.

• 최종 목적지 네트워크의 라우터(게이트웨이)에 도착하면, 라우터는 다시 ARP를 통해 최종 목적지 PC의 MAC 주소를 확인합니다.
• 확인된 MAC 주소를 이용해 L2 스위치를 거쳐 최종적으로 목적지 컴퓨터에 패킷이 도착합니다.

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주요 용어 및 장비 설명

L2 스위치 vs L3 스위치

• L2 스위치 (Layer 2): MAC 주소를 보고 통신합니다. 주로 같은 네트워크 안에서 기기들을 연결하는 역할을 합니다.
• L3 스위치 (Layer 3): IP 주소와 라우팅 테이블을 보고 통신합니다. 서로 다른 네트워크 간의 통신(라우팅)이 가능하며, 라우터의 역할을 겸합니다.

DFZ (Default Free Zone)

• 일반적인 라우터들은 경로를 모르면 '디폴트 게이트웨이'로 패킷을 넘기지만, 인터넷의 최상위 계층인 DFZ에 있는 라우터들은 디폴트 게이트웨이가 없습니다.
• Full Routing Table: 전 세계의 모든 BGP 경로 정보(약 90만 개 이상)를 가지고 있어, 목적지 IP만 보면 어디로 보내야 할지 알 수 있습니다. 만약 여기서도 경로를 찾을 수 없다면 그 IP는 인터넷에 존재하지 않는 것으로 간주되어 폐기됩니다.

ARP (Address Resolution Protocol)

• 네트워크 통신은 결과적으로 물리 장비(랜카드)를 찾아가야 하므로 MAC 주소가 필요합니다.
• 우리는 IP 주소로 통신한다고 생각하지만, 실제 데이터 링크 계층에서는 ARP 프로토콜이 "이 IP 주소 쓰는 사람 누구니?"라고 방송(Broadcasting)하여 그에 맞는 MAC 주소를 받아와서 통신합니다.