LAN을 넘어서 다른 네트워크와 통신하기 위해서는 네트워크 계층이 필요합니다. 네트워크 계층에서는 IP 주소를 이용해 송수신지 대상을 지정하고, 다른 네트워크에 이르는 경로를 결정하는 라우팅을 통해 다른 네트워크와 통신합니다.
물리 계층과 데이터 링크 계층만으로는 다른 네트워크까지의 도달 경로를 파악하기 어렵습니다. 다른 네트워크와 빠르게 통신하기 위해 패킷이 이동한 최적의 경로를 결정하는 것을 라우팅(Routing)이라고 하며, 네트워크 계층의 장비 중 라우팅을 수행하는 대표적인 장비가 라우터(Router)입니다.
네트워크 계층의 가장 핵심적인 프로토콜은 인터넷 프로토콜입니다. IP에는 IPv4, IPv6의 두가지 버전이 있습니다. 일반적으로 IP주소라고 이야기할 때는 IPv4를 의미하는 경우가 많습니다.
4바이트로 주소를 표현할 수 있고, 0 ~255 범위 안에 있는 네 개의 10진수로 표기됩니다. 각 10진수는 점으로 구분되며 점으로 구분된 8비트를 옥텟이라고 합니다.
IP의 기능은 다양하지만 대표적인 기능으로 IP 주소 지정과 IP단편화가 있습니다.
IP주소 지정(IP addressing)은 IP 주소를 바탕으로 송수신 대상을 지정하는 것을 의미합니다. 그리고 IP 단편화(IP Fragmentation)은 전송하고자 하는 패킷의 크기가 MTU라는 최대 전송 단위보다 클 경우, 이를 MTU 크기 이하의 여러 개의 패킷으로 나누는 것을 의미합니다. MTU(Maximum Transmission Unit)은 한번에 전송 가능한 IP 패킷의 최대 크기를 의미합니다. 일반적인 MTU 크기는 1500바이트이며, MTU 크기 이하로 나누어진 패킷은 수신지에 도착해 다시 재조합됩니다.

IPv4는 다음과 같이 구성됩니다. 식별자(Identifier)는 패킷에 할당된 번호입니다. 만약 메시지 전송 과정에서 패킷이 쪼개어졌다면 수신지에서 다시 조합하기 위해 식별자를 사용합니다. 플래그(Flag)는 총 세 개의 비트로 구성된 필드로 첫번째 비트는 항상 0이며 사용되지 않습니다. 두번째 비트와 세번째 비트는 각각 DF(Don’t Fragment), MF(More Fragment)라는 이름이 붙은 비트입니다. DF가 1로 설정되어 있다면 단편화를 수행하지 않고 0이라면 IP 단편화가 가능합니다. MF가 0이라면 이 패킷이 마지막 패킷임을 나타내며, 1이라면 아직 뒤에 패킷이 더 있다는 의미입니다. 단편화 오프셋(Fragment Offset)은 패킷이 단편화되기 전에 패킷의 초기 데이터에서 몇 번째로 떨어진 패킷인지를 나타냅니다.
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