네트워크 전송 방식 (Unicast, Brodcast, Multicast, Anycast)

네트워크 전송 방식에서 흔히 브로드캐스트, 유니캐스트 등의 단어를 들어봤을 것이다.
오늘은 각 방식의 대해서 정리해보려고한다.

 

유니캐스트 (Unicast)

유니캐스트 전송이란 고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 목적지에 1:1로 (one-to-one) 트래픽 또는 메시지를 전송하는 방식을 말한다.

• 1:1 통신

1. 전송하는 프레임에 출발지 MAC 주소와 목적지 MAC 주소를 담는다.
2. 출발지에서 유니캐스트 방식으로 프레임을 전송한다.
3. 수신 받은 호스트들은 자신의 MAC주소와 프레임에 담긴 목적지 MAC주소를 비교한다.
4. 비교 결과가 같으면 프레임을 받아서 처리하고 같지 않으면 해당 프레임을 버린다.

4번의 항목 덕분에 다른 PC들에서는 성능 저하가 일어나지 않는다.

브로드캐스트 (Brodcast)

브로드캐스트는 로컬 네트워크에 연결되어 있는 모든 호스트에게 동시에 프레임을 전송하는 방법이다.

• 1:All
• 유니캐스트로 통신하기 전에 상대방의 정확한 위치를 알기 위해 사용된다. 
• 송신지가 수신지의 MAC주소를 알지 못하는 경우 브로드캐스트 방식으로 알아내기도 한다. (ARP Brodcast)
• 라우터끼리 정보를 교환하거나 새로운 라우터를 찾는 경우에도 이용된다.

1. 브로드캐스트용 주소는 미리 할당되어 있다. (각 네트워크 대역의 끝)
2. 브로드캐스트 방식으로 프레임을 전송하면 같은 네트워크대역에 존재하는 모든 호스트가 목적지가 된다.
3. 모든 호스트에게 패킷이 전송되면서 트래픽이 증가한다.
4. 수신한 호스트는 CPU로 전송하여 처리한다.

브로드캐스트에서는 4번 항목 때문에 interrupt가 발생하고 성능에 영향을 주게됩니다.

멀티캐스트 (Multicast)

멀티캐스트는 멀티캐스트 그룹 주소를 이용하여 해당 그룹에 속한 다수의 호스트로 패킷을 전송하기 위한 통신 방식이다.

• 1:Group
• 해더에는 수신자의 주소 대신 수신자들이 참여하고 잇는 그룹 주소를 담는다.

1. UDP 전송을 사용한다.
2. Client에서 멀티캐스트를 사용하는 Application을 시작하면 멀터캐스트 IP 주소와 MAC주소를 라우터에 등록한다. (멀티캐스트 그룹 등록)
3. 하나의 Client에서 여러 그룹 주소를 사용할 수 있다.
4. 만약 멀티캐스트 통신 중간에 새로운 Client가 그룹에 들어온다면 해당 Client는 데이터를 중간부터 받게 된다.

 

멀티캐스트 IP 주소체계

Class D IP 주소를 사용한다. (224.0.0.0 ~ 239.255.255.255)

• 224.0.0.1 : 현재 서브넷에 존재하는 멀티캐스트가 가능한 모든 호스트를 지징
• 224.0.0.2 : 현재 서브넷에 존재하는 멀티캐스트가 가능한 모든 라우터를 지칭

 

멀티캐스트 MAC 주소체계

멀티캐스트 MAC 주소는 앞에 0100.5E 가 붙고 뒤의 주소들은 IP 주소에 일부분을 참조하여 이루어진다.
예를 들어 227.35.189.34 의 멀티캐스트 MAC 주소는 0100.5E23.BD22 가 된다.

 

멀티캐스트 Protocol

어떤 장비와 멀티캐스트 정보를 교환하느냐에 따라 세가지 프로토콜로 나눌 수 있다.

• 호스트와 라우터 : IGMP
• 스위치와 라우터 : CGMP, IGMP Snooping
• 라우터와 라우터 : Multicasting Routing Protocol

애니캐스트 (Anycast)

애니캐스트는 애니캐스트 주소가 같은 호스트들 중에서 가장 가깝거나 가장 효율적으로 서비스할 수 있는 호스트와 통신하는 방식이다.
(중복된 IP 사용)

• 1:1
  유니캐스트와 동일해 보이지만 통신할 수 있는 후보자가 서로 다르다.
• 가장 가가운 DNS 서버를 찾을 때 사용하기도 한다.
• 가장 가까운 게이트웨이를 찾는 애니캐스트 게이트웨이 기능에 사용하기도 한다.

최종 통신 방식은 유니캐스트와 동일한 1:1이지만,
애니캐스트는 동일한 서브넷에 존재하는 후보자들 중에서 라우팅 프로토콜로 인해서 가장 가까이 있다고 판단되는 호스트에게 전송하는 방식이다.