1 TCP/IP Network Protocols 제 4 장 인터넷프로토콜 박승철교수한국기술교육대학교
2 제 4 장의강의목표 IP 주소체계에대한이해 IPv4 의동작원리에대한이해 IPv6 의개발배경과기본개념에대한이해
3 제 4 장의구성 인터넷주소 인터넷주소의구조와 DDN 표기법 인터넷주소클래스 서브넷팅과서브넷마스크 CIDR 주소 특수인터넷주소 인터넷주소지정원칙 인터넷주소할당과변환 인터넷프로토콜 인터넷프로토콜의역할과특징 IP 데이터그램 단편화와재조립 IP 데이터그램의전달 차세대인터넷프로토콜 :IPv6 IPv6 설계배경 IPv6 헤더포맷 IPv6 주소체계 IPv4 에서 IPv6 로의전환
4 인터넷주소 인터넷주소의구조와 DDN 표기법 인터넷주소클래스 서브넷팅과서브넷마스크 CIDR 주소 특수인터넷주소 인터넷주소지정원칙 인터넷주소할당과변환
5 인터넷주소와 DDN 표기법 인터넷주소 (IP Address) 의역할 인터넷에연결된모든호스트와라우터를유일하게구 분하는식별자 모든호스트와라우터는하나이상의인터넷주소를가짐 상호통신시에인터넷주소를통해상대방지정 인터넷주소의표현 사용자표시 : DDN(Dotted Decimal Notation)- 십진수점표기법 내부처리 : 32 비트이진수
6 인터넷주소와 DDN 표기법 32 bits IP 주소 네트워크 ( 망 ) 식별자 (ID) 호스트식별자 (ID) 이진수 IP 주소 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 128. 156. 14. 7 십진수점표기법 (dotted decimal notation)
7 인터넷주소와 DDN 표기법 인터넷주소의구조 32 비트크기 (IPv6 의경우 128 비트 ) 망 ( 네트워크 ) 식별자 (Netid) + 호스트식별자 (Hostid) 구조 망식별자 : 인터넷에서유일하게부여되고인터넷을구성하는특정하부망 (Subnet) 식별 호스트식별자 : 특정하부망내에서유일하게부여되고해당하부망에연결된호스트 ( 라우터포함 ) 를유일하게식별 망식별자와호스트식별자크기구분 : 하부망에연결된호스트와라우터의개수에의해결정
8 인터넷주소클래스 Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Class A 0 Netid Hostid Class B 10 Netid Hostid Class C 110 Netid Hostid Class D 1110 Multicast 주소 Class E 1111 Reserved
9 인터넷주소클래스 클래스 A 주소 첫번째바이트 (8 비트 ) 를망식별자로사용하고나머 지 3 바이트를호스트식별자로사용 망식별자바이트의첫비트는항상 0 클래스 A 주소를가지는하부망의개수 : 126개 ( 망식별자의모든비트가 0 인경우와 1 인경우는특수주소 ) 클래스 A 주소를가지는하부망의최대호스트수 : 16,777,214, 미할당클래스 A 호스트식별자공간으로인해인터넷주소낭비초래
10 인터넷주소클래스 클래스 B 주소 첫 2 바이트 (16 비트 ) 를망식별자로사용하고나머지 2 바이트 (16 비트 ) 를호스트식별자로사용 망식별자바이트의첫 2 비트는항상 10 클래스 B 주소를가지는하부망의개수 : 16,384(-2) 클래스 B 주소를가지는하부망의최대호스트수 : 65,534 미할당클래스 B 호스트식별자공간으로인해인터넷주소낭비초래
11 인터넷주소클래스 클래스 C 주소 첫 3 바이트 (24 비트 ) 를망식별자로사용하고나머지 1 바이트 (8 비트 ) 를호스트식별자로사용 망식별자바이트의첫 3 비트는항상 110 클래스 C 주소를가지는하부망의개수 : 2,097,152(-2) 클래스 C 주소를가지는하부망의최대호스트수 : 254 하나의하부망에적은수의호스트가연결되는소형기관에적합
12 인터넷주소클래스 클래스 D 주소 멀티캐스트 (Multicast) 주소 멀티캐스트 : 하나의출발지에서다수의목적지로데이터그램을전송하는일대다통신방식 첫 4 비트가 1110이고망식별자와호스트식별자구분없음 수신자그룹표시하는그룹식별자 (Groupid) 목적지주소로만사용됨 IGMP를사용하여멤버관리 클래스 E 주소 1111로시작하고, 미래의특별한용도로사용하기위해예약됨
13 특수멀티캐스트주소예 Address Group 224.0.0.0 Reserved 224.0.0.1 All systems on this subnet 224.0.0.2 All routers on this subnet 224.0.0.4 DVMRP routers 224.0.0.5 OSPFIGP all routers 224.0.0.6 0 OSPFIGP designated routers 224.0.0.7 ST routers 224.0.0.8 ST hosts 224.0.0.9 0 RIP2 routers 224.0.0.10 IGRP routers 224.0.0.11 Mobile Agents
14 서브넷팅과서브넷마스크 서브넷팅 (Subnetting) 이란? 크기가큰특정클래스의주소공간을여러개의하부망 (Subnet) 으로나누어사용할수있게하는기술 서브넷팅의장점 주소공간의효율적인활용 구조적인망구성 ( 하나의하부망을여러개의하부망으로나누어관리 ) 효율적인라우팅 ( 외부에서는하나의망으로인식 )
15 서브넷팅과서브넷마스크 141.14.2.20 141.14.2.21 141.14.2.105 외부인터넷 라우터 Subnet ( 하부망 ) 141.14.2.0 Subnet ( 하부망 ) 141.14.7.0 141.14.7.96... 141.14.7.45 Subnet ( 하부망 ) 141.14.22.0 141.14.7.44 141.14.22.8 141.14.22.9 141.14.22.64 141.14.0.0 기관
16 서브넷팅과서브넷마스크 서브넷팅의원리 호스트식별자를표시하는주소공간의일부를하부망을표시하는공간으로사용 하부망 ( 서브넷 ) 주소필드 : 서브넷마스크 (Subnetmask) 로표시 서브넷마스크 하부망식별자공간의모든비트는 1, 나머지비트는모두 0 인 32 비트이진수값 하부망주소추출 인터넷주소와서브넷마스크의논리적 &(and) 연산 넷마스크 (Netmask) 서브넷팅을적용하지않은경우의서브넷마스크
17 서브넷팅과서브넷마스크 128 156 30 7 클래스 B IP 주소 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 255. 255. 0. 0 Netmask 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 128. 156. 0. 0 망주소 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255. 255. 240. 0 Subnetmask 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 128. 156. 16. 0 망주소 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
18 CIDR 주소 서브넷팅 서브넷팅이유용한클래스 A 또는 B 주소를사용하는기관이많지않아주소공간낭비축소에한계 클래스 C 주소사용 주소공간낭비축소에효율적인반면, 주소할당절차가번거롭고, 빈번한라우팅테이블갱신작업유발로라우팅프로토콜통신부하가상승하며, 라우팅테이블크기증가로라우터성능저하의원인이됨
19 CIDR 주소 CIDR(Classless Inter-Domain Routing) 주소 라우팅테이블의엔트리수를줄이기위해고안된기술 DDN 망주소 / 넷마스크크기 로표시 ( 예, 128.156.20.0/22, 156 20 0/22 망주소 호스트식별자가 0 인인터넷주소 ) 연속적인여러개의클래스 C 주소를하나의 CIDR 주소로표시 다수의클래스 C 하부망을위한라우팅엔트리들이대응되는하나의 CIDR 주소의엔트리로축소
20 CIDR 주소 클래스 C 보다작은인터넷주소공간할당가능 클래스 C 하부망보다작은크기의하부망에클래스 C 주소할당으로인한인터넷주소낭비를방지 예 (167.199.170.64/27199 170 64/27 망 ) 5비트의호스트식별자공간활용 167.199.170.65/27199 170 65/27 부터 167.199.170.94/27199 170 94/27 까지 30 개의인터넷주소를호스트에할당 5 비트전부가 1 인경우와 0 인경우제외 현재대부분의 ISP들은 CIDR 주소체계에따라 I P 주소할당
21 계층적 ISP 에의한 CIDR 주소할당 ( 예 ) H001 120.14.64.0/30 소규모 ISP1 H128 120.14.64.0/23 (IP 주소 : 512 개 ) H001 H128 120.14.78.0/30 소규모 ISP8 120.14.78.0/23 (IP 주소 : 512개 ) 지역 ISP1 120.14.64.0/20 (IP 주소 : 4096개 ) 광역 ISP 120.14.64.0/18 (IP 주소 : 16384개 ) 예약 120.14.80.0/20 (IP 주소 : 4096개 ) 대기관 01 120.14.96.0/22 지역 120.14.96.0/20 ISP2 대기관 04 (IP 주소 : 4096개 ) 소기관 01 소기관 16 120.14.112.0/24 지역 120.14.112.0/20 ISP3 (IP 주소 : 4096개 )
22 특수인터넷주소 망 ( 네트워크 ) 주소 호스트식별자의모든비트가 0인인터넷주소 직접브로드캐스트 ( 방송 ) 주소 호스트식별자의모든비트가 1인인터넷주소 망식별자가지정하는하부망에연결된모든호스트를지정할때사용됨 제한된브로드캐스트주소 망식별자와호스트식별자의모든비트가 1인인터넷주소 자신이소속된하부망에연결된모든호스트를지정할때사용됨 망식별자정보를모르는호스트가서버로부터정보를얻고자할때사용
23 특수인터넷주소 소속망의호스트자신의표시 망식별자와호스트식별자의모든비트가 0 인인터넷주소 자신의 IP 주소를모르는상태에서서버와통신하고자할때 IP 데이터그램의출발지주소로사용됨 소속망의특정호스트 망식별자의모든비트가 0인인터넷주소 자신이소속된하부망의특정호스트표시 데이터그램의외부전달제한방법중의하나 루프백 (loopback) 주소 첫번째바이트가 127 인인터넷주소 호스트내에설치된프로그램테스트를위해사용 데이터그램이호스트에연결된하부망인터페이스를통해외부로전달되지않고되돌아옴
24 특수인터넷주소 사설인터넷주소 인터넷에연결될필요는없지만 TCP/IP 로통신하고자 할때사용하는주소 인터넷통신에사용할수없는주소 공인인터넷주소와분명한구분을위해사설인터넷주소공간제한 클래스 A 사설주소공간 : 10.0.0 클래스 B 사설주소공간 : 172.16 ~ 192.168.255 클래스 C 사설주소공간 : 192.168.0 ~ 192.168.255
25 인터넷주소지정원칙 하부망연결인터페이스단위의인터넷주소부여 다수의하부망을연결하는라우터 / 호스트는다수의인터넷주소를가져야함 특정하부망을통해통신하는경우해당하부망인터페이스에부여된인터넷주소를사용해야함 다중홈호스트 (Multi-homed Host): 2 개이상의하부망에직접연결된호스트로서각연결인터페이스별로인터넷주소를부여함
26 인터넷주소지정원칙 123.50.16.90 141.14.22.9 PC 123.0.0.0 0 0 141.14.0.0 0 123.70.9.111 R 141.14.67.80 205.67.71.23 71 23 205.67.71.0 71 0
27 인터넷주소할당과변환 인터넷주소 (IP 주소 ) 할당방식 정적 ( 고정 )IP 주소할당방식 (Static IP Address Allocation) 동적 ( 유동 ) IP 주소할당방식 (Dynamic IP Address Allocation) 정적 IP 주소할당방식 공인된주소할당기관으로부터한번 IP 주소를할당받으면계속할당된주소를사용하는방식 주로사무실환경에서사용됨 동적 IP 주소할당방식 호스트가통신할때 IP 주소를할당하고통신을종료하면 IP 주소를다른호스트가사용할수있도록반납하는방식 IP 주소수를줄이는획기적인방안 주로가정가입자환경에서사용됨
28 인터넷주소할당과변환 동적 IP 주소할당절차 호스트 IP 주소요청 IP 주소할당 ( 인터넷통신 ) IP 주소반납 IP 주소서버 네트워크 동적 IP 주소할당기법 PPP(Point-to-Point Protocol) DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)
29 인터넷주소할당과변환 사설 IP 주소사용이유 IP 주소공간부족 IP 주소할당비용절감 IP 주소변환 사설 IP 주소와공인 IP 주소간변환 사설 IP 주소를사용하는호스트가인터넷통신을하고자하는경우에적 용사설 IP 주소호스트 사설 IP 주소통신 사설 IP 주소호스트 지역망 ( 구내망 ) 주소변환장치 인터넷백본망
30 인터넷프로토콜 인터넷프로토콜의역할과특징 IP 데이터그램 단편화와재조립 IP 데이터그램의전달
31 인터넷프로토콜의역할과특징 인터넷프로토콜의역할 인터넷을구성하는호스트와라우터간의기본통신프 로토콜 출발지호스트 (Source Host) 에서목적지호스트 (Destination Host) 까지인터넷데이터전달 데이터전송단위인 IP 데이터그램포맷정의 IP 데이터그램단위로인터넷데이터전달
32 TCP/IP 프로토콜체계에서 IP 의위치 웹서비스 이메일서비스 파일전송 인터넷전화, 멀티미디어회의제어 스트리밍제어 도메인서비스 오디오, 비디오 망관리서비스 MIME SDP HTTP SMTP FTP H.323 SIP RTSP DNS SNMP RTP/ RTCP TCP UDP QoS Sublayer ICMP IGMP IP ARP RARP 유선 LAN 무선 LAN 접속망 유선 WAN 무선 WAN
33 인터넷프로토콜의역할과특징 인터넷프로토콜의특징 비연결형프로토콜 (Connectionless Protocol) 홉-바이-홉 (Hob-by-Hob) 통신 IP 데이터그램의단편화 (Fragmentation) ti 와재조립 (Reassembly)
34 인터넷프로토콜의역할과특징 비연결형프로토콜 데이터전송전에경로설정과오류제어나흐름제어를위한초기화작업을수행하는연결설정과정미수행 각 IP 데이터그램은목적지까지전달하는데에필요한모든 정보 ( 주소정보등 ) 을포함하고상호간에독립적으로전달 비연결형프로토콜로서의장점 연결설정지연시간회피가능 고장발생등상황에따라유연한데이터전송가능 비연결형프로토콜로서의단점 전달순서가바뀔수있고 오류 / 흐름제어미수행으로손실 / 훼손발생가능성
35 인터넷프로토콜의역할과특징 홉-바이-홉 (Hob-By-Hob) 통신 특정호스트또는라우터의 IP 는다음홉통신에대해서만책임 특정 IP는해당홉에연결된다음라우터또는호스트까지데이터그램전달에대한책임만가지고, 그다음홉에대한통신은홉에연결된다음라우터가책임지도록함 홉 (hob) 하부망의데이터링크를추상화한개념으로호스트와라우터, 라우터와라우터를연결하는논리적인데이터링크 IP는하부망의물리적인데이터링크와무관하게동작하도록설계 출발지호스트와목적지호스트는하나이상의홉으로연결 홉-바이-홉통신의장점 다음홉으로데이터그램을전달하는데필요한라우팅정보만유지하면되므로라우팅테이블의크기최소화가능
36 인터넷프로토콜의역할과특징 호스트 1 IP 홉- 바이- 홉 (Hob-By-Hob) Hob) 통신 1 st Hop ( 호스트 1 IP 의책임구간 ) 하부망 라우터1 IP 라우터 1 하부망 2 nd Hop ( 라우터 1 IP 의책임구간 ) 하부망 하부망 라우터2 IP 라우터 2 하부망 3 rd Hop ( 라우터 2 IP 의책임구간 ) 하부망 하부망 호스트 IP Host
37 인터넷프로토콜의역할과특징 단편화 (fragmentation) 와재조립 (reassembly) 서로다른하부망은서로다른 MTU(Maximum Transmi ssion Unit) 를가짐 ( 예, 이더넷의 MTU - 1500 바이트 ) 하부망의 MTU 보다큰 IP 데이터그램을전송하기위해단편화와재조립 독립적인 IP 주소체계, 독립적인 IP 데이터그램포맷과함께 IP가하부망독립적으로동작하는데에중요한역할담당
38 IP 데이터그램 IP 데이터그램포맷 헤더 (Header) + 데이터 (data) 최대크기 : 65535 바이트 헤더 (Header) 전송제어정보 필수필드 (Mandatory Fields) : 20 바이트 선택필드 (Option Fields) : 40 바이트 데이터 전송하고자하는실제데이터
39 IP 데이터그램 20-60 Bytes 20-65535 Bytes Header Data VER (4 bits) HLEN (4 bits) Identification(16 bits) Service Type(8 bits) Flags (3 bits) Total Length(16 bits) Fragmentation Offset(13 bits) TTL(8 bits) Protocol(8 bits) Header Checksum(16 bits) Source IP Address(32 bits) Destination IP Address(32 bits) Option(0-40 Bytes)
40 IP 데이터그램 버전 (Version) 4 비트 IP의버전표시 ( 현재 4, 향후 6) (IPv5 : ST-II) 헤더길이 (HLEN) 4 비트 헤더길이를 4 바이트단위로표시 전체헤더길이가가변적이므로이필드가필요함 전체길이 (Total Length) 16 비트 헤더와데이터를포함한전체길이표시 ( 최대 65535 바이트 )
41 IP 데이터그램 서비스유형 (Service Type) 8 비트 라우터에의한데이터그램처리방법지시 우선순위 (3 비트 ) + 서비스유형 (4 비트 ) + Unused(1 비트 ) 우선순위 (precedence) 혼잡상황발생시폐기우선순위지정 현재사용하고있지않음 서비스유형 (Type of Service) 서비스유형값에적합한최적의다음라우터를선택하여전송 비용최소화서비스 (0001) 신뢰성최대화서비스 (0010) 처리율최대화서비스 (0100) 지연시간최소화서비스 (1000) 정상 (0000)
42 IP 데이터그램 식별자 (Identification) 16 비트 출발지호스트에서전송되는데이터그램을유일하게구분 단편화된데이터그램을목적지에서복원할때사용 플래그 (Flag) 3 비트 1 st 비트 : Unused 2 nd 비트 : Do Not Fragment 표시, 데이터그램크기보다작은 MTU 의하부망통과시 ICMP를통해오류메시지를출발지호스트에전달 3 rd 비트 : More Fragment 표시, 마지막단편이아님을표시 단편화옵셋 (Fragmentation Offset) 13 비트 원래의데이터그램내에서단편화된데이터그램의상대적위치표시 8 바이트단위로표시
43 IP 데이터그램 수명 (TTL-Time To Live) 데이터그램이통과할수있는최대홉수지정 라우터를통과할때마다 1 씩감소, 값이 0 이면데이터그램폐기 무한정인터넷을떠도는데이터그램에의한인터넷부하유발방지 프로토콜 (Protocol) 8 비트 IP를통해데이터를전송하는상위계층프로토콜표시 TCP(6), UDP(17), ICMP(1), IGMP(2) IP 데이터그램이전달되어야할최종프로토콜표시 옵션 (Options) 무연산 (No Operation) 옵션종료 (End of Option) 경로기록 (record Route) 엄격한출발지경로 (Strict Source Route) 느슨한출발지경로 (Loose Source Route) 타임스탬프 (Time Stamp)
44 IP 데이터그램 헤더첵섬 (Header Checksum) 16 비트 헤더전체를 16 비트단위의조각으로나눈다음모든조각을 1의보수연산을통해구한합에대한 1의보수값 수신측에서 16 비트단위조각의합의 1의보수값이0이면정상, 아니면오류발생으로판정, 오류발생데이터그램은폐기 출발지 IP 주소 (Source IP Address) 데이터그램을전송한출발지호스트의 32 비트 IP 주소 목적지호스트또는중간라우터가출발지호스트를구분할수있게함 응답메시지, 오류메시지, 상태정보메시지를출발지호스트에전송할때사용 목적지 IP 주소 (Destination IP Address) 데이터그램의최종목적지호스트의 32 비트 IP 주소 라우터가목적지호스트로의경로를선택할때사용
45 헤더첵섬 (Header Checksum) 1의보수 (1 s Complement) 어떤수의 1의보수- 더하여 0이되는다른수 2진수의 1의보수-1은 0으로, 0은 1로바꾼값 +0( 모든비트가 0), -0( 모든비트가 1) 어떤수와그의 1의보수의합은 -0 1의보수덧샘 한개의열더하기 : 1이없으면 0, 1이한개있으면1, 1이두개있으면결과는 0 자리올림 1, 1이 3개있으면결과는 1 자리올림 1 두개이상의비트열더하기 : 각각의열의비트더하기, 마지막열에서자리올림이발생하면결과에 1을더함 예 +A 1010111010101000 + -A 0101000101010111-0 1111111111111111
46 헤더첵섬 (Header Checksum) uint16_t in_cksum(uint16_t *addr, int len) { int nleft = len; uint32_ t sum = 0; uint16_t *w = addr; uint16_t answer = 0; while (nleft > 1) { sum += *w++; nleft -= 2; } if (nleft == 1) { *(unsigned char *) (&answer) = *(unsigned char *) w; sum += answer; } sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff); sum += (sum >> 16); answer = ~sum; return(answer); }
47 단편화와재조립 라우터 ( 호스트 ) 의데이터그램처리절차 데이터그램을전달할다음홉선택 다음홉을구성하는하부망을통한 IP 데이터그램전송 하부망의 IP 데이터그램전송 자신의데이터전송단위인프레임으로전달되는단순한데이터로간주 프레임의데이터필드에포함되어다음라우터 ( 호스트 ) 로전달 MTU(Maximum Transmission Unit) 특정하부망의프레임의데이터필드의최대크기 단편화 (Fragmentation) 하나의데이터그램을하부망의 MTU 크기에맞게여러개로나누어여러개의데이터그램을만드는작업 단편화된데이터그램도독립적으로전달되는데이터그램 단편화된데이터그램의헤더정보는원래의헤더정보를복사하고, 단편화와관련된필드와헤더첵섬정보만수정 원래데이터그램의데이터필드는단편화된데이터필드로나누어짐
데이터통신망의 MTU 48 인터넷데이터통신망의 MTU 데이터통신망 MTU Hyperchannel 65,535 Token Ring(16Mbps) 17,914 Token Ring(4Mbps) 4,464 FDDI 4,352 Ethernet 1500 X.25 576 PPP 296
49 단편화와재조립 Header Data Header data1 Header data2 Header data3 (a) 단편화의원리 Offset = 0000/8 = 0 Offset = 0000/8 = 0 0000 1,399 Byte 0000 Byte 3,999 Offset = 1,400/8 = 175 1,400 2,799 Offset = 2,800/8 = 350 2,800 3,999 (b) 단편화의예 (MTU=1400)
50 단편화와재조립 단편화예제 데이터그램의데이터크기 : 4000 바이트 MTU : 1400 바이트 첫번째단편화된데이터그램 옵셋 : 0 / 8 = 0 More Fragment 비트 : 1 두번째단편화된데이터그램 옵셋 : 1400 / 8 = 175 More Fragment 비트 :1 세번째단편화된데이터그램 옵셋 : 2800 / 8 = 350 More Fragment 비트 :0
단편화된데이터그램의헤더정보재구성 51
52 단편화와재조립 단편화된 IP 데이터그램의재단편화 단편화된데이터그램이더작은크기의 MTU 하부망을통과할때재단편화됨 촐발지호스트가송신한원래의데이터그램에대해재단편화 목적지호스트는몇번에걸쳐단편화가이루어졌는지알수없고, 단편화의역순으로재조립이이루어질필요가없음 재조립 (Reassembly) 단편화된데이터그램들을모아서출발지호스트가전송한원래의데이터그램을복원하는작업 재조립은최종목적지호스트에서이루어짐 재조립과중간라우터 중간라우터는재조립에관여하지않음 재조립으로인한라우터의성능저하방지 단편화된데이터그램이다른경로를통해전송될수있게함 재조립된데이터그램이다음라우터에의해재단편화되는경우방지
53 단편화와재조립 재조립절차 첫번째단편화된데이터그램의옵셋값은 0 이다. 첫번째단편화된데이터그램의길이값을 8로나눈다. 두번째단편화된데이터그램의옵셋값은이결과와같이야한다. 두번째단편화된데이터그램의길이값을 8로나눈다. 세번째단편화된데이터그램의옵셋값은이결과와첫번째옵셋값의합과같아야한다. 이과정을반복한다. 마지막단편화된데이터그램의 More Fragment 비트는 0 이다. 재조립과정에서단편화된데이터그램들중하나라도도착하지않으면재조립작업은중지되고전체데이터그램은폐기된다.
54 단편화와재조립 단편화와재조립의장점 다양한하부망에서 IP 데이터그램을전송가능하게함 단편화와재조립의단점 라우터와호스트의부하를증가시켜성능을저하시키는요인 단편화된데이터그램의도착순서바뀜과일부단편의지나친지연도착에따른재조립소요시간증가가능 단편화된데이터그램손실로의한재조립불가에따른데이터그램폐기확률상승 따라서가능하면단편화와재조립을회피하는것이바람직 단편화와재조립회피 경로 MTU를기준으로데이터그램작성 경로 MTU(Path MTU) 목적지호스트까지데이터그램전송경로상에서단편화가필요없는최대 MTU
55 단편화와재조립 경로 MTU 탐색 (Path MTU Discovery) 1. 데이터그램의 Do Not Fragment 플래그를 1 로설정한다. 2. 도중의라우터가단편화가필요한경우해당데이터그램을폐기하고 ICMP 메시지로데이터그램전송실패사실과함께 MTU 값을출발지호스트에게통지 3. ICMP 에의해통지된 MTU 를경로 MTU 로사용한다. 4. 반복하여 ICMP 메시지가도착하지않으면경로 MTU 가획득된것으로간주하고계속사용한다. 5. 경로의동적변화가능성을고려하여일정시간 ( 약 10 분 ) 이경과하면경로 MTU를다시탐색한다.
56 IP 데이터그램의전달 다음홉라우팅 (Next-Hop Routing) 호스트또는라우터의 IP 는다음홉구간에대한데이터그램 전달에대한책임 그다음은다음홉에연결된라우터의 IP 의책임하에전달 다음홉결정과정 데이터그램의목적지 IP 주소를기초로다음홉결정 목적지 IP 주소에대응되는다음홉정보는라우팅테이블에유지 다음홉정보 다음홉을연결하는포트번호 다음홉에연결된라우터의 IP 주소등
57 IP 데이터그램의전달 라우팅테이블 이더넷프레임 (1) IP 데이터그램 IP 포트 (p1) (2) 목적지 IP 주소 라우팅프로세서 (3) 다음라우터 IP 주소 : 포트번호 포트 (p4) 포트 (p1) 포트 (p3) (5) 라우팅로직 (4) 포트 (p5) IP 포트 (p6) (6) PPP 프레임 R A
58 IP 데이터그램의전달 라우터의데이터그램전달과정 1. 특정입력포트로부터데이터그램을수신한다. 2. 데이터그램으로부터목적지 IP 주소를추출하여라우팅프로세서로전달한다. 3. 목적지주소정보를이용하여라우팅테이블을검색한다. 4. 검색된라우팅엔트리로부터출력포트정보와다음홉주소정보를확보한다. 5. 선택된출력포트로데이터그램을전달한다. 6. 다음홉주소정보를출력포트로전달한다. 7. 다음주소정보를이용하여데이터그램을다음홉으로전달한다.
59 IP 데이터그램의전달 라우팅테이블크기축소라우팅기술 다음홉라우팅 (Next-Hop Routing) 하부망지정라우팅 (Subnet-Specific Routing) 디폴트라우팅 (Default Routing) 다음홉라우팅 (Next-Hop Routing) 전체경로정보를유지하는대신다음홉에대한경로정보만유지함으로써라우팅테이블에포함될정보량축소가능 하부망지정라우팅 (Subnet-Specific Routing) 라우팅테이블에목적지호스트에대한라우팅정보를유지하는대신하부망에대한라우팅정보를유지함으로써라우팅테이블의엔트리수축소가능 데이터그램의목적지 IP 주소로부터망주소를추출하여라우팅테이블의망주소필드와비교하여라우팅엔트리검색 망주소추출을위한서브넷마스크정보를라우팅테이블에유지해야함
60 IP 데이터그램의전달 디폴트라우팅 (Default Rouitng) 라우팅테이블에지정되지않은하부망전체를하나의 묶음으로라우팅정보를표시할수있게하는기법 디폴트라우터 : 묶음으로표시된하부망전체를연결하는라우터 디폴트라우팅 : 라우팅테이블에정보가표시되어있지않은데이터그램을디폴트라우터로전달
61 IP 데이터그램의전달 라우팅엔트리 (Routing Entry) 라우팅테이블에서하나의라우팅정보를저장하는자료구조 직접연결엔트리, 호스트지정엔트리, 하부망지정엔트리, 디폴트엔트리순으로저장됨 직접연결엔트리 : 동일한하부망에연결된호스트에대한라우팅정보유지 호스트지정엔트리 : 지정된특정호스트에대한라우팅정보유지 하부망지정엔트리 : 지정된특정하부망에대한라우팅정보유지 디폴트엔트리 : 디폴트라우팅에대한정보유지
62 IP 데이터그램의전달 라우팅엔트리구조 목적지주소서브넷마스크다음홉주소플래그참조계수사용인터페이스 111.0.0.0 255.0.0.0 - U 0 0 m0 목적지주소 : 목적지호스트또는하부망의 IP 주소 서브넷마스크 : 엔트리의목적지주소의서브넷마스크 다음홉부소 : 다음홉라우터의 IP 주소 플래그 : U(Up), G(Gateway), D(Added by redirection), M(Modified by redirection) 참조계수 : 현재이경로를사용하고있는사용자수 사용 : 이라우터로부터목적지로전달된데이터그램수 인터페이스 : 데이터그램전송을위해사용할인터페이스
63 망구성예제 193.14.5.16014 160 193145192 193.14.5.192 m2 193.14.5.165 R1 m1 193.14.5.197 m0 111.25.19.20 111.30.31.18 외부인터넷 R2 111.0.0.0 Default Router R3 111.15.17.32 111.20.18.14 R4 192.16.7.5 194.17.21.14 192.16.7.52 192.16.7.016 R5 194.17.21.017 194.17.21.68 194.17.21.16
64 라우팅테이블 ( 예 ) 목적지주소서브넷마스크다음홉주소플래그참조계수사용인터페이스 111.0.0.0 255.0.0.0 - U 0 0 m0 193.14.5.160 255.255.255.224 - U 0 0 m2 193.14.5.192 255.255.255.224 - U 0 0 m1... 194.17.21.16 255.255.255.255 111.20.18.14 UGH 0 0 m0 192.16.7.0 255.255.255.0 111.15.17.32 UG 0 0 m0 194.17.21.017 255.255.255.0 111.20.18.14 18 14 UG 0 0 m0 0.0.0.0 0.0.0.0 111.30.31.18 UG 0 0 m0
65 IP 데이터그램의전달 라우팅테이블검색예제 R1 라우터가 192.16.7.14 목적지 IP 주소를가진데이터그램 500개수신 검색절차 1. 직접전달 A. 192.16.7.14 & 255.0.0.0 192.0.0.0 (x) B. 192.16.7.14 16 14 & 255.225.225.224 225 225 224 192.16.7.016 (x) C. 192.16.7.14 & 255.225.225.224 192.16.7.0 (x) 2. 호스트지정 A. 192.16.7.14 & 255.225.225.224 192.16.7.14 (x) 3. 하부망지정 A. 192.16.7.14 & 255.225.225.0 192.16.7.0 (o) 다음홉주소 111.15.17.3215 17 와인터페이스 m0 를반환하고사용필드를 500 증가시키고참조계수필드를 1 증가시킴
66 IPv6 IPv6 설계배경 IPv6 헤더포맷 IPv6 주소체계 IPv4 에서 IPv6 로의전환
67 IPv6 설계배경 IPv4 현재우리가사용하고있는인터넷프로토콜 IPv5 : ST-II IPv4 의특징 망식별자 (Netid) 와호스트식별자 (Hostid) 구조의 32 비트 주소체계 최선형서비스 (Best Effort Service) 제공 하부망독립적인동작을위해단편화와재조립기능제공 가변길이데이터그램 IPv6 IPv4의문제점을해결하기위해개발된차세대인터넷프로토콜
68 IPv6 설계배경 IPv4 의문제점 주소공간부족 단순한구조의주소체계 경직된주소할당방식 제한적인서비스구분 데이터그램처리속도지연요소내포
69 IPv6 설계배경 IPv4 의주소공간부족문제 90 년대이후인터넷사용자의급속한증가로 IPv4 주소 공간고갈문제대두 CIDR 주소체계도입, 동적 IP 주소할당, 사설 IP 주소할당과 NAT 사용등주소공간낭비축소를위한다양한기술도입 IPv6에서주소공간의대폭적인확대를통해근본적인문제해결
70 IPv6 설계배경 IPv4 의단순한구조의주소체계 큰조직의복잡한망을구조화할수있는방안이없음 서브넷팅을통한구조화는특정클래스주소의망내에서만가능 비구조적망주소할당은하부망들에대한라우팅이각각독립적으로수행되게하여라우팅테이블크기증가를초래하고, 궁극적으로인터넷성능저하초래 IPv6에서는구조적인망주소할당을통해하부구조에속한망들에대한라우팅엔트리가상부구조의망에대한라우팅엔트리로집약될수있게하여라우팅테이블크기감축
71 IPv6 설계배경 IPv4 의경직된주소할당방식 인터넷연결을위해먼저주소관리자로부터유일한 IP 주소를할당받아야함 (IP 주소와하부망주소가독립적으로할당됨 ) IPv6는유연한주소할당과자동구성 (Autoconfiguration) 을통한주소할당의자동화추구 IPv6 는하부망의물리주소가호스트식별자로사용될수있게하고, 망식별자는라우터또는별도의서버를통해설정가능하도록하여자동적인주소할당을가능하도록함
72 IPv6 설계배경 IPv4 의제한적인서비스구분 IPv4 의 TS(T ToS(Type of Service) 필드는제한적인서비스구분만을지원하여라우터가데이터그램들을서비스품질요구사항에맞게구분하여처리하기가어려움 대부분의 IPv4 라우터는 FIFO 방식으로데이터그램처리 보장형서비스를요구하는실시간멀티미디어응용들의데이터그램들을구분하여처리할수있어야함 IPv6는플로우라벨 (Flow Label) 을통해데이터그램들을세분화하여구분가능하도록함으로써보장형서비스제공이용이하도록함
73 IPv6 설계배경 IPv4 의데이터그램처리속도지연요소 가변길이헤더 (Variable Length Header) 단편화와재조립 (Fragmentation and Reassembly) 첵섬 (Checksum) 기능 IPv6는 IPv4의처리속도지연요소를가능하면피할수있도록설계함
74 IPv6 헤더포맷 IPv6 헤더특징 40 바이트고정길이헤더 다음헤더 (Next Header) 필드에동일한길이의옵션사항정의 단편화와재조립관련필드생략 단편화가필요한경우단편화헤더를옵션으로추가 단편화를피하기위해경로 MTU를통한데이터그램전송 현재대부분의하부망의비트오류발생율이매우낮고상위의 TCP/UDP가첵섬기능을수행하므로 IPv6 첵섬필드생략 세분화된데이터그램구분을위해트래픽등급 (Traffic Class) 과플로우라벨 (Flow Label) 필드추가 주소공간을 128 비트로대폭확대
75 IPv6 헤더포맷 40 Bytes 65535 Bytes Header Data VER (4 bits) Traffic Class (8 bits) Payload Length (16 bits) Flow Label (20 bits) Next Header (8 bits) Hop Limit (8 bits) Source IP Address (128 bits) Destination IP Address (128 bits)
76 IPv6 헤더포맷 버전 (Version) IP 버전번호 (6) 트래픽등급 (Traffic Class) 데이터그램의우선순위표시 플로우라벨 (Flow Label) 구분되어처리될필요가있는데이터그램들의연속인데이터플로우표시 플로우라벨의설정과특정플로우라벨데이터그램의처리정책자체는 IPv6 에서정의하지않음 유료부하길이 (Payload Length) 헤더를제외한데이터의총길이
77 IPv6 헤더포맷 다음헤더 (Next Header) 옵션정의를위해 40 바이트크기의확장헤더를기본헤더와데이터사이에정의가능 다음헤더필드는확장헤더의유형정의 확장헤더는또다른확장헤더를다음헤더로가질수있음 확장헤더가없는경우상위계층프로토콜지시 홉제한 (Hop Limit) 데이터그램이통과할수있는최대홉수 라우터를통과할때마다 1 씩감소하고 0 이되면폐기됨 출발지주소 (Source Address) 출발지호스트의 128 비트 IPv6 주소 목적지주소 (Destination Address) 목적지호스트의 128 비트 IPv6 주소
78 IPv6 주소체계 IPv6 주소체계의특징 큰주소공간 애니캐스트 (Anycast) 주소 구조적인주소공간 하부망물리주소수용
79 IPv6 주소체계 IPv6 주소길이 128 비트 이론적으로지구표면 1m 2 당 10 24 개주소할당가능 IPv4 의주소부족문제에대한근본적인해결책 IPv6 주소유형 IPv4 주소유형 : Unicast, Multicast IPv6 주소유형 : Unicast, Multicast, t Anycast 애니캐스트 (Anycast) 주소유형 서로다른호스트또는라우터에속한다수의인터페이스를묶어하나의그룹으로표현하는식별자 그룹멤버중가까운하나에게만데이터그램을전달할때사용
80 IPv6 주소체계 3 13 8 24 16 64bits FP TLA ID RES NLA ID SLA ID Interface ID 광역네트워크 네트워크부분 사이트내부 호스트부분 FP : Format Prefix TLA ID : Top-Level Aggregation Identifier ( 공공서비스사업자 ) RES : Reserved NLA ID : Next-Level Aggregation Identifier ( 공공서비스사업자로부터데이터그램을전달받는기관 ) SLA ID : Site-Level Aggregation Identifier ( 기관내부의하부망 ) Interface ID : Interface Identifier (MAC 주소 or 물리주소 )
81 IPv6 주소체계 구조적인주소공간 3 단계로구조화된네트워크부분 최고단계집약식별자 (TLA ID) : ISP와같은공공서비스제공자 다음단계집약식별자 (NLA ID) : ISP에연결되는기관 사이트단계집약식별자 (SLA ID) : 기관내의특정사이트에해당되는하부망 구조적인주소공간의장점 높은단계의집약식별자에의한라우팅에서부터낮은단계의집약식별자에의한라우팅을차례대로수행가능 라우팅테이블엔트리집약화를통해라우팅테이블크기를작게만들어라우터의성능향상
82 IPv6 주소체계 하부망물리주소수용 IPv6 주소의인터페이스식별자 (Interface ID) 는기본적 으로하부망의물리주소표시 호스트식별자에대한별도의할당절차불필요 호스트는별도의주소할당절차없이라우터또는 DHCP 서버로부터네트워크부분 ( 전치부-Prefix) 만을확보하여쉽게주소할당가능
83 IPv4 에서 IPv6 로의전환 전환방법 일시적인전환 점진적인전환 점진적인전환방법 이중스택접근법 (Dual Stack Approach) 터널링접근법 (Tunneling Approach)
84 IPv4 에서 IPv6 로의전환 이중스택접근법 (Dual Stack Approach) A B C D E IPv6 IPv6 & IPv4 IPv4 IPv4 & IPv6 IPv6 Flow : X Src : A Dst : E Flow : X Src : A Dst : E Src : A Dst : E Src : A Dst : E Src : A Dst : E Flow :? Src : A Dst : E Flow :? Src : A Dst : E Data IPv6 IPv4 IPv4 IPv6 Data Data Data Data Data Data IPv6 데이터그램을 IPv4 데이터그램으로변환 IPv4 데이터그램을 IPv6 데이터그램으로변환
85 IPv4 에서 IPv6 로의전환 이중스택접근법 IPv6 를지원하는라우터 / 호스트는 IPv4 를동시에지원 수신자가 IPv6를지원하면 IPv6로통신 수신자가 IPv4 를지원하면 IPv4 로통신 IPv6 데이터그램과 IPv4 데이터그램간의변환 DNS 를통해수신자의 IPv4 와 IPv6 지원여부확인 이중스택접근법의문제점 IPv6 데이터그램과 IPv4 데이터그램변환과정에서일부정보손실가능 예, IPv6 데이터그램의플로우식별자 (Flow Identifier) 정보손실
86 IPv4 에서 IPv6 로의전환 터널링접근법 (Tunneling Approach) A B C D E IPv6 IPv6 & IPv4 IPv4 IPv4 & IPv6 IPv6 Flow : X Src : A Dst : E Data Flow : X Src : A Src : A Src : A Flow : X Flow : X Src : A Dst : E Dst : E Dst : E Src : A Src : A Dst : E Flow : X Flow : X Flow : X Dst : E Dst : E IPv6 Src : A Src : A Src : A Data Dst Data: E IPv4 Dst Data: E IPv4 Data Dst : E Data Data Data Data Data IPv6 데이터그램을 IPv4 데이터그램의데이터로캐슐화 IPv4 데이터그램의데이터로부터캡슐해제를통한 IPv6 데이터그램추출
87 IPv4 에서 IPv6 로의전환 터널링접근법 IPv6 데이터그램을 IPv4 의데이터필드로캡슐화 IPv4 라우터를통과하는동안 IPv6 데이터그램은 IPv4 데이터그램의단순한데이터로취급 IPv4 라우터를모두통과한다음 IPv6 라우터에서 IPV6 데이터그램복원