네트워크 계층 프로토콜

쉽게 배우는 데이터 통신 과 컴퓨터 네트워크

학습목표  IPv6의 필요성과 헤더 구조를 이해한다.

 이동 IP 프로토콜의 터널링 원리를 이해한다.

 ARP/RARP의 필요성을 이해한다.

 ICMP의 헤더와 제어 메시지를 이해한다.

 IGMP의 헤더와 멀티캐스트 그룹 관리 방식을 이해한다.

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3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

• ARP, RARP, ICMP, IGMP  ARP • IP 주소와 MAC 주소 사이의 변환 기능 수행  MAC 주소 • • • • 송신 호스트의 IP 주소: 송신 호스트의 하드 디스크에서 얻을 수 있음 수신 호스트의 IP 주소: 사용자가 제공 송신 호스트의 MAC 주소: 송신 호스트의 LAN 카드에서 얻을 수 있음 수신 호스트의 MAC 주소: ARP 프로토콜이 제공 • ARP 프로토콜 – – – – 특정 호스트의 IP 주소로 부터 MAC 주소를 제공하는 프로토콜 ARP request라는 특수 패킷을 브로드캐스팅 IP 주소에 해당하는 호스트만 ARP reply로 MAC 주소를 회신 효율 향상을 위해 캐시 기능을 제공 3/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 ARP 용도 4/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 ARP 패킷 구조 0 31 • ARP 필드 – – – – H/W Type: 물리적인 망의 종류를 표시, Ethernet:1 Protocol Type: 네트워크 프로토콜 종류를 표시, IPv4:0x0800 H/W Length: 물리주소 길이(바이트 단위) Protocol Length: 네트워크 프로토콜 주소 길이(바이트 단위), IPv4: 4 5/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 ARP 사용 예제 6/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 ARP  RARP • • 하드 디스크가 없는 시스템은 자신의 IP 주소를 알 수 없음 [그림 8-8] 특정 호스트의 MAC 주소로 부터 IP 주소를 제공하는 프로토콜 7/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 ICMP • IP 프로토콜 동작 시에, 오류 발생을 알림, 네트워크 관련 정보 질의/응답 용도 • • 기능적인 측면에서 계층: 인터넷 계층(네트워크 계층) 전송적인 측면에서 계층: 트랜스포트 계층 (IP 패킷을 Encapsulation 되어 전송됨 )  ICMP 메시지 (오류 발생 통보) • • • • DESTINATION UNREACHABLE: – 수신 호스트에 접근이 불가능 함을 발신 호스트에게 전달 SOURCE QUENCH: 네트워크에 필요한 자원 부족으로 패킷 폐기 – – 혼잡 등으로 처리하는 패킷이 폐기되었음을 발신 호스트에게 통보 발신 호스트는 패킷 전송 속도를 늦추어야 함 TIME EXCEEDED: 시간 초과 현상으로 패킷 폐기를 통보 – – IP 패킷의 TTL 값이 0로가 되었음 정해진 시간 동안 단편의 일부가 수신되지 않았음 PRAMETER PROBLEMS 8/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 ICMP  ICMP 메시지 (오류 발생 통보) • • PRAMETER PROBLEMS – – – – 헤더 필드의 일부가 누락되거나 이상한 값이 포함됨 옵션이 요구되는 부분이 빠져 있음 REDIRECTION 패킷 전달에 더 좋은 라우터가 있음 (다음 전송 시에는 이 라우터로 전달하기 바람) 즉 호스트의 라우팅 테이블 갱신을 요구 9/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 ICMP  ICMP 메시지 질의/응답 • ECHO REQUEST, ECHO REPLY – – – 특정 호스트까지 패킷 도달성을 검사하는 용도로 사용 Echo Request(ping)메시지를 받은 호스트는 무조건 Echo Reply(pong)로 응답 ping 프로그램에 활용 • TIMESTAMP REQUEST, TIMESTAMP REPLY – 네트워크 지연을 측정함 10/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 ICMP  ICMP 헤더 형식 [그림 8-9] • • • • • 처음 8 바이트는 모든 메시지에 반드시 포함됨 Type: 메시지를 구분 Code: 메시지 내용에 대한 자세한 정보 Checksum: 전체 메시지에 대한 체크섬 기능 ICMP 메시지 내용 1: 메시지 종류에 따라 값이 결정됨 11/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 ICMP  ICMP 헤더 형식 • ICMP 메시지 내용 2 – – 오류 원인을 제공한 IP 패킷의 헤더와 이어지는 8 바이트의 정보가 포함됨 [그림 8-10] 12/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 ICMP  ICMP 메시지의 전송 • • ICMP는 기능적으로 IP 프로토콜과 같은 계층의 역할을 수행 ICMP 메시지는 IP 프로토콜에 캡슐화되어 전송 [그림 8-11] 13/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 IGMP • 멀티캐스팅: 특정 그룹에 속한 모든 호스트에게 메시지를 전송하는 방식  그룹 관리 • • 그룹의 생성/제거, 그룹 참가/탈퇴 멀티캐스팅을 지원하기 위한 방안 – – – 다중 호스트를 표시하는 멀티캐스트 그룹 주소 표기 방법의 통일 라우터가 멀티캐스트 주소와 이 그룹에 속하는 호스트 사이의 연관성 처리 효율적인 멀티캐스트 라우팅 알고리즘  IGMP 헤더 형식 • 임의의 호스트가 멀티캐스트 그룹에 가입하거나 탈퇴할 때 사용 14/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 IGMP  IGMP 헤더 형식 • IGMP 버전 2의 메시지 형식 [그림 8-12] – – 질의 메시지: 라우터에서 호스트로 전달 보고 메시지: 질의 메시지에 대한 응답으로 호스트가 회신 15/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 IGMP  IGMP 헤더 형식 • Version Number [편집 오류]: 버전 2에서 사라진 필드 • Type – – – 0x11: 질의 메시지 0x16: 보고 메시지 0x17: 그룹 탈퇴에 관한 메시지 • Max Response Time – 질의 메시지에서 사용하며 보고 메시지가 전송되어야 하는 최대 응답 시간 • • – – Checksum Group Address 질의 메시지: 0으로 채움 보고 메시지: 호스트가 가입을 원하는 그룹 주소 표기 16/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 IGMP  IGMP 동작 과정 • • • 그룹 가입 [그림 8-13(a)] 그룹 유지 [그림 8-13(b)] 그룹 탈퇴 [그림 8-13(c)] 17/27

3절. 기타 네트워크 계층 프로토콜

 IGMP  IGMP 메시지의 전송 • • IGMP는 IP 프로토콜과 동등한 계층의 기능을 수행 IP 패킷에 캡슐화되어 전송 [그림 8-14] 18/27

1절. IPv6

• 주소 공간 확장 – – IPv4의 32 비트에서 128 비트로 확장 최대 2 128 개의 호스트를 지원 • 헤더 구조 단순화 – 오류제어 등의 오버헤드를 줄여 프로토콜의 전송 효율 향상 • 흐름 제어 기능 지원 – – 일정 범위 내에서 예측 가능한 데이터 흐름을 지원 실시간 멀티미디어 응용 환경을 수용 19/27

1절. IPv6

 IPv6 헤더 형식 • 기본 헤더 [그림 8-1] • • 총 40 바이트 중 32 바이트를 주소 공간으로 사용 필요 시 기본 헤더 뒤에 여러 개의 확장 헤더를 지원 20/27

1절. IPv6

 IPv6 헤더 형식 • 확장 헤더의 종류 • Hop-by-Hop Options Header: hop-by-hop 옵션 처리를 지원 • – – Jumbo 페이로드 옵션: 데이터의 크기가 65535 바이트보다 클 때 사용 라우터 긴급 옵션: 라우터에 전송 대역 예약 같은 특정 정보를 제공 Routing Header – – IPv4의 소스 라우팅과 유사한 기능 패킷이 Routing Header에 지정된 특정 노드를 경유하여 전송됨 Fragment Header: 패킷 분할과 관련된 정보를 포함 • • • • Destination Options Header: 수신 호스트가 확인할 수 있는 옵션 정보 Authentication Header: 패킷 인증 관련 기능 Encapsulating Security Payload Header: 프라이버시 기능 21/27

1절. IPv6

 IPv6 헤더 형식  우선 순위 • • Priority 필드: 특정 패킷의 우선 순위를 상향 혼잡 제어 유무에 따른 처리 – – 혼잡 제어 기능이 없으면 우선 순위를 8 단계로 구분하여 처리 혼잡 제어 기능이 있으면 인터넷 제어 트래픽, 대화식 트래픽, 대용량 전송 트래픽, 데이터 트래픽, 필터 트래픽 등으로 구분하여 처리  흐름 제어 • • • • IPv4에서는 패킷 중개 시 동일한 기준을 적용 Flow Label 필드: 실시간 서비스가 필요한 응용 환경에서 사용 필드를 지원하지 않는 호스트 혹은 라우터에서의 처리 – – – 패킷 생성시 0으로 지정 패킷 중개시 현재 값 유지 패킷 수신시 값 무시 0이 아닌 동일번호 패킷들은 중개 과정을 간단히 처리할 수 있음 22/27

1절. IPv6

 IPv6 헤더 형식  기타 필드 • • • Version Number: 6으로 지정 Payload Length: 헤더를 제외한 패킷의 크기 • • Next Header: 기본 헤더 다음에 위치하는 헤더의 유형 – – IPv6의 확정 헤더 상위 계층인 TCP 혹은 UDP 헤더 Hop Limit: IPv4의 Time To Live 필드와 동일한 역할을 수행 Source Address / Destination Address: IPv6 주소 23/27

1절. IPv6

 IPv6 주소 • 128 비트로 확장  주소 표현 • 16 비트의 숫자 8개를 콜론으로 구분 [그림 8-2] 24/27

1절. IPv6

 IPv6 주소  주소 공간 • [표 8-1] 25/27

2절. 이동 IP

 터널링 원리  상이한 전송 수단 [그림 8-3] 26/27

2절. 이동 IP

 터널링 원리  터널링 방식 [그림 8-4] 27/27

2절. 이동 IP

 IP 터널링  주소 표현 • 호스트 이동 시 IP 주소의 처리 – – 새로운 주소 할당: 라우팅의 처리가 수월하지만 주소 교체 작업이 필요 고유의 주소 유지: 주소 교체 작업이 필요 없지만 라우팅의 처리가 복잡  에이전트 • • 두 종류의 주소 사용 – – – – HA: 이동 호스트를 위한 고정 위치의 홈 에이전트 FA: 이동 호스트를 위한 가변 위치의 포린 에이전트 호스트가 이동할 때의 처리 HA는 변하지 않고 FA만 변함 따라서 HA와 새로운 FA 사이에 터널 설정 28/27

2절. 이동 IP

 IP 터널링  에이전트 • 송신 호스트에서 이동 호스트까지 패킷 전달 과정 [그림 8-5] – – – 먼저, 이동 호스트를 목적지로 하는 패킷은 HA에게 전달됨 HA는 FA와의 터널을 이용해 FA에게 패킷을 전달함 FA는 이동 호스트에게 패킷 전달함 29/27

2절. 이동 IP

 IP 터널링  IP 터널 [그림 8-6] • 터널 구간에서 IP 캡슐링 방식으로 패킷을 중개 – – 원 패킷: 송신 호스트가 전송하고, 수신 호스트가 수신 받는 패킷 IP 캡슐 패킷: 터널 구간에서 원 패킷을 IP 캡슐화 30/27

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