IP 프로토콜

비연결형 서비스를 제공

패킷을 분할/병합하는 기능을 수행

헤더 체크섬만 제공

Best Effort 방식의 전송 기능

최대한 data를 빠르게 보냄

IP 헤더 구조

 

 

 

DS/ECN (Differentiated Services / Explicit Congestion Notification)

 

 

DS와 ECN 필드가 도입되기 전에는 8비트의 Service Type(DS + ECN) 필드로 정의되어 우선순위, 지연, 전송률, 신뢰성 등의 값을 지정하였음.

 

Service Type 필드는 IP 프로토콜이 사용자에게 제공하는 서비스의 품질에 관련된 내용을 왼쪽 표와 같이 표현하였음.

 

 

 

 

차등 서비스 개념이 도입되면서 Service Type 필드가 6비트의 DS 필드와 2비트의 ECN 필드로 새로 정의되었음.

인터넷에서 다양한 트래픽 요구 조건을 필요로 하는 서비스들에 대하여 서로 다른 수준의 QoS를 지원하기 위함.

 

DS를 사용하기 위해 사전에 서비스 제공자와 서비스 이용자 사이에 서비스 등급에 대한 합의가 이루어지고, 

동일한 DS 값을 갖는 트래픽들은 동일한 서비스 등급으로 처리됨. (라우터에 의하여 처리되므로 기존 네트워크 응용 프로그램 변경 필요 x)

DS 코드 포인트라고도 하는 DS 필드 값은 차등 서비스의 기준이 되는 레이블 값으로 64개의 트래픽 클래스를 정의할 수 있다.

 

혼잡 제어를 위한 ECN 필드 값의 의미

ECT 0과 ECT 1은 동일한 의미로 어느 것을 사용해도 무방함.

01(ECT 1), 10(ECT 0) : 송신 호스트가 라우터에게 IP 패킷에 캡슐화된 TCP 프로토콜이 ECN 기능을 지원함을 알려줌

ECN 기능을 지원하기 위해 TCP 프로토콜의 헤더에도 ECE 필드와 CWR 필드가 추가됨

 

패킷 분할

IP 프로토콜은 상위 계층에서 내려온 전송 데이터가 패킷하나로 전송하기에 너무 크면 이를 분할해 전송한다.

패킷 분할과 관련된 필드 (IP 헤더의 두 번째 워드)

Identification(식별자, 구분자) : 분할되지 않은 패킷: 값을 순차적으로 증가, 분할된 패킷: 동일한 번호 부여

                                                    수신 호스트는 Identification 번호가 같은 패킷을 다시 병합함

DF (Don’t Fragment): 1로 지정 시 패킷 분할 금지, 수신 호스트가 분할되어 입력된 패킷들을 병합하는 기능이 없을 때 사용

                                        자신이 처리가능한 패킷의 크기보다 큰 IP 패킷에 DF 필드가 설정되어 있다면 분할 기능 수행 없이 버림

MF (More Fragment) : 분할된 패킷 : 1, 분할된 패킷의 마지막: 0 => 분할 패킷이 더 이상 없음을 표시

Fragment Offset(분할 오프셋) : 패킷 분할이 이루어지면 12비트 분할 오프셋 필드를 사용

                                                      분할되기 전 데이터에서의 상대적인 위치 정보, 8 바이트의 배수로 지정

                                                      ex) Fragment Offset 값이 64라면 원래 데이터에서 64 * 8 = 512번째에 위치  

 

주소 관련 필드

Source Address: 송신 호스트의 IP 주소

Destination Address: 수신 호스트의 IP 주소

IP 주소 체계 : 5 종류

클래스 A, B, C : 유니 캐스팅

클래스 D :           멀티 캐스팅

클래스 E :  새로운 응용 환경 위해 잠정적으로 예약된 클래스

IP 주소 체계

클래스 A, B, C는 주소를 network와 host 필드로 구분해 관리

네트워크 주소: 호스트들을 모은 네트워크를 지칭하는 주소. 네트워크 주소가 동일한 네트워크를 로컬 네트워크라고 함

                       현재 이 주소의 할당은 NIC(network information center)에서 담당함.

호스트 주소: 하나의 네트워크 내에 존재하는 호스트를 구분하기 위한 주소

클래스 A : host 비트가 크기 때문에 규모가 큰 네트워크에서 사용

클래스 C : 규모가 작은 네트워크에서 사용

기타 필드

Version Number: 버전 4 (IPv4)

Header Length: IP 프로토콜 헤더 길이를 32비트 워드 단위로 표시

                             일반 패킷 전송 시 헤더의 Options, Padding 필드가 빠지므로 IP 헤더의 최소 길이는 5 (4byte * 5 = 20byte)

Packet Length: 헤더를 포함한 패킷의 전체 길이

Time To Live (TTL) : 패킷의 생존 시간, 라우터를 거칠 때마다 1씩 감소되며, 0이 되면 네트워크에서 강제로 제거

Transport Protocol(전송 프로토콜) : IP 프로토콜에 데이터 전송을 요구한 전송 계층 프로토콜을 가리킴

Transport 필드

• TCP (Transmission Control Protocol): 프로토콜 번호: 6

• UDP (User Datagram Protocol): 프로토콜 번호: 17

• ICMP (Internet Control Message Protocol): 프로토콜 번호: 1, 네트워크 상태를 진단하고 오류 메시지를 전달하는 데 사용

• IGMP (Internet Group Management Protocol): 프로토콜 번호: 2, 멀티캐스트 그룹 관리를 위한 프로토콜

 

Transport 필드를 통해 패킷 수신자는 페이로드 내부에 어느 프로토콜 정보가 있는지 판단할 수 있음

전송 계층의 TCP 세그먼트, UDP 데이터그램, 네트워크 계층의 ICMP 패킷은 모두 페이로드(Payload)에 캡슐화되어 전송됨

 

Header Checksum: 헤더 오류 검출(데이터 오류 검출 x)

(이와 달리 전송 계층(4 계층)인 TCP, UDP 프로토콜의 헤더는 헤더와 데이터 모두에 대한 체크섬 정보를 제공하기 때문에 IP 상호 보완적인 오류 검출 기능을 수행)

Options : 네트워크 관리나 보안과 같은 특수 용도

Padding : IP 헤더 크기는 32 비트 워드 크기가 배수가 되도록 설계되어 있어, 전체크기가 해당 조건을 만족시키도록 패딩필드로 조절

 

패킷의 분할

분할의 필요성

패킷 분할의 필요성

위의 그림에서 데이터 링크 계층 프로토콜의 프레임은 크기가 프로토콜마다 다르다. 따라서 상위 계층에서 내려면 데이터를 데이터 링크 계층의 프레임 틀에 담을 수 있도록 IP 프로토콜에서 분할 과정을 거친 후에 전송하고, 수신 호스트에서는 이를 다시 병합 작업을 수행한다.

IP 프로토콜의 분할 기능은 전송 경로에 위치한 라우터에 의해 수행된다.

라우터의 좌우에 연결된 LAN이 서로 다를 수 있기 때문에 데이터 링크 계층에 위치한 프레임 크기가 프로토콜마다 달라진다.

따라서 데이터를 수신한 이후에 패킷을 중개하는 방향에 위치한 LAN에 맞도록 프레임을 분할해주어야 한다.

 

분할의 예

아래의 그림은 IP 프로토콜의 패킷 분할 과정의 예이다.

패킷 분할의 예

가정

IP 헤더를 제외한 전송 데이터의 크기: 380 바이트

패킷의 최대 크기: 128 바이트

 

Fragment Offset 필드: 이 값에 8을 곱한 크기가 분할 전의 데이터 위치

패킷 전체의 최대 크기인 128바이트에서 헤더인 20바이트를 빼면 108바이트가 되므로

분할 패킷에 보관할 수 있는 데이터의 최대 크기는 (108을 8로 나눈 몫 (정수값))×8 = 104바이트

분할된 패킷의 개수는 4개 (=380을 104로 나눈 몫 + 1)이며,

각 패킷의 Fragment Offset 필드 값은 0, 13, 26, 39가 된다.

분할 패킷인 분할 1, 분할 2, 분할 3은 데이터 크기 104바이트에 헤더 크기 20바이트를 더해 124가 되므로 패킷의 전체 크기

Packet Length = 124바이트이다.

마지막 분할 패킷은, 전체 데이터의 크기 380에서 세 개의 분할 패킷 크기 3 ×104를 빼면 68바이트의 여분을 얻을 수 있는데,

이 값에 헤더 크기인 20바이트를 더해 Packet Length = 88바이트이다.

분할한 패킷의 Identification 필드에는 동일한 번호를 부여해야 한다.

임의로 1254를 가정하였다.

MF 필드는 마지막 패킷만 제외하고 1을 지정해 분할 패킷이 이어지고 있음을 표시

 

 

 

참고 자료 :

쉽게 배우는 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크 3판 - 박기현 지음