원활한 인터네트워킹을 위한 기본적인 인터넷 개념 습득의 중요성이 높아지고 있 다. 그중 가장 기본이 된다고 할 수 있는 TCP/IP 프로토콜의 구조와 운용방법을 이해하는 것은 인터넷을 더욱 더 효율적으로 사용하고 이를 기반으로 하는 응용물을 개발하는데 많은 도움을 줄 것이다. 여기에서는 이 TCP/IP프로토콜의 기본 개념들인 IP 주소, ARP, RARP, IP, ICMP, UDP, TCP 등을 살펴보고 또 IP의 발전형 모델인 IPv6에 대하여 살펴본다.
1. TCP/IP 소개 및 개요
1.1 인터네트워킹의 생성
컴퓨터에 있어서 데이터 통신은 이미 가장 기본적인 부분의 하나가 되었다. 컴퓨터 사용자들은 전세계에 퍼진 네트워크를 통해 기후 상태나 곡물생산량, 항공편 운행상태와 같은 여러 주제에 관련된 데이터를 수집하고 있고, 전자 메일링 리스트를 사용하여 공동관심사에 대한 정보를 교환하고 있으며, 프로그램들을 서로 교환 하고 있다.
예전의 (그리고 현재의 몇몇) 네트워크들은 몇몇 사용자들에 의해 사용되는 독립적인 형태로 존 재했다. 따라서 사용자들은 하드웨어 사양을 자신들이 속해있는 네트워크 사양에 맞추어 설정해 야했다. 더욱이 모든 네트워크 사양을 지원하는 단일 네트워크가 존재하지 않기 때문에 하나의 하드웨어 사양을 이용한 광범위한 네트워크를 만드는 것이 불가능 했다.
지난 15년 동안, 서로 떨어져 있는 각각의 수많은 네트워크들을 연결하여 하나의 네트워크로 연 결하여 사용할 수 있도록 해주는 기술이 개발되어져 왔다. 인터네트워킹이라 불리우는 이 기술은 서로 다른 종류의 네트워크를 연결시키고 하나의 통신 기준 집합을 둠으로서 여러 가지의 다양한 하드웨어기술을 다루게 해 주었다. 인터넷 기술은 네트워크 하드웨어의 복잡한 부분은 감추고 컴퓨터들에게 자신이 속한 물리적 네트워크에 관계없이 통신할 수 있도록 한다. 이로 인하여 한 네트워크 상의 호스트에서 사용되는 컴퓨터 서비스들과 그 프로그램들을 멀리 떨어진 다른 네트 워크 상의 호스트에서 사용하는 것이 가능해졌다.
1.2 TCP/IP의 등장배경
미국 정부에서도 인터넷 기술의 중요성과 그 잠재력을 인정하여 많은 기간동안 인터넷을 만들기 위한 기반 연구를 진행해 왔다. ARPA에 의해 주도된 이들 연구는 인터넷 기술의 여러 가지 기반기술과 개념들을 만들고 발전 시켜왔다. 이들 기술들 중에는 컴퓨터들이 서로 통신하는 것에 대한 세밀한 표준도 포함된다. 공 식적으로 TCP/IP Internet Protocol Suite라고 불리우고 일반적으로 TCP/IP라고 불리우는 이 표준은 서로연결된 어떠한 네트워크들의 집합들 사이에서라도 통신 기 본 프로토콜로써 사용되어진다.
TCP/IP 기술은 가정과 대학 캠퍼스, 학교, 기업, 그리고 정부 연구기관등이 서로 연결된 전세계 적 규모의 인터넷을 구성하는 기반을 만들었다. NSF, DOE, DOD, HHS, NASA 등의 미국 연구 기관들이 인터넷을 창설하는데 참 가하였고 자신들의 연구 사이트들을 연결하는데 TCP/IP를 사용하였다. ARPA/NSF 인터넷, TCP/IP 인터넷, 글로벌 인터넷으로도 불 리우는 인터넷은 전세계의 정보들을 마치 옆방 컴퓨터안의 정보를 검색하는 것과 같이 사용할 수 있는 환경을 만들어 주었다.
1.3 TCP/IP기반의 인터넷 서비스들
TCP/IP의 기본 구조는 다음과 같다.
그림 1. TCP/IP 기본 구조
이 구조상에서 지원되는 인터넷 서비스들은 다음 두가지로 나눌 수 있다.
1.3.1 응용수준의 인터넷 서비스들
가장 유명하고 널리 사용되는 인터넷 응용 서비스들은 다음과 같다.
o 전자 메일 : 전자 메일은 메모를 작성하고 이를 개인이나 그룹에 전송하는 기능을 수행한다. 또 다른 사용자가 보낸 메모를 받아 이를 읽을 수 있게 하는 기능도 가지고 있다. 많은 전자 메일 시스템이 존재하지만, TCP/IP 를 사용하는 것은 좀더 나은 신뢰성을 보장해주는데, 이는 이 방법이 메일 메시지를 보내는 과정 에서 송신, 수신 호스트 사이에 있 는 연결노드에 영향을 받지 않기 때문이다. 즉, TCP/IP 메일 전송 시스템은 송신, 수신 호스트들 이 직접 연결되어 작동하기 때 문에 좀 더 신뢰성 높은 메일 전 송을 할 수 있게 해준다.
o 파일 전송 : TCP/IP 프로토콜은 큰 프로그램이나 데이터 파일을 전송할 수 있게 해주는 파일 전송 응용 프로그램을 포함한다. 이 시스템은 접근 허가를 받은 사용자인지를 검색할 수 있게 하는 기능, 혹은 모든 접근을 거부 하게 하는 기능을 제공한다. 메일과 마찬가지로, TCP/IP 위에서의 파일 전송은 양쪽 호스트들이 직접 연결되기 때문에 신 뢰성 높은 전송이 가능해진다.
o 원격 접속 : 원격 접속 시스템은 사용자가 한 컴퓨터에 앉아서 멀리 떨어진 시스템에 접속하고 상호 대화가 가능한 접속 세션을 연결시켜 사용할 수 있도록 도와준다. 원격 접속 시스템은 원 격 시스템과 직접 연결된 창을 사용자의 시스템 화면에 출력하고 , 사용자의 시스템의 입력과 원격시스템의 출력을 창을 통해 표시한다.
1.3.2 네트워크수준의 인터넷 서비스들
네트워크수준에서, 인터넷은 모든 응용프로그램들이 사용하는 다음과 같은 두가지 형태의 서비스 를 제공한다.
o 비연결 패킷 전송 서비스(Connectionless Packet Delivery Service) : 이 서비스는 모든 다른 인 터넷 서비스들에 대한 기반을 만들어 준다. 비연결 전송은 대부분 패킷 스위칭 네트워크들에서 사용된다. 비연결 서비스는 각 각의 패킷을 독립적으로 전송하기 때문에 신뢰성을 보장할 수 없다. 하부의 하드웨어와 직접적으 로 대응이 가능하기 때문에, 비 연결 서비스는 보다 효율성있게 사용될 수 있다. 기본 인터넷 서비스로 비연결 패킷 전송을 사용함으로써 TCP/IP 프로토콜이 많 은 네트워크 하드웨어에 적용될 수 있다.
o 신뢰가능한 흐름 전송 서비스(Reliable Stream Transport Service) : 대부분의 응용프로그램들 은 송신자와 수신자 사이에서 패킷전송 에러나 패킷 손실 등의 에러를 자동으로 복구시켜줄 통신 소프트웨어가 필요하다. 신뢰 가능한 전송 서비스는 이런 문제점들을 다룰 수 있게 한다. 이 서비스는 한 호스트에서 수행되는 하나의 응용프로그램이 다른 호 스트에서 수행되는 응용프로그램과 "연결(connection)"을 생성하여 데이터를 전송 한다.
2. 인터넷 주소(Internet Address)
2.1 개요
인터넷은 소프트웨어로써 구현되는 가상 구조로 만들어져 있다. 따라서 하드웨어에 관계없이 패 킷 형식이나 크기, 주소, 전송기 술 등을 자유롭게 설정할 수 있다. IP 구조에서, 인터넷상의 호스트 각각은 인터넷 주소, 혹은 IP 주소라고 불리우는 32비트의 정수 주소를 배정받게 된다.
개념상로 각각의 주소들은 한쌍(netid, hostid)로 구성되어있다. netid는 네트워크를 나타내고, hostid는 그 네트워크상의 호스트를 나타낸다. 모든 IP 주소들은 그림 2에 나와있는 처음 세가지 형태중 하나로 구성되어 있다.
그림 2. 인터넷 주소(IP)의 다섯가지 형태
IP 주소의 종류는 처음 세 개의 비트로서 결정되어진다. 클래스 A 주소는 호스트 수가 2의 16승 (65,536)이상 되는 네트워크에 배당이 되고 netid로 7비트, hostid로 24비트가 주어진다. 클래스 B 주소는 호스트 수가 2의 8승(256)이상이고 2의 16승이하인 네트워크에 배당이 되고 netid로 14비 트, hostid로 16비트가 주어진다. 마지막으로, 클래스 C 주소는 호스트 수가 2의 8승이하인 네트워크 에 배당이 되고 netid로 21비트, hostid로 8비트가 주어진다.
2.3 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소
인터넷 주소는 호스트를 나타내는 것과 마찬가지로 네트워크를 나타낼 수 있다. 즉, IP 주소의 hostid 값이 0이면 네트워크 자체를 가리키게된다.
또한 인터넷 주소는 네트워크상의 모든 호스트들을 나타내는 브로드캐스트 주소를 가질 수 있다. 표준안에 따라, hostid 값이 0이면, 이 IP 주소는 브로드캐스트 주소로 사용된다. 이 주소는 이더 넷과 같은 네트워크기술에서 유용하게 쓰일 수 있다. 그림 3은 이러한 특별한 형태의 IP 주소들을 보여준다.
그림 3. 특별한 형태의 IP 주소들
2.4 서브넷 주소처리
어떤 한 사이트에서 여러개의 물리적 네트워크를 하나의 네트워크 주소로서 사용할 수 있게 하는 기법을 서브넷 주소처리라고 한다. 그림 4와 같이 네트워크 주소의 hostid 부분을 두 영역으로 나누어 각 각 물리적 네트워크와 호스트를 나타내게 한다.
그림 4. 서브넷 주소처리
이 기법은 한 사이트내에 있는 라우터들과 호스트들에 의해서만 사용되어질 수 있으며, 다른 곳에서는 일반적인 주소로서 처리된다. 그림 5는 서브넷 주소처리에 의해 나누어진 하나의 네트워크(128.0.0.0)의 예를 보여준다.
그림 5. 서브넷 주소처리된 네트워크의 예
3. ARP와 RARP
3.1 ARP
앞에서 인터넷은 패킷을 보내거나 받을 때 IP 주소를 사용하는 하나의 가상망이라고 설명했었다. 이 가상망상에서 두 호스트들 이 통신하기 위해서는 각각의 호스트의 물리적 네트워크 주소를 얻어내어 IP주소를 대응시켜야 한다.
이더넷 같은 네트워크에서 브로드캐스트 기능을 사용하여 이 작업을 수행하게 하는 프로토콜 을 Address Resolution Protocol(ARP)이라고 한다. 이 방법은 새로 코드를 컴파일 시킬 필요없이 새 로운 호스트를 네트워크에 포함시킬 수 있고, 중앙처리형의 데이터베이스같은 것을 필요로 하지 않는다. 주소 대응 테이블를 유지하 지 않고 기능을 수행하게 하기 위해, 설계자는 주소를 동적으로 연결하기 위해 저수준의 프로토콜을 사용했다. Address Resoluton Protocol(ARP)라 불리우는 이 프로토콜은 효율적이고 쉽게 사 용할 수 있는 구조를 제공해준다.
그림 6는 ARP의 동작과정을 보여준다. 호스트 A가 IP address IB 의 물리적 네트워크 주소를 알아내고자 할 때, 호스트 A는 IP 주소 IB 를 가지고 있는 호스트에게 물리적 네트워크 주소 PB 를 보내주도록 요청하는 특별한 패킷을 브로드캐스트한다. B를 포함한 모든 호스트들은 모두 이 요청을 받게 되지만, 호스트 B만이 자기의 IP 주소를 인식하고 자기의 물리적 네트워크 주소가 포함된 메시지를 다시 A로 보내주게 된다. A가 이 메시지를 받으면, A는 이 물리적 네트워크 주소를 이용하여 인터넷 패킷을 B에게 직접 보내주게 된다. 한번 연결된 후에는 캐시를 사용 하여 이 정보를 저장해 두어 다시 ARP를 사용할 필요가 없게 해준다.
그림 6. ARP 프로토콜
ARP 메시지는 물리적인 프레임을 통해서 전송되어져야한다. 그림 7은 프레임의 데이터부분에 캡슐화되어 전송되는 ARP 메시지를 보여준다.
그림 7. ARP 캡슐화
그림 8은 ARP 메시지의 형식을 보여준다.
그림 8. ARP 메시지 형식
HARDWARE TYTE 필드는 하드웨어 인터페이스 형식을 나타내고, 만일 이더넷일 경우 1로 설정된다. PROTOCOL TYPE은 송신자에게 적용되는 상위 수준의 프로토콜 형식을 나타내며, IP 주소는 080016 으로 설정된다. OPERATION 필드는 ARP 요청(1), ARP 응답(2), RARP 요청(3), RARP 응답 (4) 중 하나로 설정된다. HLEN과 PLEN 필 드는 각각 하드웨어 주소 길이와 소프트웨어 주소 길이를 나타낸다. 마지막으로 SENDER HA, SENDER IP 필드는 송신 호스트의 하드웨어 주소와 소프트웨어 주소를, TARGET HA, TARGET IP 필드는 찾고자 하는 호스트의 하드웨어와 소프트웨어의 주소를 나타낸다.
3.2 RARP
디스크를 가지고 있지 않은 호스트가 자신의 IP 주소를 서버로부터 얻어내기 위해서는 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)라는 TCP/IP 인터넷 프로토콜을 사용해야한다. RARP는 ARP 프로토콜로부터 적용된 것이고 그림 8에 나와있는 ARP의 형식을 같이 사용한다. ARP 메시지와 같이 RARP 메시지는 네트워크 프레임의 데이터 부분에 캡슐화되어 한 호스트에서 다른 호스트로 전송된다.
그림 9는 RARP의 동작원리를 보여준다. 송신 호스트는 자신을 송신과 수신 호스트로 정의한 RARP 메시지를 브로드캐스트한다. 네트워크상의 모든 호스트들이 이 요청을 받지만, RARP 서비스를 지원하도록 허가받은 호스 트들만이 이 요청을 수행하고, 그 답신을 보낸다. 이런 호스트들은 RARP 서버로서 네트워크상의 호스트들에게 알려지게 된 다. RARP가 성공적으로 수행되기 위해서, 네트워크는 적어도 하나의 RARP 서버를 포함해야 한다.
그림
9. RARP 프로토콜
4. IP(Internet Protocol)
4.1 개요
신뢰성이 보장되지 않는 비연결 전송(connectionless) 구조로 정의된 프로토콜을 인터넷 프로토콜이라 부르며 약어로 IP라고 나타낸다. IP 프로토콜은 TCP/IP 인터넷을 통한 전송에 사용되는 데이터의 기본단위를 정의한다. IP는 데이터가 보내질 경로를 고르는 라우팅 기능을 수행한다.
물리적 네트워크와 TCP/IP 인터넷 사이에는 유사한 점이 많다. 물리적 네트워크에서 전송단위는 헤더와 데이터부분을 가지고 있는 하나의 프레임이다. 인터넷에서 사용되는 데이터 전송단위를 인터넷 데이터그램이라고 부르며, IP 데이터그램 혹은 데이터그램이라고도 부른다. 물리적 네트워크의 프레임과 같이 데이터그램은 헤더와 데이터부분으로 나뉜 다. 또, 데이터그램 헤더는 송신지와 목적지 주소, 그리고 데이터그램의 내용을 나타내는 형식 필 드를 가진다. 데이터그램 헤더와 프레임 헤더의 차이는 전자는 IP 주소 정보를 가지고 있고, 후자는 물리적 네트워크 주소를 갖는다는 점이다.
4.2 데이터그램 형식
그림 10은 인터넷 데이터그램의 형식을 나타낸다.
그림 10. IP 데이터그램 형식
VERS 필드는 IP 프로토콜의 버젼(현재는 4)을 나타내고, HLEN 필드는 헤더의 길이는 나타내는 필드이다. IP OPTION 필드와 PADDING 필드를 제외한 헤더안의 모든 필드는 고정된 길이를 갖는다. TOTAL LENGTH 필드는 옥텟으로 계산된 IP 데이터그램의 전체 길이를 나타낸다.
일반적으로 Type Of Service(TOS)라고 불리우는 8비트의 SERVICE TYPE 필드는 어떻게 데이터그램이 처리될 것인가를 나타내고 다시 5개의 부 필드로 나뉘어 그 사항을 구체적으로 나타낸다.
IP 데이터그램은 물리적 네트워크 프레임에 캡슐화되어 전송된다. 물리적 네트워크상에서 실제로 전송될 수 있는 한 프레임의 최대 길이를 그 네트워크의 최대 전송단위 혹은 MTU라고 한다. 각 물리적 네트워크가 서로 다른 MTU를 가지고 있기 때문에 큰 데이터그램은 MTU가 가장 작은 네트워크에 맞추어 나누어 서 전송해야할 필요가 있다. 이 나누어진 데이터그램을 프레그멘트라고 하고, 이 프레그멘트를 처리 하는 것을 프레그멘테이션이라고 한다. 프레그멘트들은 각각 프레그멘트 헤더를 가지고있고 이 헤더의 FLAG 필드와 FRAGMENT OFFSET 필드로서 이 데이터그램이 프레그멘트라는 것과 오프셋주소를 알려준다.
IDENTIFICATION 필드는 이 나누어진 프레그멘트들이 하나의 데이터그램이라는 것을 나타내고 후에 프레그멘트들을 재 조합 할 때 사용된다. TIME TO LIVE(TTL) 필드는 이 데이터그램이 얼마동안 인터넷 시스템안에서 머물 수 있는가를 나타낸다. PROTOCOL 필드는 어떤 상위 수준의 프로토콜이 사용되었는가를 나타내고 HEADER CHECKSUM 필드는 헤더값의 무결성을 보장하기위해 쓰인다. SOURCE IP ADDRESS와 DESTINATION IP ADDRESS 필드는 각각 송신 호스트와 수신 호스트의 IP 주소를 나타낸다. DATA 필드는 데이터그램내의 데이터부분의 시작지점을 알려준다. OPTION 필드와 PADDING 필드는 네트워크 테스팅이나 디버깅을 위해 쓰인다.
4.3 인터넷 상에서의 라우팅
하나의 물리적인 네트워크 안에 있는 호스트들사이에서의 IP 데이터그램 전송은 라우터를 사용하지 않고 직접 수행된다. 송신 호스트는 물리적 프레임내에 데이터그램을 캡슐화시키고 목적지 IP 주소를 물리적 하드웨어 주소와 대응시킨 뒤 목적지로 프레임을 직접 전송한다.
서로 다른 물리적 네트워크를 통한 전송은 라우터를 사용하게 된다. TCP/IP 인터넷안에서의 라우터들은 서로 연결된 구조를 가지고 있다. 데이터그램은 이를 직접 목적지 호스트에 전송할 수 있는 라우터에 도달할 때까지 라우터에서 라우터로 전송된다. 각각의 라우터는 라우팅 테이블을 가지고 있어 이 테이블안의 정보를 가지고 데이터그램 전송을 하게된다.
4.4 ICMP(Internet Control Message Protocol)
인터넷상의 라우터들이 전송상의 에러나 예상치않은 사건들을 보고하게 할 목적으로 만들어진 프로토콜을 Internet Control Message Protocol(ICMP)라고 한다. 다른 모든 전송과 같이, ICMP 메시지는 IP 데이터그램의 데이터부분에 실려 인터넷을 통해 전송된다. 그림 7은 ICMP 캡슐화를 보여준다.
각각의 ICMP 메시지는 자기의 고유한 형식을 가지고 있지만, 처음 세 필드는 모두 동일하다. 8비트 정수 메시지인 TYPE 필드는 이 메시지의 종류를 정의하고 8비트 CODE 필드는 메시지 형식에 대한 추가적인 정보를 보여준 다. 그리고 ICMP 메시지에만 적용되는 16비트의 CHECKSUM 필드가 있다. ICMP TYPE이 정 의하는 메시지종류는 표 1과 같다.
타입필드ICMP 메시지 타입 ----------------------------------------------------
0반복 응답
3목적지 도달 불가능 4소스 손실 5경로 변경 8반복 요청 11데이터그램 시간초과 12매개변수 문제발생 13타임스템프 요청 14타임스템프 응답 15정보 요청(사라짐) 16정보 응답(사라짐) 17주소매스크 요청 18주소매스크 응답
표 1. ICMP 메시지 타입
5. UDP(User Datagram Protocol)와 TCP(Transmission Control Protocol)
5.1 UDP의 개요
TCP/IP 환경에서 User Datagram Protocol(UDP)는 한 응용프로그램에서 다른 응용프로그램으로 데이터그램을 전송하는 기본적인 메카니즘을 제공한다. 또한, UDP는 한 호스트안에서 돌아가는 응용프로그램들을 구분하는데 쓰이 는 프로토콜 포트를 제공한다. 이는 한 호스트안의 응용프로그램이 다른 호스트안의 특정 응용프로그램에 데이터를 전송할 수 있게 해준다.
UDP는 신뢰성이 보장되지 않고(unreliable) 비연결인 데이터그램 전송 구조를 제공한다. 따라서, UDP 메시지는 손실될 수 있고, 중복될 수도 있으며, 순서가 뒤바뀌어 도착할 수도 있다. 그리고 패킷들이 수신자가 처리할 수 있는 양보다 더 빨리 도착할 수 도 있다.
5.2 UDP 메시지 형식
각각의 UDP 메시지는 유저 데이터그램이라고 불리운다. 개념적으로 하나의 유저 데이터그램은 UDP 헤더와 UDP 데이터부분 두가지로 구성된다. 그림 11에서 보듯이, 헤더는 메시지가 보내진 포트, 메시지의 목적 포트, 메시지 길이, 그리고 UDP 체크섬을 가리키는 4개의 16비트 필드로 나뉜다.
그림 11. ICMP 메시지 타입
5.3 TCP의 개요
TCP/IP 인터넷 프로토콜에 의해 제공되는 신뢰성이 보장되는 데이터전송서비스를 Transmission Control Protocol 또는 TCP라고 한다. 이 프로토콜은 신뢰성 있는 전송을 수행하기위해 두 호스트가 교환하는 데이터와 승인 메시지의 형식을 정의한다. 또, 어떻게 TCP 소프트웨어가 주어진 호스트의 여러 가지 목적지 가 운데서 하나를 구별해 내며, 어떻게 전송 에러를 복구할 것인가를 정의한다. 또한 이 프로토콜은 두 호스트가 어떻게 TCP 흐름 전송을 초기화하고 이 초기화가 이루어졌을 때 두 호스트가 어떻게 서로 승인하는지를 보여준다.
5.4 TCP 계층화
UDP와 같이, TCP도 프로토콜 계층화 구조에서 IP위에 놓이게 된다. 그림 12은 이 개념적인 구 조를 나타낸다.
그림 12. 프로토콜 계층화 구조
5.5 TCP 세그멘트 형식
두 호스트사이에서 TCP 소프트웨어를 통해 전송되는 단위를 세그멘트라고 부른다. 세그멘트들은 연결을 시키거나, 데이터를 보내거나, 승인메세지를 보내거나, 원도우 사이즈를 알리거나, 또는 연결을 끊을 때 양쪽 호스트들 사이에서 서로 교환된다. 그림 13은 TCP 세그멘트 형식을 보여준다.
그림 13. TCP 세그멘트 형식
SOURCE PORT와 DESTINATION 필드는 송신, 수신 호스트의 응용프로그램에 의해 정의되는 TCP 포트 번호를 가진다. SEQUENCE NUMBER 필드는 세그멘트안 데이터의 송신 바이트 흐름(stream)의 위치를 가리킨다. ACKNOWLEDGMENT NUMBER 필드는 소스가 다음에 받을 것으로 예상되는 옥텟의 수를 나 타낸다.
HLEN 필드는 세그멘트의 길이를 정의하는 정수를 가지고 있다. RESERVED 필드는 차후에 사용되어지기위해 예약된 필드이다. 6비트의 CODE BITS 필드는 세그멘트의 용도와 내용을 결 정하기 위해 쓰인다. 이 필드가 URG로 설정되어있을때는 URGENT POINTER 필드가 설정된다.
5.6 TCP 연결 설정및 종료
연결을 설정하거나 종료위해서 TCP는 세 방향 핸드쉐이킹을 사용한다. 가장 간단한 경우, 연결설 정 핸드쉐이킹은 그림 14과 같이 처리된다.
그림 14. 세 방향 핸드쉐이킹
핸드쉐이킹의 첫 번째 세그멘트는 코드 필드안에 SYN(synchronization) 비트를 설정함으로서 정의된다. 두 번째 메시지는 핸드쉐이킹을 계속하고 있다는 것 뿐만아니라 첫 번째 SYN 세그멘트에 대한 응답이라는 것을 나타내는 SYN 비트와 ACK 비트 집합 모두를 가진다. 첫 번째 헨드쉐이킹 메시지는 두 사이트가 모두 동의했고 연결이 이미 만들어졌다는 것을 알려준다.
연결을 종료할 시에는 SYN 비트대신 FIN 비트를 설정하여 응용프로그램과 종료 메시지를 주고 받는다. 기본적인 구조는 그림 15와 같다.
그림 15. 연결 종료를 위한 수정된 세 방향 헨드쉐이킹
6. 라우팅 프로토콜
인터넷에서 사용되는 라우팅 프로토콜은 다음과 같다.
o GGP(Gateway-to-Gateway Protocol) : 네트워크상의 핵심 라우터들은 Gateway-to-Gateway Protocol(GGP)라고 알려진 벡터 간격 프로토콜을 사용한다. GGP는 더 이상 TCP/IP 구조의 중요한 부분이 아니지만, 이것은 벡터 간격(vector-distance) 라우팅의 한 예를 제공한다. GGP는 UDP 데이터그램들이나 TCP 세그멘트들과 비슷하게 IP 데이터그램들을 통해 사용되도록 설계되었다. 각각의 GGP 메시지는 메시지와 남아있는 필드의 형식을 나타내는 고정된 형식 헤더를 가지고 있다.
o EGP(Exterior Gateway Protocol) : 라우팅 정보를 교환하는 두 라우터들은 만약 두 개의 서로 다른 독립적인 시스템들에 속해있다면 외부 이웃들이라고 불리우고 같은 독립적인 시스템 안에 있다면 내부 이웃들이라고 불린다. 도달 가능 정보를 다른 시스템에게 알려주는 프로토콜을 Exterior Gateway Protocol또는 EGP라고 하고 여기에 쓰이는 라우터들을 외부 라우터라고 한다. 연결된 인터넷 안에서, 각각의 독립적인 시스템들이 핵심 시스템에게 도 달 가능정보를 보내는 경우에 EGP를 사용한다. NSFNET안에 서는 EGP와 비슷한 프로토콜인 BGP(Border Gateway Protocol)가 사용된다.
o RIP(Routing Information Protocol) : 가장 널리 쓰이는 내부 게이트웨이 프로토콜은 Routing Information Protocol(RIP)이다 . RIP는 RIP를 구현시키는 프로그램 이름인 routed로도 부른다. routed 소프트웨어는 버클리에 있는 캘리포니아 대학에서 개발되었고, 자신이 속해있는 지역 네트워크상의 호스트들 사이에서 일관성있는 라우팅과 도달가능 정보를 제공해준다. 라우팅 교환을 빠르게 하기위해 RIP는 물리적 네트워크 브로드캐스트를 사용한다.
o OSPF(Open Shortest Path First protocol) : IETF(Internet Engineering Task Force)에서는 SPF(Shortest Path First) 알고리즘을 사용한 내부 게이트웨이 프로토콜을 설계했다. Open SPF(OSPF)라고 불리는 이 프로토콜은 여러 가지 목적을 가지고 개발되었다. 로드 밸런싱을 지원한다거나 서비스 형태 라우팅을 포함하거나 하여 효율적인 라우팅을 지원해준다. 가장 많은 기능을 제공해 주는 프로토콜이지만 설치와 운용이 복잡하다.
7. IP의 미래 : IPv6(Internet Protocol version 6)
7.1 개요
계속되는 인터넷 호스트들의 폭발적인 증가와 여러 가지 추가로 요구되는 기능들(멀티미디어 지원등)에 대한 지원문제를 해결하기 위해서 IPv4의 새로은 버전으로 IPv6가 태어났다. 이 프로 토콜은 인터넷 환경속에서 보통의 소프트웨어 업그레이드와 같이 인스톨 될 수 있으며, 현재의 IPv4와도 상호운용이 가능하다. 낮은 전송 속도를 가지는 네트워크 뿐만 아니라, ATM같이 높은 효율성을 가진 네트워크들에서도 잘 돌아가도록 이 프로토콜은 설계되었다. 여기에 덧붙여서, 가까운 미래에 요구될 새로운 인터넷 기술들에 대한 기반을 제공한다.
IPv6는 IPv4의 여러 가지 문제들을 해결하고 여러 가지 성능향상을 추가했다. 인터넷이 확장 하면서 생기는 문제를 해결하고, 유동적인 전송 매카니즘을 제공하여 구조상의 문제점으로 인해 발생할 수 있는 여러 가지 위험들을 줄이고자 하였다.
7.2 IPv6 형식
IPv6 프로토콜은 기본적인 IPv6 헤더와 IPv6 확장헤더로 나뉜다. 그림 16는 기본적인 IPv6 헤 더 형식을 보여준다.
그림 16. IPv6 헤더 형식
각각의 필드는 다음과 같이 구성되어 있다.
Version : 4비트 인터넷 프로토콜 버전 번호, 6으로 설정되어 있다.
Prio : 4비트 우선순위 값
Flow Label : 24비트 필드, QoS와 관계가 있다.
Payload Length : 16비트의 무부호 정수. 내용물의 길이를 나타냄.
Next Header : 8비트의 선택기. IPv6 헤더에 계속해서 오는 헤더의 형태를 구분한다.
Hop Limit : 8비트의 무부호 정수. 패킷이 각각의 노드를 지날때마다 1씩 감소한다.
Source Address : 128비트. 패킷을 보내는 초기 송신 호스트의 주소.
Destination Address : 128비트. 패킷의 수신 호스트의 주소.
IPv6는 분리된 확장 헤더를 두어 향상된 옵션 매카니즘을 제공한다. 이 확장 헤더를 통해 인증 또는 암호화 등의 옵션을 줄 수 있다.
IPv6 주소는 128비트의 길이로 되어있고 개개의 인터페이스와 인터페이스 집합을 정의해준다. IP 주소의 형태는 유니캐스트, 애 니캐스트, 멀티캐스트의 3종류로 나뉜다. 유니캐스트 주소는 단일 인터페이스를 정의한다. 애니캐스트 주소는 패킷이 애니캐스트 주소로 보내졌을 때 그 집합의 하나의 일원에게만 전송될 인터페이스 집합을 정의한다. 멀티캐스트 주소는 패킷이 멀티캐스트 주소로 보내졌을 때 그 그룹안에 있는 모든 인터페이스들에게 전송될 인터페이스 그룹을 정의한다. IPv6의 멀티캐스트 주소는 IPv4의 브로드캐스트 주소를 대신한다.
IPv6 변환 기술에서 사용되는 두가지 특별한 유니캐스트 주소가 있는데 하나는 IPv6와 IPv4 모두 호환가능한 호스트라는것을 나타내는 IPv6 호환 주소이고, 다른 하나는 IPv4만 호환가능한 호스트라는 것을 보여주는 IPv6에 대응 된 IPv4 주소이다. 각각 뒤 32비트 부분에 IPv4주소를 포함하고 있다. 그림 17은 이 두가지 주소 형 식을 보여준다.
그림 17. IPv4 호환 IPv6 주소 형식
7.3 IPv6 변환 매카니즘
현재 구현되어 있는 IPv4의 구조를 건드리지 않고 IPv4와 IPv6를 상호 운용하는 방법에는 다음 두 가지가 있다.
o 호스트와 라우터에서의 이중 IP 계층화 : 네임 서버들과 라우터들은 변환 기간동안 IPv4와 IPv6 모두를 지원한다. 이 방법은 업그레이드된 노드들이 자신의 기본적인 프로토콜을 사용하면서 IPv4와 IPv6 노드들과 상호운용 이 가능하도록 만들어준다. 이중 호스트들은 IPv4를 사용하여 IPv4 호스트들과 통신하고, IPv6를 사 용하여 IPv6 호스트들과 통신한다. IPv4와 IPv6 모두에 적용되기위해 확장된 DNS(Domain Name Service)를 사용하여야 한다. 이중 IP 네트워크의 구조는 그림 18과 같다.
그림 18. 이중 IP 네트워크
o IPv4 위에서의 IPv6 터널링 : 호스트들 (그리고 경우에따라 라우터들도) 캡슐화 방법으로 IPv4 라우팅 기술을 통해 IPv6 전송 을 행할 수 있다. 이 기술은 기존에 설치된 IPv4 라우팅 시스템을 건드리지 않고 IPv6 작업 수행 을 가능케한다는 장점이 있다. IPv4 라우팅 내부 구조상에서 IPv6 전송을 할 수 있도록 하기위해 터 널링이라는 기법을 사용한다. IPv6/IPv4 겸용 호스트들이나 라우터들은 IPv4 패킷에 IPv6 데이터그램을 캡슐화시켜 IPv4 지역을 통과하게 하기위해서 가상 터널을 만든다. 그림 19에는 IPv4에 IPv6를 캡슐화하는 예제가 나와있다.
그림 19. IPv6 캡슐화
터널링방법에는 두가지가 있는데 하나는 구성화된(configured) 터널링 방법이고, 다른 하나는 자 동화된(automatic) 터널링 방법이다. 구성화된 터널링 방법은 IPv4 네트워크상에 떨어져있는 두 개의 IPv6/IPV4 노드(일반적으로 라우터)들 사이에 가상적인 터널 연결을 만드는 전형적인 터널링 방법이다. 각각의 터널 연결은 한쪽이나 양쪽의 터널 종단지점의 IP 주소를 수동적으로 지정해주므로써 설정된다(그림 20).
그림 20. 구성화된 터널링
자동화된 터널링은 구성화된 터널링과 같은 기반 메카니즘을 사용하지만, 각각의 터널을 개별로 설정해 주어야할 필요를 없앴다. IPv4 주소가 실려있는 IPv4 호환 주소를 사용하여 전송하고자 하는 IPv4 호스트까지 직접 전송해준다. 자동화된 터널링은 일반적으로 라우터가 아니라 호스트에게 패킷을 전송하는데 에 쓰인다(그림 21).
그림 21. 자동화된 터널링
8. 결론
지금까지 TCP/IP 프로토콜의 전체적인 구조와 그 동작원리, 그리고 앞으로 발전되어 나갈 모습 에 대해 간략하게 소개했다.
TCP/IP는 인터넷같은 커다란 네트워크의 집합들에 사용되기 위해 만들어져왔고 또 그동안 실제 로 다른 프로토콜보다 뛰어난 효율성과 안정성을 보이며 사용되어져왔다. 최근들어 인터넷 호 스트 수가 증가함에따라 기존의 TCP/IP 프로토콜로서는 이를 수용할 수 없게 되자 IPNG(Internet Protocol Next Generation)같은 계획을 통해 이를 보완하고 있다.
인터넷이나 TCP/IP 프로토콜 모두 고정적이지는 않다. 세계의 여러 가지 연구기관들에서 이 기 술들을 확장하고 발전시켜나가려는 노력을 계속하고 있다. 앞으로도 TCP/IP기술은 인터넷의 확장과 더불어 계속 발전해 나갈 것이 다.
참고문헌(References)
[Comer 96]
Douglas E. Comer, "Introduction to TCP/IP and Internetworking", Networld Interop 96, 1996
[Prentice Hall 95]
Douglas E. Comer, "Internetworking with TCP/IP" Third edition, Prentice Hall, 1995
[Bradner 95]
S. Bradner, A. Mankin, "The Recommendation for the IP Next Generation Protocol", RFC, 1995
[Addison-Wesley 96]
Scott O. Bradner, Alloson Mankin, "IPng : Internet Protocol Next Generation", Addison-Wesley, 1996
[Addison-Wesley 96]
Stephen A. Thomas, "IPng and the TCP/IP Protocols", Addison-Wesley, 1996