IPv4 fragmentation, reassembly
IPv4 datagram은 Ethernet frame에서 보통 1,500 byte를 전송할 수 있지만, 중간에 wide-area link에서 MTU 크기가 줄어들기 때문에, 그 링크를 통과하기 위해, fragmentation이 일어난다.
Datagram이 fragmentated되면 header가 늘어나기 때문에 오버헤드가 발생한다.
하지만 이러한 fragmentated된 datagram은 중간에 reassemble되지 않고, 마지막에 목적지 host에서 reassemble된다.
IPv4 fragmentation at router: example
보내야 하는 datagram의 길이는 4000 byte인데, MTU가 1500 byte라고 가정하자.
따라서 이 큰 datagram은 3개의 fragment로 쪼개진다.
- length: Fragment의 길이는 1500 byte인데, 이 중 20 byte는 고정 길이 헤더이고, 나머지 1480 byte가 data이다.
- ID: ID는 같은 datagram임을 나타내야 하므로, x로 같다.
- fragflag: fragflag가 1이면, 뒤에 따라오는 나머지 datagram이 있음을 나타내고, fragflag 값이 0이면, 그것이 마지막 datagram임을 의미한다.
- offset: (앞선 fragment의 데이터 길이/8) 값을 적는다. 그리고 이 값은 누적되므로, 나중의 fragment에는 앞선 offset을 누적해줘야 한다.
Fragmentation: example
2400 byte의 datagram을 보내야 하고, MTU는 700 byte라고 가정하자.
2400 byte의 datagram 중 20 byte는 헤더, 나머지 2380 byte가 데이터이다.
MTU가 700이므로, (2380/700 = 3.xx). 따라서, 4개의 fragment가 필요하다.
- Total datagram length: 700 bytes
- ID: 같다.
- Frag.Flag: 마지막은 0, 나머지는 1
- offset: (680/8 = 85)를 누적해서 적는다.
4.3.2 IPv4 addressing
IP 주소 addressing에 대해 배울 때는, 전체 IP 주소가 부족하다는 것을 꼭 기억해야 한다. 예전에 비해 device 수가 늘어남에 따라, IP 주소가 더 많이 필요해졌기 때문이다.
IPv4 addressing: introduction
IP 주소는 device마다 할당된다고 많이들 생각하지만, 사실 router와 host의 interface에 할당되는 것이다.
- Router는 보통 multiple interface를 가지고 있다.
- Host는 보통 하나 또는 두 개의 interface를 가지고 있다: Ethernet, wireless WiFi
▶ dotted-decimal IP address: 8비트를 10진수로 표시한다.
Q. 그렇다면 이러한 interface들은 실제로 어떻게 연결되어 있을까?
A. link layer에 연결되어 있다: Ethernet switches, WiFi base station
- Wired Ethernet interfaces: connected by Ethernet switches.
- Wireless WiFi interfaces: connected by WiFi base station.
Subnets
▶ Subnet
: Device interfaces with same subnet part of IP address can physically reach each other without intervening router.
--> 즉, router의 개입 없이 연결된 인터넷의 집합이다.
▶ IP address structure: subnet part + host part
--> IP 주소는 subnet part와 host part로 나뉘어 있기 때문에, subnet part를 subnet mask로 표현해준다.
- 같은 subnet에 속하면, subnet part를 서로 공유한다.
IPv4 addressing
IPv4 addressing 방법에는 subnet part의 길이를 미리 정해놓는 방식과, 가변 길이를 이용하는 방식(CIDR)이 있다.
IPv4 careful addressing
이 방법에서는 class를 5가지로 구분하고, first high bits 몇 개를 이용하여 class를 식별할 수 있도록 한다.
A class의 경우, subnet part가 8 bit이다. 따라서 A class에 속할 수 있는 주소의 수는 적고, A class 내에서는 다양한 주소를 생성할 수 있다. 따라서 subnet 규모가 큰 경우, A class를 이용한다.
- Number of Networks = 2^(subnet part - 1) - 2
- Hosts per Network = 2^(32 - subnet part) - 2
이러한 고정 길이 subnet part 방식은, 주소의 낭비가 심하다는 단점이 있다. 예를 통해 그 이유를 설명하겠다.
C class의 경우, subnet의 규모가 너무 작다. 반면 B class의 경우, subnet 규모가 크다. 사용자 입장에서는 subnet 규모가 큰 것이 모자라는 것보다는 나으므로, 주로 B class를 자주 이용한다. 하지만 이 거대한 B class의 subnet은 종종 사용되지 않는다. 즉, 낭비되는 것이다.
IPv4 careless addressing: CIDR
따라서 대안으로 제시된 방법이 CIDR 방법이다.
이 방식에서는 subnet part의 길이를 가변 길이로 설정한다. 따라서 아래와 같이 subnet part를 표시해 주어야 한다.
CDIR example
IP addresses: how to get one?
그렇다면, 이러한 IP 주소는 어떻게 얻을까?
Q1. host는 network 내에서 어떻게 IP 주소를 얻을까?
- hard-coded by system admin in a configuration file.
- DHCP (Dynamic Host Configuration File)
Q2. Network는 어떻게 IP 주소를 얻을까? (subnet part of address)
IP addresses: How does host get IP address?
▶ hard-coded by system admin in a configuration file.
▶ DHCP (Dynamic Host Configuration File)
: host가 server에서 일시적으로 쓸 IP 주소를 받아오는 방식이다.
- 이때, client와 server 모두 well-know port 번호를 이용한다.
DHCP (Dynamic Host Configuration File)
: Host가 network로부터 IP 주소를 dynamic하게 받아온다.
--> IP 주소의 재사용이 가능하고, mobile user에게 유리하다.
▶ DHCP overview: 4개의 message
- Client: host broadcast DHCP discover message. (optional)
- Server: DHCP server responds with DHCP offer message. (optional)
- Client: host requests IP adddress -- DHCP request message
- Server: DHCP server sends address -- DHCP ack message
DHCP client-server scenario
- DHCP client: DHCP discover - DHCP server 거기 있니?
- DHCP server: DHCP offer - 이 IP 주소를 써보는게 어때?
- DHCP client: 좋아, 나 그 주소 쓸게!
- DHCP server: 그래, 이 주소 너꺼 해.
DHCP: more than IP addressing
DHCP는 IP 주소 이외에도 다른 정보들을 보내준다.
- DNS server의 IP 주소
- Address of first-hop router (default gateway) for client
- Network mask (subnet part)
DHCP: example
- DHCP client가 DHCP server에게 DHCP request를 broadcast한다.
- DHCP server가 DHCP ACK으로 응답한다.
이때, DHCP ACK에는 client의 IP 주소뿐만 아니라,
name and IP address of DNS server, IP address of its first-hop router를 포함한다.
출처: 이화여자대학교 이미정교수님 컴퓨터네트워크
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