Module 1 – Network Topics

Objectives

• 네트워크 architecture 를 이해한다 .• 프로토콜의 계층에 대해 알아본다 .• OSI 7 계층 모델에 관해 알아본다 .• TCP/IP 와 주요 통신 프로토콜에 대해 이해한다 .• IPv6 의 주소체계 및 protocol stack 에 대해 이해한다 .• 분산 어플리케이션상에서의 클라이언트 / 서버 모델 구조에 대해 이해한다 .• 네트워크 프로그래밍의 요구사항에 대하여 알아본다 .

Network Architecture

High-speed

Proprietary

Network

Ethernet or Token, FDDI, …

• LAN(Local Area Network)

– 빌딩 , 연구소 , 학교와 같은 규모 ( 반경 수 Km) 내의 근접한 컴퓨팅 장비들을 연결한 망

– LAN 을 위한 기술로 Ethernet(10 Mbps), Token-Ring(16 Mbps),

FDDI(100 Mbps)

• WAN(Wide Area Network)

– 도시와 도시 , 국가와 국가를 연결하는 규모

– 데이터 속도 수 Kbps ~ 수 Mbps

규모에 따른 분류

IBM PS/2

IBM PS/2IBM PS/2IBM PS/2

IBM PS/2

IBM PS/2

IBM PS/2 IBM PS/2IBM PS/2

IBM PS/2

IBM PS/2

IBM PS/2IBM PS/2

bus 구조 star 구조 ring 구조

Topology 에 따른 분류

계층화 된 프로토콜 구조

Data

Layer 3

Layer 2

Layer 1

Data

Data

Data

Data

Layer 3

Layer 2

Layer 1

Data

Data

Data

Connection Medium

The OSI 7 Layer Model

• Layer Structure

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

OSI 참조 모델

1

3

4

5

2

7

6

Applications servicesData representation and encoding

Physical characteristics of communications medium

Access to communications medium, framing

Machine-machine communication and routing

End-to-end communication

Session Management

The Client-Server Model

• 서버는 클라이언트의 요구를 처리하는 프로세스• 클라이언트는 서버에 요구를 요청하는 프로세스

Server

request

response

Client

Iterative and Concurrent Server• Iterative

• Concurrent

Request 1Request 2

Listen and

process requests

Request 1Request 2

Listen for requests

ProcessRequest 1

ProcessRequest 2

TCP/IP Protocol Suite

Token Ring

Ethernet

GatewayWide Area Link for example X.25

Gateway

Internet

TCP/IP Protocol Stack

Application

Transport

Network

Data LinkOSI Layer 1 - 2

OSI Layer 3

OSI Layer 4

OSI Layer 5 - 7

TELNET, FTP

TCP, UDP

IP, ICMP, ARP, RARP

Ethernet, Token Ring, FDDI

Classified IP addressing

0

1 0

1 1 0

1 1 1 0

netid7 bits

netid14 bits

netid21 bits

hostid

hostid

hostid

multicast address

24 bits

16 bits

8 bits

28 bits

Class A

Class B

Class C

Class D

Subnet 의 구성 방법• Subnet mask

– IP 주소의 효율적인 사용을 위해 고안– Host 수가 매우 적은 망의 경우– 한 개의 Major Class 망 주소를 여러 개의 망 주소로 나누어서 사용

1 0 netid14 bits

hostid10 bits

Class B6 bits

subnetid

subnet mask

Subnet 의 구성 방법11111111111111111111111100000000

11111111111111111111111111000000

< 일반적인 클래스 C>

255 255255 0

255 255255 192

<subnet 으로 2bit 사용 >

구 분 서브네팅 주소로 사용한 비트 수

나누지 않았을 때

2 bit 를 사용 3 bit 를 사용

Subnet mask 255.255.255.0

255.255.255.192

255.255.255.224

서브네트의 수 1 4-2 = 2 8-2 = 6

각 서브네트 내의 호스트 수

256-2 = 254 64-2 = 62 32-2 = 30

배정 가능한 총 IP 주소 254 2x62 = 128 6x30 = 180

TCP/IP port number

FTP : TCP Port number 21

telnet : TCP Port number 23

sendmail : TCP Port number 25

tftp : UDP Port number 69...

TCP/IP port addressing

connectedsocket

connectedsocket

server

{ *. 21 , * . * }listeningsocket

206.62.226.35206.62.226.66

server (child 1)

{ 206.62.226.35.21 , 198.69.10.2.1501 }

fork

client 1

{ 198.69.10.2.1500 , 206.62.226.35.21 }

198.62.10.2

connection

server (child 2)

{ 206.62.226.35.21 , 198.69.10.2.1500 }

fork

client 2

{ 198.69.10.2.1501 , 206.62.226.35.21 }

connection

Layer Structure

TCP UDP

ICMP IP ARP RARP

Hardware interface(Ethernet, FDDI, SLIP, PPP)

User Process User Process Application Layer

Transport layer

Internet Layer

Network Access Layer

TCP/IPProtocolSuite

각 계층별 데이터 구조

Application Layer

Transport Layer

Internet Layer

Network Access Layer

TCP UDP

stream message

segment datagram

packet

frame

Data Encapsulation

• 각각의 layer 는 데이터에 제어 정보를 추가– Header 정보

Application Layer

Transport Layer

Internet Layer

Network Access Layer

Header Data

Data

Header Data

Header Data

TCP/IP Services

SMTPFTP

telnet DNS BOOTPTFTP

Network Access Level

TCP UDP

IP,IPv6, ICMP, IGMP

ARP RARP

SNMP

RTCPRSVP,

DiffServRTSP SAP

SDP

SIPH.323 RTP

Media(H.261, MPEG)

IP Protocol Header

0 31

version IHL type of service total length

identification fragment flags & offset

time to live protocol header checksum

32-bit source address

32-bit destination address

options + padding

TCP 와 UDP

• TCP– 연결형 방식– 보장성 서비스 제공

flow control error control congestion control

– byte-oriented (stream-oriented)• UDP

– 비연결형 방식– 비보장성 서비스 제공– datagram-oriented

TCP Protocol Header

0 31

source port destination port

sequence number

acknowledgment number

HLEN reserved code bits window

checksum urgent pointer

options padding

data

TCP 서비스

• 연결형 서비스• 점대점 통신• 보장형 서비스• Full duplex 통신• 스트림 전송• Graceful 연결 해제

TCP 보장성 서비스

• Segment 단위의 전송• 타이머 관리• ACK 전송• Checksum• 순서 보장• 중복 패킷 방지• 흐름 제어 (flow control)• 체증 제어 (congestion control)

initiator receiver

SYN (seq = x)

SYN (seq=y, ACK=x+1)

SYN (seq=x+1, ACK=y+1)

TCP 연결 설정

• 3-way handshake

SYN_SENT

(connect)SYN_RCVD

ESTABLISHED

(connect returns)

ESTABLISHED

(accept returns)

(accept)

TCP 연결 해제client server

FIN M

ACK M+1

FIN N

ACK N+1

(close)

FYN_WAIT_1

CLOSE_WAIT

(read returns 0)

FYN_WAIT_2

TIME_WAIT

(close)

LAST_ACK

CLOSED

TCP 전송 방식

• stream-oriented– 데이터는 TCP 연결을 통해서 segment 단위로 전송한다 .– 하지만 데이터는 stream of bytes 로서 취급된다 .– 따라서 모든 bytes 는 번호가 붙여진다 .(modulo 2**32)

• sequence number 사용– 모든 세그먼트는 sequence number 를 갖는다 .– 이 번호는 데이터에서 해당 세그먼트가 차지하는 위치의 byte 번호를

의미한다 .

TCP 전송 방식

• 버퍼 사용– 응용 프로그램으로부터 데이터를 받았을 때 송신측 TCP 는 그것을 바로

세그먼트로 전송하지 않고 버퍼에 두었다가 일정 크기 이상이 되면 세그먼트로 만들어 전송한다 .

– 수신측 TCP 도 세그먼트가 도착하였을 경우 이것을 바로 응용 프로그램에 전달하지 않고 버퍼에 보관하였다가 일정 크기가 될 때 이것을 응용 프로그램에 전달한다 .

– 물론 이것은 구현상에서 차이가 있을 수 있다 .

UDP Protocol Header

0 31

Source port number Destination port number

length checksum

Data

arp, ping commands• arp – address resolution display and control

• ping – send ICMP ECHO_REQUEST packets to network hosts

sys% arp -aNet to Media TableDevice IP Address Mask Flags Phys Addr------ -------------------- --------------- ----- ---------------le0 bapark.konkuk.ac.kr 255.255.255.255 00:50:bf:0f:b1:aele0 ipv62.konkuk.ac.kr 255.255.255.255 00:e0:4c:c0:c3:63le0 saylove.konkuk.ac.kr 255.255.255.255 00:50:bf:0f:b4:0a

sys% ping yahoo.co.krPinging yahoo.co.kr [211.32.119.151] with 32 bytes of data:

Reply from 211.32.119.151: bytes=32 time=10ms TTL=245Reply from 211.32.119.151: bytes=32 time<10ms TTL=245Reply from 211.32.119.151: bytes=32 time<10ms TTL=245Reply from 211.32.119.151: bytes=32 time<10ms TTL=245

Ping statistics for 211.32.119.151: Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),Approximate round trip times in milli-seconds: Minimum = 0ms, Maximum = 10ms, Average = 2ms

ifconfig, netstat commands

• ifconfig – configure network interface parameters

• netstat – show network status

sys% /sbin/ifconfig -alo0: flags=849<UP,LOOPBACK,RUNNING,MULTICAST> mtu 8232 inet 127.0.0.1 netmask ff000000le0: flags=863<UP,BROADCAST,NOTRAILERS,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500 inet 203.252.134.46 netmask ffffff00 broadcast 203.252.134.255

sys% netstat -inName Mtu Net/Dest Address Ipkts Ierrs Opkts Oerrs Collis Queuelo0 8232 127.0.0.0 127.0.0.1 5523 0 5523 0 0 0le0 1500 203.252.134.0 203.252.134.46 5588 7 5152 211 2004 0

traceroute command

• traceroute– print the route packets take to network host

sys% traceroute korea.support.hp.comtraceroute to kr.argo.he.net (216.218.214.197), 30 hops max, 40 byte packets 1 203.252.134.254 (203.252.134.254) 2 ms 1 ms 1 ms 2 203.252.150.2 (203.252.150.2) 2 ms 1 ms 2 ms 3 203.252.166.9 (203.252.166.9) 1 ms 2 ms 1 ms 4 210.123.31.209 (210.123.31.209) 3 ms 3 ms 3 ms 5 168.126.104.1 (168.126.104.1) 2 ms 3 ms 2 ms 6 aphub2-ge3.kornet.net (211.192.47.66) 4 ms 3 ms 3 ms 7 apgate5-ge4.kornet.net (211.216.216.68) 3 ms 4 ms 2 ms 8 pos1-0-la1-kt.kornet.net (211.48.63.250) 147 ms 146 ms 145 ms 9 pos9-1-0.ar2.LAX1.gblx.net (64.210.19.89) 141 ms 142 ms 140 ms10 206.132.112.153 (206.132.112.153) 507 ms 482 ms 484 ms11 pos9-0-2488M.cr2.SNV2.gblx.net (208.50.169.82) 476 ms 505 ms *12 pos5-0-0-155m.br1.snv2.gblx.net (208.50.169.109) 482 ms 495 ms 478 ms13 fgc-he.he.net (206.132.121.18) 472 ms 467 ms 469 ms14 gige-g0-0.gsr12008.fmt.he.net (216.218.130.6) 484 ms * 458 ms15 kr.argo.he.net (216.218.214.197) 457 ms 442 ms 418 ms

Connection-oriented and Connectionless protocol• Connection-oriented protocols

• Connectionless protocols

Proc 1 Proc 2

Logical Connection

Data Transfer

Proc 1 Proc 2

Data Packet

Other characteristics of communications services• Sequencing

– Is data received in the same order as it was sent?

• Error control– How are errors detected (if at all)?

• Flow control– Is it possible for a sender to overwhelm a receiver?

• Congestion control

• Byte stream or message based

• Full duplex or half duplex

Introduction

• IPv4 가 가지는 문제점– 주소 고갈의 문제

CIDR NAT DHCP

– 차세대 인터넷 도입을 위해 보다 장기적 , 궁극적인 해결책이 요구– QoS 지원의 요구– 그 외 네트워크 서비스가 증가함에 따라 IP 상에서의 다양한 지원을 요구

• IPv6 의 필요성– NAT, DHCP 등을 사용하여도 근본적 문제는 해결되지 않기 때문에 IPv6 의

도입이 필요

IPv6 추가 기능

• 주소체계의 대폭적인 확장• 멀티미디어 데이터의 실시간 처리 기능• Security

• QoS

• Network Management

• Improved support for options/extensions

IPv4 vs. IPv6IPv4 IPv6

주소 체계 32bit(4octet) 128bit(16octet)

주소 개수 Over 109 (42 억개 ) Over 1038 (3.40E38 개 )

패킷 헤더 Fixed Size Variable Size (40 octet)

주소 할당 방법 A, B, C, D( 멀티캐스트 )클래스 CIDR

CIDR 기반 계층적으로

주소 유형 UnicastMulticastbroadcast

Unicast - link-local address - site-local address - globl addressMulticastAnycast

QoS Defined(ToS), but not generally used

Flow LabelTraffic Class

Security Limited Ipsec built-in

Configuration Manual Configuration Auto-Configuration

• 표현방법– 주소체계 : 128 비트– 표현방법 : 16 진수 형태로 16 비트씩 끊어서 8 단위의 ":" 으로 표시

• 계층구조

– 2001: IPv6 공식주소 프리픽스 값– sTLA ID : sub Top levle Aggregator Identifier– NLA ID : Next level Aggregator Identifier– SLA ID : Site level Aggregator Identifier– Interface ID

Interface IDSLA IDNLA2NLA1sTLA0x2001

16 19 6 7 16 64 bits

IPv6 표현 방법 및 계층 구조

IPv4 Header vs. IPv6 Header

• IPv6 header format

version IHL type of service total length

identification fragment flags & offset

time to live protocol header checksum

32-bit source address

32-bit destination address

options + padding

Version(4)

Traffic Class(4)

Flow Label(24)

Payload Length(16) Next Header(8)

Hop Limit(8)

Source Address(128)

Destination Address(128)

IPv4

IPv6

IPv6 로의 Migration

• IPv6 망의 도입 시 발생될 수 있는 문제점– IPv6 는 IPv4 와 자연스럽게 호환되지 않음

– 현재 수 천만개의 호스트가 IPv4 로만 동작

– 상당기간 동안 IPv4 와 IPv6 는 상호 공존해야 함

– 어떤 곳은 영원히 IPv6 로 업그레이드하지 않을 수도 있음

– IPv4 에서 IPv6 로 점진적인 업그레이드가 요구됨

• IPv4 와 IPv6 사이에서의 호환성 요구

IPv4 / IPv6 Dual Stack

IPv4 mapped

::FFFF:192.168.30.3

IPv6

3ffe:b00:c18:1::10

IPv4 client

192.168.30.3

IPv6 client

3ffe:b00:c18:1::10

IPv4 mapped

::FFFF:192.168.30.3

IPv6

3ffe:b00:c18:1::10

IPv4 client

192.168.30.3

IPv6 client

3ffe:b00:c18:1::10

IPv6-in-IPv4 Tunneling

• Networks –Tunneling

• Gateway – IPv4/IPv6 Translating

Routing Protocol

• Interior Routing protocol– RIP– OSPF– IGRP

• Exterior Routing Protocol– EGP (Exterior Gateway Protocol)– BGP (Border Gateway Protocol)