Computer Network Lab.

TCP/IP TCP/IP 통신망 특론통신망 특론

컴퓨터 네트워크 실험실 이희규

2 장 Link Layer

2Computer Network Lab.

목 차2.1 Introduction

2.2 Ethernet and IEEE 802 Encapsulation

2.3 Trailer Encapsulation

2.4 SLIP : Serial Line IP

2.5 Compressed SLIP

2.6 PPP : Point-to-Point Protocol

2.7 Loopback Interface

2.8 MTU (maximum transmission unit)

2.9 Path MTU

2.10 Serial Line Throughput Calculations

2.11 요약

3Computer Network Lab.

2.1 Introduction

링크계층의 목적 IP module 을 위한 IP datagram 의 send/receive

ARP module 을 위한 ARP request 와 reply

RARP module 을 위한 RARP request 와 reply

TCP/IP 는 서로 다른 Link Layer 를 지원한다 즉 , TCP/IP 아키텍처는 어떤 종류의 물리적 네트워크

상에서도 수행할 수 있도록 설계되어 있다 .

Ethernet, token ring, FDDI, RS-232 serial line, etc.

4Computer Network Lab.

Ethernet 일반적으로 DEC, Intel, Xerox 사가 1982 년에

제안한 표준을 의미하며 CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection) 라고 하는 access method 를 사용

전송속도 10Mbps, 48-bit address

IEEE 802 위원회 802.2 LLC(Logical Link Control) 802.3 CSMA/CD 802.4 token bus 802.5 token ring

2.2 Ethernet and IEEE 802 Encapsulation

5Computer Network Lab.

IP datagram encapsulation define Ethernet 에 대한 RFC 894

IEEE 802 network 에 대한 RFC 1042

2.2 Ethernet and IEEE 802 Encapsulation (Cont’d)

6Computer Network Lab.

Host Requirement RFC RFC 894(Ethernet) encapsulation 을 사용하는 packet 을 송수신할 수

있어야 한다 RFC 894 packet 과 혼합된 RFC 1042(IEEE 802) packet 을 수신할 수

있어야 한다 RFC 1042 encapsulation 을 사용한 packet 을 송신할 수도 있어야

한다 . 호스트가 두 타입의 packet 을 송신할 수 있다면 송신한 packet 의 타입을 구성할 수 있어야 하고 구성 옵션은 RFC 894 를 따라야 한다 .

RFC 894 encapsulation 이 가장 일반적으로 사용되고 있다 .

2.2 Ethernet and IEEE 802 Encapsulation (Cont’d)

7Computer Network Lab.

6 6 2 1 1 1 3 2 38-1492 4

destaddr

lengDSAP

AASSAP

AAcntl03

org code00 type CRCdata

srcaddr

802.3 MAC 802.2 LLC 802.2 SNAP

IEEE 802.2/802.3 Encapsulation(RFC 1042)

2 38-1492

type0800

IP datagram

2 28

type0806

ARP request/reply

10

PAD

2 28

type0835

RARP request/reply

10

PAD

6 6 2 46-1500 4

destaddr

type CRCdatasrc

addr

EthernetEncapsulation(RFC 894) 46-1500 bytes

2 46-1500

type0800 IP datagram

2

type0806

28

ARP request/reply

18

PAD

28

RARP request/reply

18

PAD

2

type0835

IEEE 802.2/802.3 캡슐화 (RFC 1042) 와 이더넷 캡슐화 (RFC 894)

8Computer Network Lab.

RFC 893 은 trailer encapsulation 이라고 하는 또 다른

형태의 Ethernet encapsulation 을 설명

이것은 IP datagram 의 필드 순서를 바꿈으로서 성능

개선을 꾀한 실험에서 비롯되었음

즉 , IP 와 TCP header 를 data 부분의 끝으로

옮김으로써 data 가 kernel 내로 복사될 때 memory to

memory copy 가 효율적으로 이루어지도록 한 것임

현재는 사용되지 않음

2.3 Trailer Encapsulation

9Computer Network Lab.

RFC 1055 RS-232 serial port 를 통해 Internet 에 접속할 때 사용 framing rule

IP datagram 의 앞뒤에 special character END(0xc0) 를 추가 . 이는 어떤 line noise 가 데이터로 해석되는 것을 막기 위함 .

IP datagram 내에 0xc0 는 0xdb, 0xdc 로 변환하여 전송 (0xdb 는 SLIP ESC character 라 함 )

IP datagram 내에 0xdb 는 0xdb, 0xdd 로 변환하여 전송

ESCESC END

11

11111

END

1

c0

c0

c0

db

dcdb dddb

IP datagram

2.4 SLIP : Serial Line IP

10Computer Network Lab.

SLIP 의 단점 각 end system 은 서로의 IP address 를 알고 있어야 한다 . 즉 ,

IP address 를 알려 줄 방법이 없다 .

Ethernet 의 type field 와 유사한 type field 가 없다 . 어떤 seria

l line 이 SLIP 을 사용하고 있다면 동시에 다른 protocol 을 사용할 수 없다 .

SLIP 은 Ethernet 의 CRC 와 같은 아무런 checksum 을 하지 않는다 . SLIP 을 통해 전송하고 있는 datagram 은 잡음으로 인해 잘못될 수 있고 , 이는 상위 계층이 검출해야 한다 .

따라서 IP 의 header checksum, TCP 의 header 와 data checksu

m, UDP 의 header 와 data(optional) checksum 이 이를 담당한다 .

2.4 SLIP : Serial Line IP(Cont’d)

11Computer Network Lab.

RFC 1144 [Jacobson 1990a]

SLIP line 은 저속 (19200bits/sec or below) 이며 interactive traffic(TC

P 를 사용하는 Telnet or Rlogin) 에 빈번히 사용 : 1 byte 를

전송하기 위해 40bytes(TCP 20, IP20) 의 overhead 가 있음 .

이러한 성능상의 결점을 해결하기 위해 CSLIP 을 고안

일반적으로 어떤 접속에 사용되는 두 header 의 일부 field 는

바뀌지 않는다는 성질을 이용하여 40 bytes 의 header 를 3 or 5 byt

es 로 줄여서 전송 . 따라서 이러한 작은 header 는 interactive respo

nse time 을 많이 개선한다 .

2.5 Compressed SLIP

12Computer Network Lab.

PPP 는 SLIP 의 모든 단점을 수정하며 다음과 같은 3개의 요소로 구성된다 .

Serial link 상의 IP datagram 을 encapsulation 하는 방법 . PPP 는

8 bits data, no parity 를 사용하는 asynchronous link 와 bit-oriented sync

hronous link 를 모두 지원한다 .

Data-link connection 을 설정 , 구성 , 테스트 하기 위한 LCP(Li

nk Control Protocols). 따라서 각 end system 은 다양한 option 을

협상할 수 있다 .

NCP (Network Control Protocols) 로 다른 네트워크 계층의

프로토콜 지정 . 현재 IP, OSI network layer, DECnet, AppleTalk 를

위한 RFC 가 존재 .

2.6 PPP : Point-to-Point Protocol

13Computer Network Lab.

RFC 1331 : encapsulation method and link control protocol RFC 1332 : network control protocol for IP

12up to 1500 bytes2111

flag7E

addrFF

control03

protocol CRCflag7E

information

protocol0021

IP datagram

protocolC021

link control data

protocol8021

network control data

2.6 PPP : Point-to-Point Protocol(Cont’d)

14Computer Network Lab.

information field 에 0x7e 가 나타난 경우 동기식 링크인 경우 bit stuffing

비동기식 링크인 경우 escape character(0x7d) 사용하며 escape

character 가 PPP frame 에 나타난 경우 ( 두 번째 바이트의 6 번째 bit 를 보수로 바꿈 )

0x7e 는 0x7d, 0x5e

0x7d 는 0x7d, 0x5d

0x20 보다 작은 값은 무조건 투명유지 작업을 하게 된다 . 예를 들면 0x01 은 0x7d, 0x21 로 바꾸어 전송 . 이는 호스트나 모뎀상의 serial

driver 가 ASCII control character 로 인식하는 것을 막기 위함 .

2.6 PPP : Point-to-Point Protocol(Cont’d)

15Computer Network Lab.

SLIP 과 마찬가지로 constant(flag, address) 를 생략하고 protocol 을 1 byte 로 줄여 사용할 수 있다 . 그러나 이 경우에도 3 byte(CRC 2,

protocol 1) 의 overhead 가 생김 . 또한 CSLIP 과 마찬가지로 IP,

TCP header 의 크기를 줄여서 사용할 수 있다 .

SLIP 보다 PPP 가 주는 장점 한 serial line 에 multiple protocol 을 제공 각 frame 에 cyclic redundancy check

IP network control protocol 을 사용하여 IP address 의 동적 협상 가능 CSLIP 과 유사한 TCP, IP header compression

link control protocol 을 통한 다수의 data-link option 협상 결과적으로 이러한 이점은 3 byte 의 overhead, link 를 설정할 때 협상을 하기

위한 몇 개의 frame, 훨씬 더 복잡한 구현에 대한 대가이다 .

2.6 PPP : Point-to-Point Protocol(Cont’d)

16Computer Network Lab.

같은 호스트내의 client 와 server 가 TCP/IP 를 이용하여 통신하기 위해 대부분 loopback interface 를 제공

이름은 localhost, IP address 는 127.0.0.1

loopback driver

IP outputfunction

IP inputfunction

place on IPinput queue

destination IP addressequal broadcast address

or multicast address?

destination IP addressequal interface IP address?

place on IPinput queue

demultiplex based onEthernet frame type

ARP

yes

yes no

no, use ARP toget destinationEthernet address

ARP

Ethernet

send receive

IP

Ethernet driver

2.7 Loopback Interface

17Computer Network Lab.

Key points loopback address 로 보내진 모든 것은 IP input 에 나타난다 . broadcast or multicast address 로 보내진 datagram 은 loopback interfac

e 로 복사되고 Ethernet 으로 보내진다 . 이는 broadcasting 과 multicasting 의 정의가 sending host 를 포함하기 때문이다 .

자신의 IP address 중 하나로 보내진 어떤 것도 loopback interface 로 보내진다 .

모든 transport 와 IP layer 가 loopback data 를 처리하는 것이 비효율적으로 보일지도 모르겠지만 이는 network layer 에게 loopback interface 가 단지 다른 link layer 로 보이기 때문에 설계를 단순화 시킨다 .

또한 자신의 IP address 중 하나로 송신한 IP datagram 은 네트워크 상에 절대로 나타날 수가 없다는 것을 암시한다 .

2.7 Loopback Interface (cont’d)

18Computer Network Lab.

frame 의 크기를 제한하는 link layer 의 특성을 MTU (maximum transmission unit) 라 한다 .

IP datagram 이 link layer 의 MTU 보다 크면 fragmentation 이 일어나며 각 fragment 는 MTU 보다 작아야 한다 .

이 중 Point-to-Point 에 대한 MTU 는 network media 의 물리적 특성에 따른 것이 아니라 대화형 응용의 적당한 response 를 제공하기 위한 논리적인 제한 .

MTU(bytes)NetworkHyperchannel16 Mbits/sec token ring(IBM)

4 Mbits/sec token ring(IEEE 802.5)FDDIEthernetIEEE 802.3/802.2X.25Point-to-Point(low delay)

65535179144464435215001492576296

2.8 MTU

19Computer Network Lab.

두 호스트가 같은 network 상에서 통신할 때는 MTU 가 중요한 factor 이다 .

그러나 두 호스트 사이에 multiple network 가 개입되어 있는 경우 두 호스트가 접속한 network 의 MTU 보다는 중계 network 의 가장 작은 MTU 가 더 중요하며 이를 path MTU 라 한다 .

Path MTU 는 일정하지 않으며 이는 어떤 시점에 사용된 경로에 의존하기 때문이다 .

또한 routing 은 대칭이 아니다 . 즉 , A 에서 B 로 가는 경로와 B 에서 A 로 가는 경로가 다를 수 있기 때문이다 . 따라서 path MTU 는 두 방향이 서로 다를 수 있다 .

RFC 1191 에는 path MTU 를 결정하기 위한 방법 (path MTU discovery

mechanism) 을 설명하고 있다 .

2.9 Path MTU

20Computer Network Lab.

line speed 9600bps, data 8 bits, start 1 bit, stop 1bit 인 경우 960 byte/sec 이며 1024 byte packet 전송에 1066ms 가 소요된다 .

이러한 가정하에 SLIP link 상에서 1024 byte frame 을 나르는 application 과 interactive application 이 사용되는 경우 interactive

packet 을 보내는데 평균 1066/2 = 533ms 를 기다려야 한다 .

Interactive traffic 은 100-200ms 를 넘어서면 좋지 않은 것으로 판단한다 [Jacobson 1990a]( 인간 공학 연구 )

MTU 가 256 인 경우 266ms(256/960) 소요되며 평균 wait는 133ms 이다 . 133 이 완벽한 throughput 은 아니나 64 나 128 보다는 utilization 이 좋다 .

2.10 Serial Line Throughput Calculations

21Computer Network Lab.

Point-to-Point link 에서 MTU 를 296 으로 정한 이유

256+40(TCP + IP header)=296 이다 . 그러나 CSLIP 을

사용하는 경우 40 을 5 로 줄이기 때문에 261byte fra

me 이 되고 261 중에서 98.1%(256/261) 는 data, 1.9%

(5/261) 가 header 이므로 좋은 utilization 이라고 할

수 있다 .

2.10 Serial Line Throughput Calculations(Cont’d)

22Computer Network Lab.

2.11 요약

이더넷과 IEEE 802.2/802.3 캡슐화의 차이점

SLIP 과 PPP 캡슐화 차이점

SLIP 과 PPP 는 둘 다 저속 링크에서 사용되기 때문에

종종 변하지 않는 필드는 압축하는 방법사용

루프백 인터페이스

MTU 와 path MTU