컴퓨터네트워크(Computer Networks) IPv6 Ch.22~26 정리

Chapter 22. IPv6

22.1 IPv6 Addressing

• IPv4 주소 할당 문제를 해결하기 위해 IPv6 사용한다.
• IPv6는 128bit로 구성, 각 자리는 16진수로 표현
• 16 bit씩 끊어서 표현한다. 16진수 숫자 하나는 4bit

0 Abbreviation

• 앞자리 0은 생략
• 연속된 0 section들은 축약해서 더블 콜론(::)으로 표시. 가장 긴 부분에 한번만 적용 가능.

Address Scopes

• Unicast Address : one-to-one, Sender-Receiver
  • Global Unicast (2000::/3, 001로 시작하는 모든 주소) 전체주소의 1/8Interface ID : OS에 따라 다르게 설정
  • EUI-64 : 7번째 bit를 0에서 1로 바꾸고 중간에 FF:FE 추가
  • Global routing prefix(Site) + Subnet Identifier(Subnet) + Interface Identifier(Interface)
  • Link-Local Unicast (FE80::/10)주소를 얻기 전 local route나 DHCPv6서버와 통신할 때 source 주소로 사용Link local address만 가지고 Global unicast address를 가지지 않을 수도 있다. (ex.프린터)
  • 모든 기기 반드시 이 주소를 가진다.
  • Link 내에서만 유효
  • Unspecified Address (::/128)스스로 설정한 link-local address가 서브넷 상에 동일한 주소가 있는지 확인
  • 최초에 주소가 없을 때 source 주소로 사용
  • Loopback Address (::1/128)IPv4의 127.0.0.1/8
  • 기기 밖으로 나가지 않고 내부에서 수신하는 주소 (1개)
  • IPv4-mapped Address (::FFFF:0:0/96)외부로 전달되는 주소로는 사용되지 않음.
  • IPv6 전용 Application process가 IPv4 주소를 내부적으로 처리할 때 사용
  • Unique Local Address (FC00::/7)Cooperating Site 내에서만 라우팅 가능
  • Private address
• Anycast Address : one-to-any, receiver는 동일한 IP주소 사용, IP주소만으로는 구분이 안됨.
• Multicast Address : one-to-many, 모든 컴퓨터가 데이터 수신
  • (FF00::/8), FF로 시작하는 모든 주소
  • Flag, Scope 설정 가능
  • FF02::1 → All nodes for this link (Broadcast)
  • FF02::2 → All routers for this link

Autoconfiguration

• Router Soilicitation
• Router AdvertisementConfiguration flags : 지정하는 방식으로 주소 정함. (SLAAC, Stateless/Stateful)
• 주기적으로 라우터가 자신을 알림.

22.2 IPv6 Protocol

Packet Format

• Base Header(40bytes) + Payload(IPv6 Extension Header + Data)
• Payload length(16bits) : Base Header를 제외한 길이(Payload)
• Next Header : Fragmentation
• IPv6는 source에 의해서만 fragmentation 될 수 있다.
• Hop limit : TTL(IPv4)

Extension Header

• Hop-by-Hop
• Destination
• Source routing
• Fragmentation
• Authentication
• Encrypted Security Payload (기밀성 유지, 암호화)

22.3 ICMPv6 Protocol

Error messages

• Destination unreachable도착했어도 upper layer에 deliver할 수 없음
• router가 packet을 forward 할 수 없음
• Packet too big
• Time exceeded
• Parameter problems

Informational messages

• echo request
• echo reply messages
• ping, tracert로 확인할 수 있음

Neighbor discovery(ND) messages (IPv6)

Router-Solicitation message (RS)

Router-Advertisement message (RA)

Neighbor-Solicitation message (NS)

Neighbor-Advertisement message (NA)

Redirection message

• Router and prefix discovery = RS, RA
• 처음에 IP 주소를 얻기 위해 자신의 link내의 router와 통신
• Address resolution = NS, NA
• 상대 host의 주소는 알지만 mac 주소를 모를 때 사용
• Duplicate Address Detection(DAD) = NS, NA
• 자신이 가진 주소가 link 내에서 유일한지 조사
• Redirection = Redirection message
• router가 sender에게 더 좋은 경로를 알려줄 때

Group membership messages (IPv6)

22.4 IPv4 to IPv6 Transition

Dual Stack

• Complete Support for both

Tunneling

• IPv6 is encapsulated in an IPv4 packet

Header translation

• IPv6 host ↔ IPv4 host
• NAT64
• IPv6-initiated, IPv4-initiated

Chapter 23. Introduction to Transport Layer

Introduction

Process

• Process-to-process communication
• Process : application-layer entity
• Responsible for providing services to the upper layer(application layer)

Port Number

• application 안에서 process를 구분
• Client (short-lived port num.) : 통신을 initiate, server쪽 port number 알아야 한다.
• Server (well-known port num. 0~1023) : 통신을 기다림, 통신을 받을 때 client의 port number도 같이 받는다.

Socket Address

• IP 주소 + Port Number (Source & Destination)

Flow Control

• Pushing : 데이터가 너무 빨리 전송되어 receiver에서 처리하지 못할 때
• Pulling : 데이터가 너무 느리게 전송되어 resources가 낭비될 때

Error Control

• Transport Layer : Reliable
• Error detection, correction code
• Sequence number (modulo $2^m$)
• Acknowledgement (ACK)

Sliding Window

• Flow + Error control
• Seq. number (modulo $2^m$)
• Window size : 너무 크면 안된다.
• Outstanding Packet : sent, but not acknowledged

Congestion Control

Connection-oriented / Connectionless

• UDP : connectionless, independcy between packets
• TCP : connection-oriented, dependcy between packetsrouter는 logical connection과 상관 없다.패킷의 순서가 맞지 않으면 hold하다가 이후에 순서를 맞춰 upper layer에 보낸다.
• Reliable : Flow, Error, Congestion control can be implemented
• Set-up phase 필요

Transport-Layer Protocols

Simple connectionless protocol (UDP)

Stop-and-wait Protocol

• Send window = Receive window = $1$
• Sender가 패킷을 한 번에 하나만 보내고 ACK가 올 때까지 기다림
• ACK : 다음 받을 패킷의 seq. no.
• large bandwidth, long round-trip delay(Large RTT) channel에는 비효율적이다.

Pipelining

• ACK를 기다리지 않고 연속적으로 패킷을 보냄 = 여러개의 outstanding 패킷이 존재하게 함

Go-Back-N (GBN) Protocol

• Send window($S_{size}$) < $2^m$, Receiver Window = $1$
• $S_{size}=2^m$ 이 되면 ACK가 안가도 정상적으로 받은 것처럼 인식될 수 있음
• Cumulative ACK : 중간에 ACK만 lost 되어도 마지막 ACK로 sliding 됨
• Timer = RTT의 평균 + 4$\sigma$
• 장점 : Seq no에 맞지 않게 받으면 모두 버리기 때문에 Receiver에 버퍼가 필요 없음
• 단점 : 하나의 패킷이라도 받지 못하게 되면 outstanding 패킷을 모두 다시 보내야함

Selective-Repeat (SR) Protocol

• Send window($S_{size}$) = $2^{m-1}$, Receiver Window = $2^{m-1}$
• Send, receiver window size > $2^{m-1}$ 안됨
• 중간에 패킷이 lost 되어도 이후의 ACK를 보냄
• Cumulative ACK 아님
• Time-out 이후 ACK를 못받은 패킷을 sender가 다시 보냄
• GBN보다 send window size 작게 해야하기 때문에 Pipelining 효과는 줄어듦

Bidirectional Protocols

• Piggybacking : ACK에도 data를 실어 보낼 수 있음

Chapter 24. Transport Layer Protocols

Introduction

• OSINetwork, Transport Layer : 크게 변화 없다.
• Maximum Transmission Unit (MTU) : Data-link에서 정해진다.
• Physical, Data-link Layer : 발전속도가 빠르다. (전송속도 높이기 위해)
• Port NumberDHCP : 67HTTPS : 443
• HTTP : 80
• DNS : 53

UDP (User Datagram Protocol)

• Unreliable, Connectionless
• Minimum overhead
• Packet : User datagram
  • Header (8 bytes = 64 bits, 16진수로 16 bit 4자리씩)
  • Source port num. + Dest. port num. + Total length + Checksum
  • Data
• User Datagram format
  • Total length = Header length(8 bytes) + Data length
  • Checksum : (-) header의 다른 부분(Pseudoheader+Header+Data)을 16 bit씩 나누어 모두 더한 값을 저장, user datagram 모두 더한 값 = 0 (엄밀히 말하면 계층화를 깬다)
• UDP 사용
  • Short request & response (DNS)
  • Multimedia Communications (bandwidth determined by application)손실 어느정도 허용, 속도가 더 중요
  • real-time interactive ($RTT < 150ms$ : strict delay) application에 적합
  • Multicasting
  • SNMP (Simple Network Management Protocol)
  • SMTP, large file transfer에는 적잡하지 않음

TCP

• Reliable, Connection-oriented, flow & error control
• GBN + SR 사용
• Packet : Segment
• Stream of btyes (순서 보장)실제로는 physically TCP receiver에서 순서 맞춘다.
• 응용계층에서 logically 볼 때, socket을 통해 파일에 읽고 쓰듯이 프로그래밍함
• BufferIP 계층에서는 패킷들로 데이터를 보내므로 이에 맞춰 TCP에서도 segment로 나누어 보냄
• Sender, Receiver에 버퍼 서로 같을 필요는 없다.
• Segment
  • Byte Numbering : 송신 또는 수신한 byte 수로 seq. no./ ACK no. 붙임.
  • Sequence Number : 랜덤한 initial number
  • ACK Number : 다음에 받을 segment의 byte number
• Segment format
  • HLEN : Header Length 4 byte 단위
  • Control Field (Flag) : bit = 1 일때 set
  • flow control, connection establishment/terminiation, connection abortion, mode of data transfer
• Connection Estabilishment (SYN+ACK)
  • 3-Way Handshaking
    • SYN : initial seq. no.
    • data carry X, seq. no. +1
    • SYN + ACK : data carry X, seq. no. +1
    • ACK : data carry O (piggybacking), seq. no. +0 (data 없을 때)
• SYN Flooing Attack (DOS Attack)SYN 제한, 주소 필터링, 쿠키로 해결
• 한 번에 많은 SYN segment를 server에 보내 resource를 차지하는 공격
• Pushing Data (PSH)Delay sensitive한 데이터를 buffer에 차기 전에 수신하는 즉시 application으로 보냄
• Control Field : PSH flag
• Connection Termination (FIN)
  • 3-Way HandshakingACK : 마지막 ACK는 data를 포함할 수 없음
  • FIN, FIN+ACK : Final data를 포함할 수 있음
  • 4-Way Handshaking with half-close
    1. Client가 데이터와 FIN seg.을 보내고 ACK를 받아 half-close
    2. Server가 sorting을 수행해 끝내면 client에 데이터 전송
    3. Client ACK
    4. 데이터 전송 모두 끝나면 Server도 FIN seg. 보내고 ACK 받아서 Termination
• Windows
  • Send Window : controlled by receiverRight wall : receiver rwnd and ACK에 따라 shrinks, opens
  • Left wall : outstanding 패킷이 ACK되면 closes
  • Receive Window (rwnd): controlled by processRight wall : process가 data pull 하면 open (shrink X)
  • Left wall : process가 buffer를 읽었을 때 closes
• Client, Sever 모두 둘 다 가지고 있다.
• Error ControlError control 을 위한 ACK, Retransmission 규칙
  1. ACK is piggybacked
  2. ACK delaying
     1. 다음 전송할 데이터를 기다렸다가 piggyback ACK
     2. 다음 segment가 도착하기를 기다렸다가 한꺼번에 cumulative ACK
     3. ACK delaying timer 만료되면 ACK
  3. ACK를 안보낸 상태에서 다음 order segment가 도착하면 즉시 ACK
  4. out-of-order data segment가 도착하면 즉시 ACK (order를 다시 알려줌)
     1. Missing Segment : 즉시 ACK
     2. Duplicate Degment : discard, 즉시 ACK

  ---

  1. Retransmission Time-out (RTO)
     1. RTO Timer expires
     2. 재전송 후 timer restart
     3. RTT 기반으로 적절한 값으로 설정
     • Rule of Fast RetransmissionReceiver는 rwnd 안이라면 out of order 패킷도 받아놓는다.
     • Original ACK + 같은 ACK 3개 : sender가 받으면 즉시 재전송
• TCP ACK : cumulative ACK (ACK flag = 1)
• Congestion Control
  • Congestion Windowcwnd 값을 늘리거나 줄일 때의 단위 : MSS(maximum segment size)Time-out, 3 Duplicate ACKs 를 가지고 네트워크 상황 판단
  • $Actual \ Send \ Window \ Size=min{rwnd, cwnd}$
  • cwnd를 이용하여 send window 크기를 조절한다.
  • Slow Start algorithm
    1. 초기 cwnd = 1 MSS
    2. ACK 하나마다 1 MSS 증가 (매 RTT마다 2배씩 증가)
    3. slow-start threshold (ssthresh)가 될 때까지 적용
  • Congestion Avoidance Algorithm
    • ssthersh 넘어서면 ACK 하나 받을 때마다 1/cwnd MSS 만큼 증가
    • 전체 ACK를 받으면 cwnd 1 증가 = RTT마다 1씩 증가 (선형적)
  • Fast Recovery Algorithm
    • 3 duplicate ACKs 왔을 때 fast recovery 구간으로 진입
    • cwnd = ssthresh + 3
    • duplicate ACKs 올 때마다 cwnd 1씩 증가
    • New ACK가 오면 구간을 벗어나고 cwnd = ssthresh, congestion avoidance 구간으로 진입
• Classical Congestion Control
  • TCP Tahoe : Slow start, Congestion Avoidance
  • TCP Reno : Slow start, Congestion avoidance, Fast recovery
    • AIMD : 대부분의 시간은 CA구간에 머무름. 결과적으로 Addictive increase, multiplicative decrease (톱니 모양)
    • Reno Throughput : cwnd 값은 $W_{max}$와 $0.5W_{max}$ 사이를 움직인다.
    • $throughput= {0.75W_{max}}\ / \ {RTT}$
  • Retransmission Timer$RTO=RTT_S+4 \times RTT_D$
  • 맨 앞에 있는 segment가 전송될 때, RTO 타이머 작동
  • Fairness issue

SCTP

• Combined from UDP & TCP
• For multimedia communications

Chapter 25. Introduction To Application Layer

Introduction

• Application Layer
• Logical connection : Imaginary direct connection
• Application layer는 사용자에게 service 제공
• 가장 상단의 layer이므로 추가하고 지우기 쉽다.

Application-Layer Paradigms

• Client-server paradigmServer should be powerful
• Server는 항상 작동중이며 Client 기다리는 중, 두 프로그램은 전혀 다르다.
• Peer-to-Peer (P2P) paradigm각 컴퓨터가 서비스를 제공하거나 받는다.
• Challenges : Security, Applicability
• Server가 항상 동작할 필요 없다.
• Mixed Paradigm

Client-Server Programming

API

• Predefined set of instructions
• TCP/IP 는 Socket이 필요하다.
• Socket(Network-Layer) + (Transport-Layer)
• IP Address + Port Number

Chapter 26. Standard Client-Server Protocols

World-Wide Web and HTTP

World Wide Web

• Distributed client-server service
• Web browser
  • Controller
  • Client protocols (HTTP, FTP, SSH, SMTP, …)
  • Interpreters (HTML, JS, Java)
• URL
  • Protocol
  • Host
  • Port
  • Path
• Web page의 주소 정의

HyperText Transfer Protocol (HTTP)

• Web server에서 웹 페이지를 client에게 제공
• TCP 를 사용
  • 3-Way handshaking
• Request msg (client)
  • Method (ex. GET, PUT, …)
  • URL
• Response msg (server)
  • Status code
  • 3자리 숫자로 request 결과를 나타냄. (ex. 200=OK, 400=Bad Request, 404=Not Found)
• CookiesSet-cookie : 처음 request하면 client의 상태 정보를 저장하고 관련 값을 cookie로 client에게 전송
• Cookie : client는 cookie 저장했다가 이후 request할 때 같이 보냄
• Client에 대한 정보를 기억
• Proxy Server실제 서버의 부하와 트래픽의 양을 줄임
  1. Client는 proxy server에 request 보냄
  2. Proxy server가 web page 가지고 있으면 response
     1. Web page 없다면 실제 서버에 request, response를 client에 전달
• Copy of responses to recent requests