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Ubiquitous Networks - 2 - Concept, BcN and IPv6-

Ubiquitous Networks - 2 - Concept, BcN and IPv6-. Laboratory of Intelligent Networks (LINK)@KUT http://link.kut.ac.kr Youn-Hee Han. 유비쿼터스 네트워크 개념 (Ch.08). 유비쿼터스 네트워킹. U- 네트워크. PC뿐만 아니라 모든 단말기가 네트워크에 항상 접속되어, 누구든지 시간과 장소의 제약 없이 네트워크를 활용한 다양한 서비스를 제공받을 수 있는 환경 또는 이를 가능하게 하는 기술을 의미한다.

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Ubiquitous Networks - 2 - Concept, BcN and IPv6-

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  1. Ubiquitous Networks - 2- Concept, BcN and IPv6- Laboratory ofIntelligent Networks (LINK)@KUT http://link.kut.ac.kr Youn-Hee Han 한국기술교육대학교

  2. 유비쿼터스네트워크 개념(Ch.08)

  3. 유비쿼터스 네트워킹 U-네트워크 PC뿐만 아니라 모든 단말기가 네트워크에 항상 접속되어, 누구든지 시간과 장소의 제약 없이 네트워크를 활용한 다양한 서비스를 제공받을 수 있는 환경 또는 이를 가능하게 하는 기술을 의미한다. □ 핵심 요소 기술: 광대역 (Broadband) 통신 인프라: 손쉬운 네트워크 접속이 가능한 무선 이동(Mobile) 통신기술: 무한대의 IP 주소부여(IPv6) 기술: 그리드(Grid) 기술: P2P 기술 한국기술교육대학교

  4. 유비쿼터스 네트워킹 SKT와 KTF는 WCDMA 주파수로2.1GHz로 설정함 MMAC: Multimedia Mobile Access Communication Barrier: 방벽, 장애물

  5. 유비쿼터스 네트워킹 □ 기술의 특성은 사물연결성(Networking; Ad Hoc 네트워크), 자율성(Smart; 센서, RFID), 이동성(Mobility;MEMS, 소형 컴퓨팅 객체), 으로 나타난다. □ 유비쿼터스 네트워크는 유·무선이 통합되고, 보편적 상시 접속을 요구하며, 지능적인 네트워크로 진화하고 있다. □ 유비쿼터스 센서 네트워크: RFID/Sensorfield와 IPv6 기반의 BcN의 결합으로 이루어지는 네트워크로 전자태그에서 얻는 위치정보와 환경정보를 네트워크로 구성하여 관리하는 기술이다. 한국기술교육대학교

  6. 유비쿼터스 네트워크의 진화 네트워크의 발전 단계 한국기술교육대학교

  7. 유비쿼터스 네트워크의 진화 유비쿼터스 네트워크의 진화 단계 한국기술교육대학교

  8. 유비쿼터스네트워크의 핵심 기술 (Ch.09) 8

  9. 광대역 통합망 • BcN 기반 네트워크 • 광대역 통합망 기반의 네트워크 사회 • 네트워크, 컨텐츠, 응용 서비스 등 산업간의 경계가 모호새로운 정보산업 등장 예상 [HTTC]HyperTransport Technology Consortium • - Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) • Symmetric Digital Subscriber Line (SDSL) • Very high-data rate Digital Subscriber Line (VDSL) •  xDSL

  10. 광대역 통합망 • BcN 기반의 미래사회 모습 한국기술교육대학교

  11. 광대역 통합망 • 차세대 네트워크(NGN; Next Generation Network) • 기존망들의 단점과 한계를 극복 고도화된 통신 서비스를 제공하는 미래형 통신 인프라를 일컫음 • 네트워크 전반적인 진화 방향에 대한 청사진 • 하나의 통합망으로 보다 다양하고 고도화된 서비스 제공을 목표 • 미국에서 주로 사용하는 용어 • 우리나라에서는 BcN(Broadband Convergence Network) 사용 • BcN의 통합망적 특성 • 음성과 데이터, 영상 등의 동시 수용 • 인터넷전화, 멀티미디어 메시징과 같은 다양한 부가서비스 • 유선, 무선망 간의 장벽을 낮춰 개방화를 유도 • 망의 기능을 높여 서비스 품질(QoS)을충족시킴 • 언제 어디서든지 원하는 단말을 사용하여 통신, 방송, 인터넷이 융합된 품질 보장형 광대역 멀티미디어 서비스 제공 한국기술교육대학교

  12. 광대역 통합망 • BcN 계층 구성도 한국기술교육대학교

  13. 광대역 통합망 All IP 한국기술교육대학교

  14. 광대역 통합망 • BcN QoS를 보장하기 위한 기술 요구사항 • 현재 • 데이터 중심에서 영상 및 비디오 트래픽 중심으로 이동 중 • 무선통신을 사용한 이동 환경으로 급속히 전환 중 • 현재의 인터넷  음성, 영상 및 방송 서비스를 위해 많은 기능의 추가 및 Bandwidth 확장 필요성 증대 • 각 네트워크 자원을 효과적으로 이용하는 Network Resource의 최적화 방안 요구 • 기술 개발 요구 사항 • 위치와 망 종류에 관계없이 끊김 없는 서비스 연결성을 제공해야 함 • 새로운 기술 발전을 용이하게 받아들일 수 있는 개방형 구조여야 함 • 다양한 네트워크 서비스 등급, 관리 및 제어가 가능한 네트워크 필요 • 망 중립성 한국기술교육대학교

  15. What is IPv6? A next-generation version of IP (Internet Protocol), a basic Internet protocol, in which the number of IP addresses (numbers to identify terminals) is greatly increased. The current version of IP is version 4. 232 IP addresses (=approximately 4.3 billion) Number corresponding to one bucket full of sand. The next-generation of IP is version 6 2128 IP addresses Number corresponding to a mass of sand covering the whole world. IPv6 (Internet Protocol version 6) 665,570,793,348,866,943,898,599 (or 6.65 x 1023) addresses for each square meter of the Earth's surface. 한국기술교육대학교

  16. Who manage IPv6 address? • IANA (Internet Assigned Numbers Authority) • 인터넷 할당 번호 관리기관 • RIR (Regional Internet Registry) • 대륙별인터넷 레지스트리 • APNIC (Asia Pacific Network Information Center) • 아시아· 태평양 지역 • RIPE-NCC (Réseaux IP Européens Network Co-ordination Centre) • 유럽 • ARIN (American Registry for Internet Number) • 북남미 외 기타 지역 • 국가별 NIC (Network Information Center) • 한국은 KISA(한국인터넷진흥원) 안에 KRNIC(한국인터넷정보센터)에서 담당 • https://ip.kisa.or.kr/main.html 한국기술교육대학교

  17. Recent Status of IPv4 Address Space 출처 - 2006년 u-인프라 통합 컨퍼런스 KRNIC이 IANA 및 APNIC에서 할당 받은 IPv4 주소 개수 /32 한국기술교육대학교

  18. Recent Status of IPv4 Address Space 출처 - 2006년 u-인프라 통합 컨퍼런스 한국기술교육대학교

  19. Recent Status of IPv4 Address Space 한국기술교육대학교

  20. Recent Status of IPv4 Address Space (/32) 한국기술교육대학교

  21. Recent Status of IPv4 Address Space • Report of “http://www.potaroo.net/tools/ipv4/index.html” 2008-05-10 2008-08-12 한국기술교육대학교

  22. Recent Status of IPv4 Address Space • https://ip.kisa.or.kr/main.html 2010-02-10 한국기술교육대학교

  23. IPv4 Issues (1/3) • Demerits of Current Internet Addresses • Address Shortages • Limits Internet growth for existing users • Hinders use of the Internet for new users • Internet routing today is inefficient • Forces users to use NAT • System Management Costs • Managing addresses manually is costly and error-prone • Networks Renumbering • Caused by address space shortage • When choosing a more competitive ISP • Mobile IPv4 • Complicated to manage 한국기술교육대학교

  24. IPv4 Issues (2/3) • Optional Security • IPv4 was never designed to be secure • adapted for a public educational & research network • Many solutions for IPv4 security have been defined • SSL, HTTPS, IPSECv4 • No ONE standard • Security features are optional • CANNOT count on their availability • Support for 21st century applications • New applications are more demanding, they will require • Guaranteed on-time delivery • Guaranteed availability of bandwidth • Guaranteed security • Difficult to add the functions to the base IPv4 technology • adding them is very high overhead 한국기술교육대학교

  25. IPv4 Issues (3/3) • Overcoming Insufficiency of IPv4 Address • PPP address sharing • CIDR (Classless Inter-domain Routing) • “망 주소/ 넷마스크 사이즈”로 라우팅 테이블 엔트리 표현 • E.g.] 128.156.20.0/22 호스트식별자가 0인 인터넷망주소 • NAT (Network Address Translation) 한국기술교육대학교

  26. Use of NAT Is NAT Good Solution? 한국기술교육대학교

  27. NAT example (1/2) Host Mapping [192.168.0.10:TCP 1025] ↔ [131.107.47.119: TCP 5000] 192.168.0.10 NAT Web server Internet 131.107.47.119 157.60.13.9 Destination Address: 157.60.13.9 Source Address: 192.168.0.10 Destination TCP Port: 80 Source TCP Port: 1025 Destination Address: 157.60.13.9 Source Address: 131.107.47.119 Destination TCP Port: 80 Source TCP Port: 5000 한국기술교육대학교

  28. NAT example (2/2) Host Mapping [192.168.0.10:TCP 1025] ↔ [131.107.47.119: TCP 5000] 192.168.0.10 NAT Web server Internet 131.107.47.119 157.60.13.9 Destination Address: 192.168.0.10 Source Address: 157.60.13.9 Destination TCP Port: 1025 Source TCP Port: 80 Destination Address: 131.107.47.119 Source Address: 157.60.13.9 Destination TCP Port: 5000 Source TCP Port: 80 한국기술교육대학교

  29. Is NAT Good Solution? • IPSec packets • Address and port translation (NAT function) invalidates the packet’s integrity • Peer-to-peer(P2P) Communication • NAT prohibits P2P communication, or makes it complicated • Battery Problem at Mobile Devices • IPv4 mobile devices are usually behind IPv4 NATs • Application that want to be reachable need to send periodic Keep-Alives to keep NAT state active • Current NATs requires Keep-Alive from 40 sec. to 5 minutes • It reduces battery life of mobile devices 한국기술교육대학교

  30. Is NAT Good Solution? 한국기술교육대학교

  31. Carrier-Grade NAT (CGN) • What is CGN? Internet Internet Global v4 address Global v4 address Access Concentrator With NAT Access Concentrator FTTH ADSL Private IPv4 address CPE With NAT Global v4 address Private v4 address CPE With NAT End Host Private v4 address Source: 72th IETF (July 2008) End Host 한국기술교육대학교

  32. CGN’s Limitation • CGN looks v6 is not needed? • No. CGN has serious restrictions. • IPv6 is needed ! • Each customer can have only some “limited” numbers of sessions simultaneously. • “port number” is just 2bytes which means 64K • For example, if 2000 customer shares same Global IPv4 address (please note that this is just for example), only 25 or 30 so sessions can be used by each customer at the worst case. • Which means that: 한국기술교육대학교

  33. CGN’s Limitation - Web 2.0 and IPv6 Max 30 Connections Max 20 Connections Max 15 Connections Max 10 Connections Source: 72th IETF (July 2008) 한국기술교육대학교

  34. XMLHttpRequest() UI JavaScript Engine HTML / CSS data XML data JavaScript Code – the Ajax Engine HTML rendering engine Other data (e.g. images) Web 2.0 Application’s Operation • “Ajax” web application concurrent sessions Browser UI: Ajax: time server-side server processing server-side systems browser request web server data stores backend etc. html + css + xml data mgmt 한국기술교육대학교 Desktop UI“session” management

  35. Web 2.0 and IPv6 • Examples of # of concurrent sessions of web 2.0 sites • AJAX applications of Web 2.0 break behind NAT • Too many connections exhaust public IP port space Source: 72th IETF (July 2008) 한국기술교육대학교

  36. The world of IPv6 Mobile telephone Data-compatible home appliances Settlement \ \ Broadcasting Data car IPv６ Map information Vending machines Image Server DRINK \ Music \ What is IPv6 Application? (1) 한국기술교육대학교

  37. What is IPv6 Application? (2) IPv6:Keep unique identification Expand networking area from Server-client to peer-to-peer communication Server-client Communication Server Internet Local net Local net NAT × Introduce IPv6 Peer to Peer communication NAT Client Client IPv6 applied New Application emerges VoIP、TV conference, chat, multiplayer game over Internet, etc. Server Internet Local net Local net Client Clinet 한국기술교육대학교

  38. IPv6 Devices (1) • for example….. The Sony IP digital camera & Camcorder IPv6 digital camera system, IPv6 TV system, Home gateway 파나소닉의 IPv6 네트워크 카메라 모델 한국기술교육대학교

  39. IPv6 Devices (2) IPv6 Microwave Oven IPv6 Refrigerator 한국기술교육대학교

  40. IPv6 for the Ubiquitous Internet • Connect Everything to the Internet • Simply (Plug & Play) and Safety • Enjoy Internet Everywhere & Anytime • Play, Learn, and Live on the Internet for Everyone • Peer to Peer (P2P) • Global Reachability • Home Information System • We need One Internet • Global Communications enhances business, trade, research 한국기술교육대학교

  41. Next generation network (society) byIPv6 “Everything over IP” ★Always on Internet ★nearly infinite address (identification) ★Security (privacy) ★1 to N, N to M (broadcast application） Animal Pet Storages Servers PCs Track PDA Contents distribution （Cinema, Music, etc.） Network Computing Remote operation, monitoring （ Freight management, Facility management, etc.） IPv6 Internet Light Mobile Computing mobile phone （IMT-2000） Home Computing Information Appliance Home Network （BlueTooth, Zigbee） Air conditioner Car（ITS） 한국기술교육대학교

  42. New Header Format • New Header Format • Minimize header overhead (streamline IPv6 header) • Note: IPv6 header is not a superset of (not compatible with) IPv4 header 한국기술교육대학교 한국기술교육대학교

  43. Changed Removed New Header Format IPv4 Header Format 20 Octets + options : 13 fields, including 3 flag bits 0 bits 4 8 16 24 31 Ver IHL Total Length Type of Service Identifier Flags Fragment Offset Time to Live Protocol Header Checksum 32 bit Source Address 32 bit Destination Address Options and Padding 한국기술교육대학교

  44. New Header Format • IPv4 Header Format • Internet Header Length (IHL) • Unit: 4 bytes, Min: 5 (54=20 bytes), Max: 15 (154=60 bytes) • Type of Service (ToS) • RFC 2474 provides a definition of this field in terms of DS (Different Service) • Total Length • Unit: 1 bytes, Min: 20 bytes, Max: 65,535(=2^16) bytes • Identifier • If an IPv4 packet is fragmented, all of the fragments retain the same Identification values, so the destination can group them for reassembly • Flags • 0, 3: Reserved • 1: Don’t fragment • 2: More fragment • Time to Live (TTL) • When TTL becomes 0, ICMPv4 Error message is sent to the source 한국기술교육대학교

  45. Changed New Header Format IPv6 Header Format 40 Octets, 8 fields 0 4 12 16 24 31 Traffic Class Version Flow Label Payload Length Next Header Hop Limit 128 bit Source Address 128 bit Destination Address 한국기술교육대학교

  46. New Header Format • IPv6 Header Format • Traffic Class • indicates IPv6 packet’s class or priority • Flow Label • Indicates that this packet belongs to a specific sequence of packets between a source and a destination • Payload Length • Indicates the length of IPv6 payload • unit: 1 byte, Max: 65,535(=2^16) bytes • For payload of which length greater than 65,535 bytes, this field is set to 0 and the Jumbo Payload option is used in Hop-by-Hop option extension header • Next Header • Indicates either the type of the first extension header or the upper-layer protocol (such as TCP, UDP, or ICMPv6). • Hop Limit • The maximum number of links over which IPv6 packet can travel 한국기술교육대학교

  47. New Header Format IPv6 Extension Header 한국기술교육대학교

  48. Routing Header • Routing Header • Used to specify a list of intermediate nodes for the packet to travel to the final destination 한국기술교육대학교

  49. Fragment Header • Fragment Header • Used for IPv6 fragmentation and reassembly services • Only source node generate the fragment header • If the packet’s size is greater than ‘Path MTU’, the fragment header is required Original IPv6 Packet Unfragmentable part Fragmentable part Unfragmentable part Fragment header First fragment Unfragmentable part Fragment header Second fragment Unfragmentable part Fragment header Third fragment 한국기술교육대학교

  50. Features of IPv6 • Internet Header Length (IHL) is removed • IPv6 Header is always a fixed length of 40 bytes • The size of header - IPv4: minimum 20 bytes  IPv6: fixed 40 bytes • The number of fields • IPv4: 12  IPv6: 8 • Seldom-used fields (e.g., Identification, Flags, Fragment Offset) are removed • Fragmentation information is contained in a Fragment extension header • Header Checksum field is removed • Link-layer performs bit-level error detection 한국기술교육대학교

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