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Next Generation Internet 2006 Yong-Jin Lee lyj@knue.ac.kr

Next Generation Internet 2006 Yong-Jin Lee lyj@knue.ac.kr. Contents. 1. Concept 2. QoS 3. IPV6 4. Network Access(Routing) 5. Mobility Support 6. Summary. 1. Concept. (1) 현재 인터넷 연결 : 대략 3000 만대의 호스트 ( 세계 )

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Next Generation Internet 2006 Yong-Jin Lee lyj@knue.ac.kr

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  1. Next Generation Internet 2006 Yong-Jin Lee lyj@knue.ac.kr

  2. Contents 1. Concept 2. QoS 3. IPV6 4. Network Access(Routing) 5. Mobility Support 6. Summary

  3. 1. Concept (1) 현재 인터넷 연결: 대략 3000만대의 호스트 (세계) 20만대의 호스트(한국) 1) 사용자수가 급격히 증가 2) 새로운 응용 등장 (전자상거래, 원격교육,인터넷 TV등의 실시간 서비스 에 대응하지 못하고 있다.)

  4. 1. Concept (2) 문제점: 1) 느린 속도 (인터넷 인프라) 2) 제한된 멀티미디어 서비스 (전자상거래, 원격교육,인터넷 TV등의 실시간 서비스) 3) 인터넷 주소 고갈 문제 4) 이동성 문제

  5. 1. Concept - IP V4의 헤더 :

  6. 1. Concept IP: ----- IP Header ----- IP: IP: Version = 4 IP: Header length = 20 bytes IP: Type of service = 0x00 IP: xxx. .... = 0 (precedence) IP: ...0 .... = normal delay IP: .... 0... = normal throughput IP: .... .0.. = normal reliability IP: Total length = 44 bytes IP: Identification = 44008 IP: Flags = 0x4 IP: .1.. .... = do not fragment IP: ..0. .... = last fragment IP: Fragment offset = 0 bytes IP: Time to live = 255 seconds/hops IP: Protocol = 6 (TCP) IP: Header checksum = 8512 IP: Source address = 210.93.83.7, network-cs.woosong.ac.kr IP: Destination address = 210.93.83.14, netlab.woosong.ac.kr IP: No options IP:

  7. 1. Concept - OSPF Routing : 1) Dijkstra’s Shortest Path Algorithm에 기초 2) link state 3) 특정 경로에 트래픽 집중(Congestion) => 트래픽 분산 필요

  8. 1. Concept (3) 해결방향 : 1) QoS사전예약 : Integrated Service Model(RSVP) 비사전예약 : Differential Service Model (Internet 2의 Qbone, IP V6의 CoS) 2) Network Access Policy Based Routing (Routing) (OSPF - Link State: MPLS- ATM or Non ATM) 3) IP V6 128 bit addrs. Traffic Class, Flow Label ( 6 Bone) 4) MobilityMobile IPv4/v6 (network), TCP variations, SCTP (transport)

  9. 2. QoS (1) QoS(Quality of Service) : 1) Delay or Delay Jitter : 실시간 음성통신, 실시간 비디오 분배 2) Throughput : 특정 응용 프로세스에게 할당하는 대역폭의 량 3) Packet(Cell) Loss : (2) IP V4 : ToS로는 불완전, 비연결 지향 서비스 (Best-Effort)

  10. 2. QoS

  11. 2. QoS

  12. 2. QoS (3) QoS 보장을 위한 망 제어 기술 : 1) 사전 예약 방법: 서비스별로 요구되는 자원을 사전에 예약 할당 IETF의 int-serv(Integrated Service) Model = 동적 RSVP(resource ReSerVation Protocol) 2) 사전 예약 안하는 방법: 트래픽을 몇 가지 클래스로 분류 (CoS : Class of Service) IETF의 diff-serv(Differentiated Service) Model = Router에서 구현(IP Header의 DS field) => Internet2의 Qbone

  13. 2. QoS Integrated Service Differentiated Service 서비스 Individual Flow Aggregate Flow 라우터 per flow per aggregate 트래픽 분류 several header fields DS field of IP header 수락제어 Required Required for absolute differentiation only 신호프로토콜 RSVP Broker or not required 서비스 구분 end-to-end per hop 네트워크 관리 similar to circuit-switched similar to IP networks

  14. 2. QoS (4) RSVP (Integrated Service): 1) 비연결형 프로토콜에서는 각 패킷 수준의 우선순위를 알 수 있는 방법이 없다.( IP V4의 ToS) 또한 어느 정도의 QoS를 요구하는지 알 수 없다. 2) 캡슐화 : RSVP는 트랜스포트 계층과 같이 IP 헤더 위에 붙는다. 3) 동작 과정 : 가. 라우팅 프로토콜(OSPF등)에 의해 RSVP 메시지 전송 나. 각 라우터에서 자원 예약 프로파일 구성 (soft state) ( PATH 요구와 예약 요구들은 주기적으로 행해진다.) 4) 문제점 : 모든 응용 계층 프로그램 수정(RSVP 내장) 각 flow별로 라우터에 별도의 큐 유지하고 스케쥴링 => 라우터의 정보량 증대로 scalability 문제 => 소규모망에 유효

  15. 2. QoS - RSVP의 신호절차 PATH : 송신자가 자신의 Flow 특성을 알림 RESV : 수신지가 필요한 자원을 예약

  16. 2. QoS (5) DiffServ : 1) 어떤 흐름의 집합을 한 단위로 품질 제공(CoS : Class of Service) 2) 트래픽 조절 기능은 망 경계 라우터(edge router)에서 수행 (중간 라우터-core router 는 전달 기능만을 보유) 3) IP V4의 ToS 및 IP V6의 Traffic Class를 이용 ( PHB : Per Hop Behavior) 4) enable scalability across large network 5) not guarantee absolute QoS => 패킷의 량이 증대하는 경우 우선순위 고려가 어렵다. 6) Backbone등의 고속망

  17. 2. QoS

  18. 2. QoS (6) Scheduling: choose next packet to send on link 1) FIFO (First-In-First-Out)

  19. 2. QoS 2) priority queueing transmit highest priority queued packet • multiple classes, with different priorities • class may depend on marking or other header info, e.g. IP source/dest, port numbers, etc..

  20. 2. QoS 3) Weighted Fair Queuing: • generalized Round Robin • each class gets weighted amount of service in each cycle

  21. 3. IP V6 (1) IP V6 Header :

  22. 3. IP V6 (2) IP V6 Header 내용: 1) priority(traffic class) : 트래픽 클래스 명시 IETF의 diffserv Group 2) flow label (20 bit) : QoS 지원을 위해 IP 패킷의 연속적인 흐름을 flow로 정의 ( cf : QoS 미지원인 경우 => flow label = 0) 3) 32 bit IP 주소 => 128 bit IP 주소 4) 확장 헤더에 인증 및 보안 개념

  23. 3. IP V6 (3) IP V4/V6 Incompatibility 1) Host/Router : Dual Stack(IPV4, IP V6) 2) Translator : NAT-PT/SIIT, SOCKS64,.. 3) Tunneling : encapsulation (4) RSVP 및 Diffserv를 IP V6에 수용 (5) 6 Bone ( 6Bone-kr)

  24. 3. IP V6 - IP V4/V6 Translation

  25. 3. IP V6

  26. 3. IP V6 - Tunneling

  27. 4. Network Access(Routing) (1) Routing Model : 1) 순수 라우터 모델 : only IP service, Best-Effort Service(No QoS), 고속 서비스 아님 ( S/W적인 라우팅) 2) 오버레이 모델 : IP Over ATM 등 3) 대등(peer) 모델 : MPLS(MultiProtocol Label Switching)

  28. 4. Network Access(Routing) (2) Routing Model 비교: 라우팅 순수라우팅 오버레이라우팅 통합라우팅 방식 Link State(OSPF) IPOA, MPOA MPLS ATM PINNI 서비스 DiffServ DiffServ DiffServ, IntServ IntServ, ATM IntServ, ATM 주소해석 IP only IP <=> ATM 불필요 시그널링 LDP, RSVP

  29. 4. Network Access(Routing) (3) MPLS : 1) 트래픽의 분류, 터널링, 클래스 할당 등을 입구 라우터에서 수행 2) 중간 라우터에서는 label에 의해 스위칭됨(ATM Switch와 유사) 3) Labeled IP Packet이 경유하는 경로를 LSP(Label Switched Path) 라고 하고 LSP는 제어 프로토콜(라우팅, 자원 요청등)에 의해 요구 되어 LDP(Label Distribution Protocol)라는 신호 프로토콜에 의해 설정됨 4) 2 계층의 스위치 기능 + 3 계층의 라우팅 기능( 2.5 Layer Switching) 5) 2계층은 문제 안됨 (ATM, FR, PPP, LAN등)

  30. 4. Network Access(Routing) 6) 입구 라우터에서 동일한 꼬리표(DS byte)를 부착하게 된 IP 패킷은 동일한 Flow로 망 내부에서 서비스를 받음 DS byte = DS code point (6 bits) + EXP(2 bits) 7) 서비스 종류 : 가. Premium Service : 전용선, Internet Telephony, VC 나. Assured Service : Bettter Web Service 다. Best Effort Service Premium Service Assured Service Proportional Type of service Strictly absolute Algorithm depend Strictly relative Bandwidth Broker Required Not Required Not Required Route Pinning Important Important Not Important

  31. 4. Network Access(Routing) Labeled once LSP IP Packet IP Packet I-LSR E-LSR MPLS MPLS MPLS Label Switching IP Packet Ether Header IP Header TCP Header DATA MPLS Ether Header MPLS Label IP Header TCP Header DATA

  32. 4. Network Access(Routing) (4) MPLS 동작:

  33. 4. Network Access(Routing) (4) MPLS의 문제점: 1) MPLS망은 내재된 모든 라우터들이 MPLS Switch로 교체되어야 함 ( cf : Gigabit Switch ) 2) ATM Switch가 IP 라우터와 같이 동작해야 하므로 ATM protocol과 IP 프로토콜을 동시에 보유 ==> 스위치 제어 S/W 복잡 3) IP의 QoS 모델 => ATM QoS 모델로 mapping 필요

  34. 5. Mobility Support (1) 무선 환경에서의 특성 1) 높은 비트 에러율: 10-5 bits/sec 2) 연결 단절 3) 작은 MTU (2) TCP/IP의 무선 환경 적용의 문제점 1) 혼잡 제어 매커니즘의 남용  처리율 감소 2) 연결 단절로 인한 패킷 손실 증대  이동성 지원 필요 (3) 해결책 1) Mobile IP 2) TCP Variation and SCTP

  35. 5. Mobility Support (4) Mobile IPv4

  36. 5. Mobility Support (4) Mobile IPv4 가. 에이전트 발견 - 홈 에이전트나 외부 에이전트는 ICMP(Internet Control Message Protocol) router discovery과 유사한 방법인 에이전트 광고 메시지를 통해 자신의 존재를 알린다. - 선택적으로 이동 노드가 에이전트 획득 메시지를 이용하여 에이전트 광고 메시지를 얻을 수 있다. - 이동 노드가 이러한 에이전트 광고 메시지를 받고 자신이 홈 네트워크에 있는지를 판단한다. 나. 등록 - 이동 노드가 외부 네트워크에 있다고 판단되었을 때 이동 노드와 홈 에이전트는 등록 요청과 등록 응답 메시지를 교환 [ 이동 노드의 COA(Care-of Address)를 홈 에이전트에 등록] - COA에는 외부 에이전트를 이동 노드의 COA로 사용하는 외부 에이전트 COA - DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol[10])에 의해 임시 IP 주소를 이동 노드에 할당하는 Co-located COA - 등록 메시지들은 UDP(User Datagram Protocol) 포트434번을 사용 - 이동 노드의 COA와 lifetime등을 포함

  37. 5. Mobility Support (4) Mobile IPv4 다. 라우팅과 터널링 - 홈 에이전트와 이동 노드 사이에 등록이 성공적으로 수행되게 되면, 외부에서 이동 노드의 홈 주소로 보내지는 데이터그램은 홈 에이전트에 의해 이동 노드의 COA로 터널링 된다. - 터널링은 여러 가지encapsulation 알고리즘 중에 하나를 사용 - 터널링 알고리즘은 IP-within-IP encapsulation을 지원해야 한다. - COA가 외부 에이전트로 지정되어 있는 경우에는 외부 에이전트가 decapsulation을 하게 되며 Co-located COA를 사용하는 경우 이동 호스트 자신이 decapsulation하게 된다. - 이동 노드에서 외부의 노드로 보내지는 데이터그램은 홈 에이전트를 거쳐갈 필요 없이 표준 IP 라우팅 방법을 사용하여 목적지까지 전달된다.

  38. 5. Mobility Support (4) Mobile IPv4 - 문제점

  39. 5. Mobility Support (4) Mobile IPv4 – route optimization (option) CN • 경로 최적화 방법 • 상대 노드가 바인딩의 캐쉬(cache)를 관리 • HA는 CoA를 CN으로 보냄. • 이동 노드의 홈 에이전트로 보내야 할 데이터그램을 자신이 직접 터널링하여 이동 노드의 현재 위치로 보내도록 한다(그림 3).

  40. 5. Mobility Support (5) Mobile IPv6 - FA 제거 - stateless auto-configuration (IP address) - Binding Update and Reply (between MN and CN) * route optimization (내장)

  41. 5. Mobility Support (6) TCP Variation - 유무선 통합망에서 TCP의 성능 저하를 개선하기 위한 TCP 변종 기법 Indirect-TCP (I-TCP) M-TCP Snoop Explicit Notification (ELN)

  42. 5. Mobility Support (7) SCTP SCTP four-way handshake

  43. 5. Mobility Support (7) SCTP 1) Multi-Streaming

  44. 5. Mobility Support (7) SCTP 2) Multi-Homing

  45. 5. Mobility Support (8) mSCTP (mobile SCTP)

  46. 5. Mobility Support

  47. 6. Summary (1) 현재의 인터넷 : 1) 구조 측면 : 고비용/저전송 효율, 망 접속 제한, 지연 증가, 2) 성능 측면 : 서비스 대기 시간, 대역폭 보장 불능, 3) 응용측면 : 실시간 서비스위한 QoS 미보장 - Best Effort 기술 (전자상거래, Internet Telephony, Video Dist.등) (2) 차세대 인터넷: 1) 백본망의 광역화 및 고속화 : ATM, SDH 망 등 2) 고품질 응용을 위한 QoS 지원 기술 : 차세대 네트워크 하부구조 Traffic Engineering, IETF’s diff-serv model 3) 무선 및 이동성 지원 : mobile IP and new transport protocols

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