Internet Protocol

상위 문서: Network Layer

개요

IP(Internet Protocol)은 인터넷에서 패킷을 송신하기 위한 network layer의 프로토콜이다.

IPv4 Datagram Format

Figure 1. IPv4 Datagram format

인터넷의 network layer의 데이터 단위는 데이터그램(datagram)이다. 데이터그램의 데이터 그램은 figure 1과 같이 구성되어있다. 이때 이 문서를 이해하기 위해서는, fragmentation/reassembly의 구현을 위한 16-bit identifier, flgs, fragment offset과 32비트 IP 주소를 나타내기 위한 헤더 필드가 존재가 존재한다는 것만 기억하면 된다.
이때 datagram의 IP 헤더필드는 20bytes이고, TCP 헤더필드는 20bytes이다. 따라서 datagram의 overhead는 40bytes + app layer overhead이다.

Fragmentation

모든 링크(link)들은 각각의 해당 link-level이 운반할 수 있는 최대 frame의 크기인 MTU(Max Transfer Size)를 가지고 있다. 각각의 IP 데이터그램은 한 라우터(router)에서 다음 라우터로 이동할 때 link layer의 frame에 캡슐화되기 때문에, MTU는 IP 데이터그램의 크기에 대해 제약을 가한다. 이로 인해 발생하는 진짜 문제는 송신 호스트(host)에서 수신 호스트로 패킷이 이동할 때 거쳐가는 링크의 MTU들이 서로 다른 수 있다는 것이다. 예를 들어, 다양한 링크를 연결하는 라우터에서 한 링크에서 IP 데이터그램을 수신했을 때, 출력 링크의 MTU가 입력 링크의 MTU보다 작으면 문제가 된다. 이 경우 문제는 커다란 IP 데이터그램을 그보다 작은 크기의 MTU를 가지는 링크에 어떻게 전달할지이다.
이때 해결책은 IP 데이터그램의 페이로드를 두 개이상의 더 작은 IP 데이터그램에 나누어 담고(fragment), 각각의 쪼개진 데이터그램을 frame으로 캡슐화해서 전송하는 것이다. 이때 쪼개진 데이터그램을 fragment라고 한다. 이때 fragment들을 라우터에서 합쳐서 다시 이를 보내는 것은 네트워크 성능을 저하시킬 수 있기 때문에, 수신측 호스트에서 fragment들을 받아서 원래대로 재조립(reassemble)한다. 이때 reassemble을 수신측 호스트가 수행할 수 있도록, IP 데이터그램 헤더에는 identifier, flag, fragmentation offset 필드가 존재한다.
Figure 3는