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자격증, 교육

[HD]컴퓨터활용능력시험 2급 실기 (2018개정) [교안], Ad-hoc 네트워크에서 Mobile IPv4 IPv6 TCP 성능

by Casey,Riley 2020. 2. 25.
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[HD]컴퓨터활용능력시험 2급 실기 (2018개정) [교안]

Ad-hoc 네트워크에서 Mobile IPv4 IPv6 TCP  성능

 

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Ad-hoc 네트워크에서 Mobile IPv4 IPv6 TCP  성능 ** 요약 Ad 네트워크에서는 노드 간 멀티-홉 루트를 통해서 연결되며 노드의 자유로운 이동으로 인하 여 노드가 이동할 때 FA가 자주 변하게 된다 이러한 이동성은 경로 불연속을 야기하며 이는 성 능저하로 귀결된다 반면에 Mobile IP는 이동 노드와 Foreign Agent(FA)간의 단일-홉 통신을 기본가 정으로 하고 있다 본 논문에서는 이러한 환경을 고려하여 네트워크에 Mobile IP를 적용하기 위한 기술을 서술하고 네트워크에 와 를 적용함으로써 현재 사용되고 있는 와 미래 대체할 프로토콜로 제안한 의 성능을 분석하고 비교한다. -hoc . . . Ad-hoc IPv6 IPv4 IPv6 Ad-hoc IPv4 , TCP 1. 서론 Ad-hoc 네트워크는 이동노드들 사이에 하부 통신 기반 없이 모든 단말기가 이동하는 환경이며 서로 직접적인 , 무선 전송 범위에 위치하지 않은 노드간의 원활한 데이 터 전송을 위해 멀티 홉 무선 링크로 구성되어진 형태이 다 또한 노드의 이동이 자유롭게 때문에 네트워크 토폴 [1]. - . 로지가 동적으로 변화하는 특성을 가진다 따라서 재 난 구조 전쟁터 및 전시장 회의장 등과 같은 특수 목,, 적뿐 아니라 하부구조가 없는 일반적인 장소에서 효과적 으로 사용됨으로써 사용자 욕구를 충족시킬 수 있다. 는 기존의 인터넷 프로토콜의 수정 없이 Mobile IP (roaming) . IP 이동성을 지원하기 위한 프로토콜로 글로벌하게 라우팅 가능한 홈 주소를 가진 이동 노드들이 인터넷상에서 자 유롭게 로밍 하여 다른 인터넷 노드와 통신할 수 있도록 해 준다 또한 Mobile IP는 이동 노드와 Foreign Agent(FA)간의 링크 레벨의 통신인 단일-홉 통 신을 기본가정으로 한다[2]. 본 논문에서는 기존의 유선환경에 적합하도록 설계된 TC 전송 데이터를 모든 노드들이 이동하기 때문에 빠르 게 위상변화를 가지는 환경에 적용하고 이 환경 에 Mobile IP를 적용하는 기술을 제시함으로써 Mobile IPv4와 Mobile IPv6를 직접 네트워크에 적용하여 TC 의 성능을 평가하였다P P Ad-hoc Ad-hoc . , Ad 네트워크는 고정된 하부구조가 없기 때문에 모 -hoc 든 노드들이 라우터 역할과 이동노드로서의 역할을 동시 에 수행함으로써 각 이동노드들끼리 데이터를 전달할 수 있다 이는 잦은 네트워크의 위상 변화로 인해 경로 발 . 견을 위하여 많은 자원을 소비할 뿐만 아니라 변화를 반 영하는데 상당한 시간을 요구한다 또한 라우팅 오버헤 드가 발생하며 과도한 과 주기적인 메시지로 배 . flooding 터리 용량과 같은 자원이 제한되는 장치에 문제를 야기 한다. Ad 네트워크를 위한 라우팅 프로토콜은 표 에 서 보는바와같이 크게세가지로 분류할수있다. -hoc < 1 > 2. Ad-hoc 네트워크에 Mobile IP 적용 기술 2.1 Ad-hoc 네트워크 본 논문의 장에서 네트워크와 Mobile IP에 대 해 간략히 기술하고 3장에서 Ad-hoc 네트워크에서 를 지원하기 위한 기술들을 2 Mobile IPv4 Mobile IPv6 서술하며 장에서는 앞서 제안한 기술들을 적용하여 시 와 4 뮬레이션 하였다 마지막으로 장에서 본 논문에 대한.5 결론을 맺는다. Ad-hoc Proactive < 표 1 > Ad-hoc 라우팅 프로토콜의분류 Reactive OLSR, TBRPF, DSDV, CGSR, WRP AODV, DSR, LMR, TORA, ABR, SSR Hybrid 이동 노드는 연결 지점을 바꿀 때마다 새로운 를COA 홈 에이전트에게 등록한다 홈 에이전트는 홈 네트웍으 . ZRP 2.1.1 Table-driven(Proactive) 라우팅 프로토콜은 기본적으로 Table-driven Proactive 라고도 한다. 라우팅 프로토콜 Ad-hoc 네트워크 내의 각 노드는 자신을 중심으로하여 도착 가 능한 모든 노드들의 라우팅 정보를 라우팅 테이블에 상 시 유지함으로 이 라우팅 프로토콜은 모든 노드들이 주기적으로 라우 팅 정보를 교환함으로써 일관된 루트정보를 저장한다. 따라서 전송 필요시 별도의 경로 획득 절차 없이 라우팅 테이블의 정보를 이용 전송함으로 경로 획득 지연시간이 짧은 장점이 있다 그러나 주기적인 라우팅 정보 방송은 . 무선대역 낭비를 더욱 가중시키며 빈번하게 이동하는 노 드들의 라우팅 테이블 경신을 위한 라우팅 정보역시 방 송해야 하므로 라우팅 오버헤드가 발생하여 성능저하에 많은 영향을 미친다. 2.1.2 On-demand(Reactive) 라우팅 프로토콜은 모든 노드가 빈번하게 라우팅 프로토콜 On-demand 이동하는 환경에 적합하도록 제안된 프로토콜로 Ad-hoc 서 네트워크 내의 트래픽 발생에 의해 노드로부터의 요 구가 있을 경우에 루트가 설정된다. 이 라우팅 프로토콜은 데이터 전송 필요시에만 경로획 득 절차를 수행함으로 주기적인 라우팅 정보 방송과 이 동시 변경된 라우팅 정보를 방소할 필요어서 라우팅 패 킷 오버헤드를 줄이게 된다 그러나 목적지로의 루트탐 . 색을 위해 경로 획득 절차가 이루어지기 때문에 경로 획 득시간이 길어지게 된다. 2.2 Mobile IP TC 처럼 를 사용하는 상위 전송 계층의 연결을 끊지 P IP 않고 유지하려면 노드 이동중에도 항상 동일한 를 가,IP 지고 있어야 한다 또한 이동 중인 노드에게 올바르게 . 패킷을 전달하기 위해서는 노드가 현재 연결된 네트워크 을 알아야 하며 결국 이 네트워크 정보를 포함한 새로 운 주소가 필요하다. , IP Mobile IP는 전송 계층의 연결 유지와 계층의 올바 IP 른 라우팅 문제를 해결하기 위해 개의 주소를 사용2IP 한다 먼저 . HA(Home Address)는 고정된 값으로 연 , TCP 결을 구별하는 등의 목적으로 사용된다 그리고. 는 새로운 연결 지점마다 값이 바 , COA(Care-Of Address) 뀌며 이동 노드의 실제적인 위치를 반영하는 주소로 사 용된다. 로 들어온 패킷을 이동노드에게 전달하기 위해 홈 네, 트웍으로부터 로 향하는 패킷을 전송한다 이때 패킷 의 새로운 목적지는 로 바뀌게 되고 흔히 이런 작업 을 redirection 이라고 한다 패킷이 로 도착되면 원 래의 형태대로 목적지가 HA인 패킷으로 바꾸는 작업이 이루어진다 최종적으로 패킷이 이동노드에게 전달되면 (HA) COA COA . . 이 패킷은 마치 고정된 주소 로 전달된 패킷과 동일 하게 취급되어 또는 그 이상의 상위 계층에게 전달 , TCP 된다[2]. 예를 들어 그림 은 노드 가 로 이동하여 과 FA2에서 동시에 Agent Advertisement 메시지를 수신하 고 현재 등록된 의 홉 수보다 로의 홉 수가 더 가깝기 때문에 FA2로 등록한다 현재 등록된 로부터FA 연속된 개의 Agent Advertisement 메시지를 수신하지 못하는 경우 FA로의 연결이 끊어진 것으로 판단하고 새 [3]. < , 4 로운 를 탐색한다FA FA 1 A B E C D < 1.그림 노드 이동에 따른 재선택FA > F FA 2 1 > FA1 . E F FA2 FA1 COA . 3. Ad-hoc 네트워크에서 Mobile IPv4와 Mobile 의동작IPv6 네트워크에서 AODV 3.1 Ad-hoc Mobile IPv4 지원방식 [4]에서는 라우팅 프로토콜을 사용하는 IPv4 Ad-hoc 네트워크에서의 Mobile IPv4 지원 방식을 제안하 였다 제안된 방식은 Mobile IP 등록을 위해 루트 탐색 기능과 연계한 Proactive Agent Solicitation 절 차 루트 탐색시 에서의 전달에 의한 목적 노 드의 위치 판별기능 그리고 인터넷 노드로의 패킷 전달 시 FA로의 디폴트 루트에 의한 패킷 라우팅 기능을 특징 . , FA , 으로 한다. 3.1.1 Agent Advertisement 는 Ad-hoc F-RREP AODV FA(Foreign Agent) Agent Advertisement 주기적으로 네트워크 전체로 브로트캐스팅 한다 Ad-hoc AODV 메시지를 . Agent Advertisement 메시지를 수신한 노드는 FA 의주소정보를알수있게되며 라우팅 프로토콜 의 루트 탐색 절차에 의해 FA로의 루트 정보를 획득한 다 로의 루트가 설정되면 의 주소를 로 하는 .FA FA COA Mobile IP 등록 메시지를 로 라우팅하여 로 전달되 FA 게 한다. 를 탐색하는 또 다른 방법으로 Ad-hoc FA FA HA , Mobile IP 등록을 원하는 노드가 'All Mobility Agents' 멀티캐스 트 주소(224.0.0.11)를 목적지로 하는 메시지를 브 로드캐스팅하여 로의 루트를 찾는 Proactive 에이전트 탐색 절차가 제안되고 있다 또는 로의 루트 정보 를 가지고 있는 노드가 이 메시지를 수신하면 응답 으로 를 소스 노드에게 전달하며 를 수 신한 소스 노드는 FA로의 루트를 통해 Agent Solicitation 메시지를 하게 전달하며 이 메시 지를 수신한 는FA Agent Advertisement 메시지를 소스 노드에게 하게 전달한다 그러면 소스 노드는 HA RREQ .FA RREQ FA-RREP unicast unicast 로의 등록 절차를 수행한다. 3. 패킷 라우팅1.2 데이터 패킷의 목적 노드에 대한 루트 정보가 라우팅 테이블에 존재하지 않을 경우 루트 탐색 절차를 사 용하여 루트를 탐색한다 가 를 수신한 경우 해당 목적 노드에 대한 루트 정보를 가지고 있으면 로 응 답하고 그렇지 않을 경우에는 로서 응답한다 소 스 노드가 를 수신하면 목적 노드가 네트워 크 내에 있는 것으로 판단하며 만을 수신한 경 우에는 목적 노드를 인터넷 노드로 판단한다 그리고 소 스 노드에서 FA로 설정된 루트 정보를 통해 데이터 패킷 을 로 전달한다FA AODV .FA RREQ RREP FA-RREP RREP , FA-RREP . . 3.2 Ad-hoc 네트워크에서 Mobile IPv6 지원방식 [ 에서는 라우팅 프로토콜을 사용하는 IPv6 Ad-hoc 네트워크에서의 Mobile IPv6 지원 방식을 제안하 였다. 5] AODV IPv6 망에서 이동 노드는 주소 자동 설정 기능을 통해 자신에게 새롭게 할당된 글로벌한 주소를 Co-located 로 사용한다 따라서 망에 Care-Of Address(CCOA) IPv6 Advertisement Agent Solicitation 다. 와 . , IPv4 서와 달리 망을 위한 Mobile IP에서는 FA가 존재하 지 않으며 FA와 이동 노드간에 필요한 Agent 절차가 불필요하 Channel Propagation NetIF Mac Ifq 3.2.1 Internet-Gateway Operation 인터넷 게이트웨이 탐색방법으로 두 가지를 제안하고 있는데 라우팅 프로토콜을 사용하여 인터넷 게이 Ad-hoc 트웨이를 탐색하는 경우에는 목적지 주소를 'INTERNET 로 설정한 메시 . RREQ RREQ RREP GATEWAY global multicast address' Ad-hoc 지를 네트워크로 브로드캐스팅한다 인터넷 게이 트웨이가 이 를 수신하면 프리픽스 정보와 자신의 IP 주소를 포함한 를 소스 노드에게로 전달한다. Antenna WirelessChannel TwoRayGround WirelessPhy 802_11 DropTail OmniAntenna < 2.표 실험에 사용된 파라미터 > 본 실험에서는 성능 평가를 위해 네트워크상에Ad-hoc 서 와 의 처리량을 측정하였으며 똑같은 환경에서 노드들의 를 빠르게 변화시켰을 때 IPv4 가 적용된 노드와 가 적용된 노드들의 처리량을 측정하였다. IPv4 IPv6 TCP speed IPv6 TCP , 4.1 시뮬레이션 환경 실험에는 개의 30 Ad-hoc . 4. 시뮬레이션 본 논문은 제안한 네트워크에서 와 를 적용함으로써 두개의 프로토콜의 성능을 비교한다. Ad-hoc TCP 이 성능을 평가하기 위하여 캘리포니아 버클리 대학에서 개발된 를 사용하며 또한 모토로라에서 개발한 IPv6를 지원 모듈인 Mobiwan[7]을 사용하였다. ns-2[6] IPv4 IPv6 . FA , FA-RREP , NDP(Neighbor Discovery Protocol)의 위에서만 전달이 된다. 3.2 패킷 라우팅.2 나 를 통해 액세스 라우트 Router Advertisement RREP 인터넷 게이트웨이 의 주소를 획득하면 라우팅 테이블 () 의 디폴트 루트를 인터넷 게이트웨이의 주소로 설정한 다. Ad 노드가 패킷을 송신할 때 목적 노드에 대한 호 스트가 존재하지 않으면 라우팅 프로토콜의 루트 -hoc Ad-hoc 탐색 절차에 의해 목적 노드로의 루트를 탐색한다 목적. 노드에 대한 루트 탐색이 성공적으로 완료되면 목적노드 가 네트워크 내에 있는 것으로 판단하고 탐색된 루트를 이용하여 패킷을 아우팅 한다 루트 탐색이 실패 Ad-hoc . 할 경우에는 목적 노드가 인터넷에 있는 것으로 판단하 고 라우팅 테이블에 디폴트 루트 엔트리가 존재하면 목 적 노드에 대한 을 디폴트 루트로 설정하고 패 킷을 라우팅 한다 디폴트 루트가 존재하지 않으면 인터 넷 게이트웨이에 대한 탐색 절차를 수행한다. next hop . Router Solicitation과 Router Advertisement 메시지는 1-홉 범 mobile node 500*500 를 영역에 random 하게 분산시키고 On-demand Ad-hoc 라우팅 프로토콜로 경로를 획득하였다 구체적인 본 실험 환경은 표 에. < 2 > 보는바와 같다. 4.2 IPv4 IPv6 노드들은 하게 움직이다가 초가 되면 와 의 패킷 수신 random . 8.98 Advertisement를 시작한다 그리고 초에 최초로 TCP 상의 패킷을 보내면 초에 노드가 패킷을 받기 시작 한다 그림 2 > 에서 보는바와 같이 같은 시간대에 IPv6 의 전송되는 패킷수가 의 패킷수보다 많음을 볼 수 가있다 이는 가 8.95 8.97 . < IPv4 . IPv6 Agent Avertisement 와 Agent 절차가 불필요하기 때문에 이동 노드간에 IPv4 . IPv6 , Solicitation 루트탐색절차 시간이 에 비해 짧은 것이다 따라서 같은 시간대에 는 여러번 메시지를 보내고 받을 수 있음을 알 수 있다. 누적 전송 패킷수 (num) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 8 11 141720 23 시간(sec) 26 29 < 2.그림 시간에 따라 전송된 패킷 수 > 4.3 노드의 이동속도에 따른 패킷 수신 < 3 > 그림 는 그림 에서 보았던 시뮬레이션 환경에 노드들의 를 배로 증가시켜 처리량을 측정하 였다. < Speed 10 2 > TCP 전송 패킷 수(num) 1000 1200 1400 1600 1800 2000 200 400 600 800 0 9 101112 13141516 시간(sec) < 그림 노드의 빠른 속도에서 노드들의 처리량 > 3. TCP 노드들이 처음 연결된 후 약13초 까지는 그림 과2 > 비슷한 결과가 나왔다 하지만 시나리오 절차에 의해 노 드가 빠르게 움직인 후 그림 에서 보는바와 같이 IPv4는 연결이 끊겨버리고 더 이상의 패킷을 받지 못했 < . , < 3 > [6] http://www.isi.edu/nsnam/ns/ [7] http://www.inrialpes.fr/planete/pub/mobiwan/ [1] C.K. Toh, “Ad-hoc Mobile Wireless Networks: Protocols and Systems,” Prentice Hall PTR, 2002. [2] C.E. Perkins, "Mobile IP:Design Principles and Practices, Addison-Wesley," 1998. [3] U. Jonsson, F. Alriksson, T. Larsson, P. Johnasson, and G.Q. Maguire, "MIPMANET:Mobile IP for Mobile Ad-hoc Networks," Proc. of the Workshop on Mobile Ad-hoc Network and Computing(MobiHoc), August. 2000. IPv6 IPv4 [4] E.M. Belding-Royer, Y. Sun, and C.E. Perkins, "Global Connectivity for IPv4 Mobile Ad hoc Networks," IETF Internet Draft, draft-royermanet-globalv4-00.txt, November. 2001. [5] R. Wakikawa, J.T. Malinen, C.E. Perkins, A. Nilsson, and A.J. Tuominen, "Global Connectivity for IPv6 Mobile Ad hoc Networks," IETF Internet Draft, draft-wakikawa-manet-globalv6November. 2001. 00.txt, IPv6 IPv4 5. 결론 본 논문에서는 동적으로 변화하는 환경에서 노 Ad-hoc 드가 자유롭게 이동할 때 와 의 성능을 분 석하고 비교하였다 그 결과 는 시간에 따른 패킷 처리율이 에 비해 우수한 성능을 보였다 또한 노드 들의 속도가 빨라질수록 는 에 비해 더욱 우수 . IPv4 IPv6 IPv4 한 성능을 보임을 확인하였다. 기존의 유선환경에 적합하도록 설계된 를 이동TCP 를 기반으로 하는 환경에 적용하기 위해서 많은 연구가 진행 중이다 따라서 본 실험을 통한 결과는 향 후 차세대 인터넷 환경으로의 전이시 기반에서 효 IP Ad-hoc . IPv6 율적인 멀티미디어 이동 인터넷 서비스를 활용할 수 있 을 것이다. 참고문헌 IPv4 IPv6 TCP , IPv6 . Agent 다 그러나 는 몇 초가 지난 뒤 다시 연결을 시도하 고 패킷을 받게 된다 즉 는 연결이 끊겨도 라우팅 . IPv6 . , IPv6 프로토콜의 루트 탐색 절차에 기초하여 글로벌하게 라우 팅 가능한 주소를 새로 설정하고 패킷 라우팅을 하는 것이다. IP

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