호스트가 인터넷에 접속하여 인터넷 상의 다른 호스트들과 통신하기 위해서는 (1) IP 주소, (2) 서브넷 마스크, (3) 기본 게이트웨이 주소, 그리고 부가적으로 (4) DNS 서버 주소 등의 정보를 수동으로 설정하거나 또는 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)와 같은 프로토콜을 이용하여 동적으로 설정하여야 한다. 일단 위의 주소 정보가 설정되면, 호스트는 IP 주소와 서브넷 마스크를 이용하여 자신이 접속되어 있는 서브넷 번호를 알 수 있으며, 호스트는 서브넷 번호를 이용하여 자신과 목적지 호스트가 동일한 링크에 있는지를 확인할 수 있다.

즉, 소스 IP 주소를 서브넷 마스킹한 결과와 목적지 IP 주소를 서브넷 마스킹한 결과가 동일하면, 소스 호스트는 목적지 호스트가 동일한 링크에 위치한다고 간주하고 IP 패킷을 직접 목적지 호스트에 전송한다. 그렇지 않으면, 소스 호스트는 목적지 호스트가 다른 링크에 위치하고 있다고 간주하고, 기본 게이트웨이 주소로 설정되어 있는 라우터에게로 패킷을 전달한다. 이 패킷은 여러 개의 라우터를 거쳐 목적지 호스트에게로 전송될 것이다. 이와 같이 “링크”라는 용어는 패킷을 전달할 때 IPv4 TTL 또는 IPv6 Hop Limit 값을 1 만큼 감소하는 라우터에 의해서 구분되는 망 토폴로지 영역을 의미하며, “서브넷”이라는 용어는 동일한 서브넷 프리픽스를 가지는 망 토폴로지 영역을 의미한다.

다중-링크 서브넷 구조

1995년 12월에 제정된 IPv6 주소 체계를 정의한 문서에는 “IPv6는 하나의 서브넷 주소를 하나의 링크에 할당되는 IPv4 모델을 따른다.”라고 언급되어 있다. IPv6 주소 체계 문서는 이후에 여러 번에 걸쳐 수정되었지만, 위의 문구는 계속 유지되어 왔다. 이는 하나의 서브넷 주소는 하나의 링크에만 한정된다는 것을 의미한다.(하나의 링크에는 여러 개의 서브넷 주소가 할당될 수 있다.) 그런데, 최근에 무선 환경이 보편화면서 무선을 이용하여 인터넷에 접속하는 기술들이 확산됨에 따라, 16ng와 MANET, autoconf를 포함한 IETF의 여러 개의 워킹그룹(Working Group: WG)에서 여러 개의 링크가 하나의 서브넷에 포함되는 다중-링크 서브넷 구조를 고려하였다.

그림 1은 이러한 다중-링크 서브넷 모델을 보여준다. 그림 1(a)는 IETF 16ng에서 고려되었던 망 구조이다. IEEE 802.16 기반 망은 기본적으로 점-대-다중점 기반 망 이므로 BS에서 전송되는 트래픽은 망 내의 모든 호스트들에게 전송된다. 반면 하나의 호스트로부터 전송된 트래픽은 BS에게 전송된다. 이러한 점-대-다중점 기반의 IEEE802.16 망 위에서 각각의 호스트는 액세스 라우터와 점-대-점 방식으로 연결되며, 액세스 라우터와 무선 호스트들은 동일한 서브넷 번호로 설정된다. 이 경우에는 하나의 호스트가 다른 호스트에게 패킷을 전송하는 경우에는 두 호스트 모두 동일한 서브넷 번호를 가지고 있기 때문에 동일한 링크에 접속되어 있다고 간주하여 직접 패킷을 전송하려고 노력하지만, 실제로는 액세스 라우터를 통하여 패킷이 전송된다. 즉, 하나의 서브넷에 여러 개의 링크가 존재하는 다중 링크 서브넷 구조가 된다.

<그림 1> 다중-링크 서브넷 구조

또한 그림 1(b)는 이동 애드-혹 네트워크(Mobile Ad-hoc Network: MANET)에서 고려되었던 망 구조이다. MANET은 유선 인프라스트럭처의 도움 없이 노드들 간에 서로 협력하여 정보를 교환할 수 있도록 해주는 네트워크이다. 기존에는 MANET은 하나의 서브네트워크로 간주되어, MANET 내의 모든 호스트들에게 동일한 서브넷 주소가 할당되었다. 즉, MANET 내에 있는 소스 노드는 앞에서 언급한 서브넷 마스킹 절차를 이용하여 목적지 노드가 동일한 MANET 내에 있는지를 확인한다. 그런데, 비록 소스 노드와 목적지 노드가 동일한 MANET 내에 있다 하더라도 목적지 노드가 소스 노드의 전파 범위 내에 있지 않은 경우에는 주위의 다른 노드의 도움을 받아 다중-홉(multi-hop)으로 통신해야 한다. 다시 말하면, 소스 노드가 주위의 다른 노드를 통하여 동일한 서브넷 주소를 갖는 다른 목적지 노드로 패킷을 전송해야 한다. 이 경우에는 비록 소스 노드와 목적지 노드가 동일한 서브넷을 가지고 있지만 여러 개의 링크를 거쳐야 하므로 다중-링크 서브넷 구조가 된다. 이와 같은 다중-링크 서브넷 구조는 이외에도 MIPv6와 netlmm WG을 포함한 IETF의 여러 개의 WG에서 고려되었다.

최근 표준화 진행현황

최근에 다중-링크 서브넷 이슈를 고려한 문서가 표준화되었다[RFC 4903]. 이 문서에 따르면 다중-링크 서브넷 모델은 컴퓨터 네트워크 관련 교과서에서 언급하고 있는 일반적인 IP 링크 모델을 따르지 않으며, TCP/IP 프로토콜 스택에서의 기존의 동작 방식을 고려하여 개발되었던 기존의 응용 프로그램이나 프로토콜이 제대로 동작하지 않을 수 있으며, 서브넷 내에 있는 라우터에서 패킷을 수신하면 어떤 경우에는 TTL/Hop Limit 값을 1 만큼 감소하고 또 어떤 경우에는 감소하지 않아야 하는지를 결정해야 하기 때문에 경우에 따라 서로 다른 동작을 하도록 프로토콜을 수정해야 함으로 인하여 프로토콜 개발자들이 서로 다른 버전의 프로그램을 개발해야 하는 오버헤드의 증가, 그리고 TTL/Hop Limit를 1 만큼 감소하지 않는 경우에 토폴로지의 변화나 또는 다른 이상 동작으로 인하여 망에 루프가 발생하여 패킷이 없어지지 않고 계속 전송되는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제로 인하여 과거에도 다중-링크 서브넷 모델이 표준으로 제정되지 못하고 폐기된 바 있다. 이 문서에서는 IP Link Model로 (1) 다중-액세스 링크 모델과 (2) 점-대-점 링크 모델의 두 가지 중의 하나만 사용하도록 권고하였고, 다중-링크 서브넷 모델은 사용하지 말도록 권고하였다. 이러한 권고에 따라서 IETF 내의 관련 WG들은 지금까지 자신들이 고려했던 IP link model이 다중-링크 서브넷 모델이었는지를 검토하고, 위의 두 가지 모델 중의 하나를 따르도록 수정하였다. 예를 들어 IETF 16ng WG에서는 다중-링크 서브넷 구조에서 발생할 수 있는 문제점을 분석한 문서가, 최근에는 점-대-점과 다중-액세스 링크 모델 구조에서 발생할 수 있는 문제점을 분석한 문서로 수정되었다.

IETF autoconf WG에서는 위에서 언급한 권고에 따라서 그림 2에 나타나 있는 것과 같이 MANET 노드는 MANET 라우터와 호스트로 구성된다고 정의하였다. 즉, MANET은 여러 개의 MANET 라우터들의 연결로 이루어진 네트워크로 정의된다. MANET 라우터는 MANET 인터페이스와 IP 인터페이스의 두 가지 형태의 인터페이스를 갖는다. MANET 인터페이스는 다른 MANET 라우터와 통신하기 위하여 사용되며, IP 인터페이스는 호스트와 접속되어 있다.

MANET에서 노드간 통신을 위하여 해결할 사항들

앞에서 언급한 것과 같이 MANET은 인프라스트럭처 없이 MANET 라우터들이 서로 협력하여 구성된 네트워크이다. 이러한 MANET에서 노드간 통신을 위해서는 기본적으로 다음과 같은 문제가 해결되어야 할 것이다. 첫 번째 문제는 MANET 인터페이스에 어떻게 주소를 할당할 것인가이고, 두 번째 문제는 IP interface에 어떻게 서브넷 주소를 할당할 것인가이다. 그리고 세 번째 문제로는 MANET 내에 있는 라우터들이 트래픽을 교환하기 위하여 어떻게 경로를 설정할 것인가 하는 것이다. IETF MANET WG은 세 번째 문제인 MANET 내의 라우터들이 MANET 인터페이스를 통하여 트래픽을 교환하기 위하여 경로를 설정하기 위한 경로 설정 프로토콜의 제정을 목표로 하고 있다. 반면 IETF autoconf WG은 첫 번째와 두 번째 문제인 MANET 인터페이스와 IP 인터페이스에 주소를 설정하기 위한 프로토콜 제정을 목표로 하고 있다. 특히, MANET 환경에서 주소 설정 시 고려되어야 할 사항은 (1) 서로 다른 MANET 라우터의 MANET 인터페이스에 동일한 주소가 설정되지 않도록 해야 하고, (2) 서로 다른 MANET 라우터의 IP 인터페이스에 동일한 네트워크 프리픽스가 설정되지 않도록 해야 하고, (3) MANET의 특성상 네트워크의 병합과 분리를 고려해야 한다는 것이다.

<그림 2> MANET 라우터

IETF의 autoconf WG에서는 앞에서 언급한 권고된 IP link model에 따라서 MANET 구조 및 문제점 분석 관련 기고 문서를 수정하는 작업을 수행하였으며, 실제로 주소 자동 설정 자체에 대한 표준화 작업을 아직까지 본격적으로 진행되고 있지 못한 상황이다.

MANET 환경에서 주소 자동 설정을 위한 방법

MANET 환경에서 주소 자동 설정을 위한 한가지 방법으로 IP-in-IP 캡슐화를 이용하여 마치 MANET 라우터들이 하나의 링크에 접속되어 있는 것과 같은 환경을 제공하는 가상 이더넷 구조와 이 기반에서 주소를 자동으로 설정하는 기법이 제안되었다. 이 기법에서 MANET 라우터는 MANET 인터페이스 위에 하나의 가상 이더넷 인터페이스를 구성하며, 가상 이더넷 인터페이스는 가공의 공유 링크에 접속되어 있다. MANET 라우터는 자신의 가상 이더넷 인터페이스에 하나의 링크-로컬 주소를 설정한다. 이 경우, 가상 이더넷 인터페이스를 이용하여 모든 MANET 라우터가 동일한 링크에 접속되어 모두가 1-홉 이웃이 될 수 있다. 즉, MANET은 가상 이더넷 인터페이스를 이용하여 하나의 서브넷으로 구성되며, 주소 자동 설정도 가상 이더넷 인터페이스를 이용하여 이루어질 수 있다. 이 기고문서에서 제안한 주소 자동 설정 절차는 다음과 같다.

(1) MANET 인터페이스에 MANET 로컬 주소를 설정한다.

(2) MANET 경로 설정 프로토콜을 구동한다.

(3) MANET 인터페이스위에 가상 이더넷 인터페이스를 구성하고 링크-로컬 주소를 할당한다.

(4) MANET 경계 라우터를 찾는다.

(5) 가상 이더넷 인터페이스를 통하여 MANET 경계 라우터와 라우터 간청/광고 메시지를 교환한다.

(6) MANET 경계 라우터로부터 DHCP 프리픽스 할당 권한을 위임받는다.

결언

위의 기고서와 관련하여 최근 미국 시카고에서 개최된 IETF 69차 회의에서는 DHCP 주소를 어떻게 얻을 수 있는지, MANET 경로 설정 프로토콜이 어디에서 동작하는 것인지, 멀티캐스트는 고려하였는지, IPv4는 고려하였는지 등에 대한 여러 가지 코멘트들이 제기되었다. 특히, 가상 이더넷 인터페이스 구조는 모든 MANET 라우터들이 하나의 가상 링크에 접속되어 있는 것과 같은 환경을 제공함으로써, ARP와 같은 브로드캐스트 패킷의 전송으로 인한 폭주 문제가 발생할 수 있어서, 위의 기고문서의 표준화 작업이 완료되기 위해서는 좀 더 많은 시간이 필요하다고 판단된다. 또한 이 기고서에서는 MANET이 인터넷에 접속되지 않고 독자적인 네트워크로 구성되는 stand-alone MANET의 경우에 MANET 라우터가 호스트들에게 어떻게 주소를 설정할 것인가에 대한 언급이 되어 있지 않아서, 향후에는 이 문제에 대한 표준화 작업도 필요하다고 생각한다.