멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 순천향대학교 정보기술공학부 이 상 정

세미나 개요 인터넷 멀티미디어 데이터 전송과 관련된 인터넷 구조(Internet Architecture)에 초점 단일의 가상 네트워크를 형성 TCP/IP 프로토콜을 사용하여 자율적으로 관리 패킷 스위치 네트워크(packet-switched networks)의 집합 멀티미디어 데이터 전송과 관련된 인터넷 구조(Internet Architecture)에 초점 기본 인터넷 프로토콜, 멀티미디어 관련 프로토콜 멀티캐스트(multicast) Quality of Service 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 2

프로토콜(protocol) 프로토콜 패킷(packet) 실체(entities)들 간에 상호작용을 기술하는 알고리듬과 자료구조 네트워크 요소들 간에 주고받는 메시지의 형식과 메시지의 수신 시 취할 동작 및 에러를 어떻게 다룰 것인가를 기술 패킷(packet) 송수신되는 데이터의 블록 링크계층에서는 프레임(frame)이라고도 함 ISO(International Standards Organization)에서는 PDU(Protocol Data Unit)이라고도 함 상위의 응용계층에서는 메시지(message)라 함. 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 3

프로토콜 계층 프로토콜 계층(protocol layer) 패킷 네트워크에서는 전체 네트워크를 기능적인 프로토콜 계층으로 분리 => 복잡도가 줄고 이해가 용이 송신 측에서 계층 N은 계층 N+1로부터 패킷을 받고 헤더(header)를 추가하여 계층 N-1로 보냄 수신 측에서는 반대로 계층 N은 계층 N-1로부터 패킷을 받아들여 계층 N의 헤더들을 분리하여 처리하고 나머지를 계층 N+1에 보냄 어느 계층에서나 해당 계층의 동작을 제어하는 헤더를 가지고 있고 이를 제거하여 처리하고 다음 계층에 나머지 패킷(이를 payload, data라 한다.)을 보낸다. 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 4

인터넷 구조의 프로토콜 계층 인터넷 구조의 프로토콜 계층 응용계층(application layer) ISO(International Standards Organization)에서 OSI(Open System Interconnection)에서는 세션, 표현, 응용 계층으로 분리 트랜스포트계층(transport layer) 네트워크계층(network layer) 링크계층(link layer) 물리계층(physical layer) 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 5

인터넷 구조의 프로토콜 계층 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 6

물리계층과 링크계층 물리계층 링크계층 비트를 전송매체를 통하여 전송하는 기능 전기적 특성,광 특성, 커넥터 등을 기술 다수의 비트로 구성된 프레임을 노드 사이에 신뢰성있게 전송하는 기능을 정의 링크의 개설과 해제,프레임의 동기화, 오류제어, 흐름제어 등 수행 이더넷(Ethernet), 토큰 링(Token Ring) ATM(asynchronous transfer mode) 모뎀(PPP(point-to-point protocol) 사용) 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 7

네트워크 계층 링크계층에 의해 프레임에 실려온 패킷을 중간 라우터를 거쳐 목적지 호스트까지 전달하는 교환 기능을 제공 주소의 분석, 호스트 사이의 논리적 연결 설정과 해제, 패킷단위 흐름제어, 라우팅(routing,경로배정) 데이터를 직접 운반하지 않으며 링크계층이 운반해 온 패킷의 교환기능만 처리 패킷들의 경로는 라우팅 프로토콜에 의해 결정 인터넷 구조에서는 오직 한 개의 네트워크계층 프로토콜인 IP(Internet Protocol)이 사용 현재 IPv4 또는 단순히 IP라 알려진 IP의 버전 4가 사용 IPv6라 알려진 버전 6이 개발 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 8

트랜스포트 계층 단말 호스트 사이의 데이터 전송을 기술 인터넷 구조에서는 두 개의 트랜스포트 프로토콜 단말 간의 연결관리, 오류제어와 흐름제어 담당 서브넷이나 중간 라우터가 아닌 최종 목적지 호스트에서 수행되는 프로토콜 인터넷 구조에서는 두 개의 트랜스포트 프로토콜 신뢰성이 없는(재전송,흐름제어가 없는) 비연결형 서비스를 위한 UDP(User Datagram Protocol) 신뢰성이 있는(재전송에 의한 오류제어,흐름제어가 있는) 순서화된 스트림 형태의 연결형 서비스를 제공하는 TCP(Transmission Control Protocol) 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 9

응용계층 응용 서비스 제공 전자우편을 위한 SMTP 프로토콜 웹에서의 정보 추출을 위한 HTTP 프로토콜 파일 전송을 위한 ftp 프로토콜 telnet 프로토콜 멀티미디어 전송을 위한 응용계층 프로토콜 시그널링(signaling) 프로토콜 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 10

이름,주소 인터넷의 네트워크 개체 식별 MAC 주소 링크계층 MAC(Media Access Control) 주소 IP 주소 호스트 이름 MAC 주소 이더넷 주소와 같이 48비트 네트워크 인터페이스 제조자에 의해 영구히 할당 8:0:20:72::93:18와 같이 기술 32비트나 128비트 길이 라우팅을 위해 사용되고 계층적으로 할당 4개의 10진수로 표현되어 132.151.1.35와 같이 기술 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 고정 인터넷 주소를 갖지 않고 네트워크에 연결될 때마다 주소 할당 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 11

주소, 이름 호스트 이름, 도메인 이름(domain name) 매핑하는 프로토콜 해당 노드를 소유하는 조직에 따라 노드에 붙여진 이름 매핑하는 프로토콜 DNS(Domain Name System) IP 주소와 도메인 이름을 서로 매핑 ARP(Address Resolution Protocol) 로컬 네트워크에서 IP 주소에 해당하는 MAC 주소를 제공 RARP(Reverse Address Resolution Protocol) MAC 주소에서 IP 주소로 매핑 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 12

인터넷 도메인 이름 시스템 host.suborganization.organization.tld tld(top-level domain) 국가를 나타내는 2개의 문자 us(United States), fr(France) kr(Korea) 기관의 형태를 나타내는 3개의 문자 .com 지역에 관계없이 상업적인 기관 .int ITU 등과 같은 구제 기관 .org 비영리 기관 (주로 미국) .net 네트워크 관련 서비스 제공업자 (약 46,000) .edu 미국의 4년제 대학 .mil 미국 군대 .gov 미국 연방정부 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 13

인터넷(IP) 주소 인터넷 주소(IP 또는 IPv4 주소)는 현재 32비트 IPv6로 알려진 프로토콜에서는 128비트

IP 주소 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 15

IP 전송(Forwarding) 모든 라우터와 호스트는 패킷을 전송 시 다음 과정을 수행 자신의 네트워크 주소와 패킷의 수신자 주소와 비교하여 같은 로컬 네트워크나 링크인지를 체크 같으면 링크계층 프로토콜에 따라 다른 프로토콜- 예를들면 ARP 등 - 를 사용하여 목적지 주소를 링크계층 주소로 변환하고, 해당 링크계층 패킷에 IP 패킷을 덧붙여서 목적지 주소로 전송 같지 않으면 목적지 경로를 따라 있는 라우터를 찾고, 다음의 홉(hop)이 되는 주소의 라우터로 링크계층에 IP 패킷을 덧붙인 패킷을 전송 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 16

IP 서비스 모델 인터넷 네트워크 계층 서비스 모델 패킷은 논리적 서로 독립적 데이터를 다른 네트워크 노드에 전송하기 전에 어떠한 연결 설정도 필요하지 않음 데이터그램(datagram), 무연결 전송(connectionless delivery) 패킷은 최선의 노력방식(best-effort basis)로 전송 네트워크는 패킷이 목적지에 도달할 것인가 여부와 언제 도착할지를 보장하지 않음 패킷은 생성된 순서를 벗어나서 도착하거나 중복될 수 있음 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 17

IPv4 패킷 헤더 IP 패킷은 패킷 헤더와 페이로드, 상위계층 프로토콜 데이터로 구성 패킷 헤더는 최소한 20 바이트 대부분 링크계층 프로토콜은 최대 패킷을 1,500과 8,192 바이트 사이의 크기로 제한되고, 주로 1,500 바이트가 상한 긴 IP 패킷은 링크계층이 다룰 수 있도록 MTU(maximum transmission unit) 단편으로 분할 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 18

IPv4 패킷 헤더 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 19

IPv4 패킷 헤더 “type-of-services”는 서비스 클래스를 표시하며 보통 사용되지 않음 각 패킷은 단편들로부터 패킷을 조립하는데 필요한 식별자(identifier)와 단편들 간의 오프셋을 갖는다. “TTL(Time-To-Live)” 필드는 패킷이 버려지기 전에 홉의 수를 제한 프로토콜 필드는 패킷을 다루는데 필요한 트랜스포트 프로토콜을 표시 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 20

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트랜스포트 프로토콜 인터넷 구조에서는 UDP, TCP의 2개의 프로토콜이 사용 UDP(User Datagram Protocol) 신뢰성이 없는 무연결 메시지(unreliable, connectionless messages) 서비스 단순히 패킷을 목적지 주소로 전송 TCP(Transmission Control Protocol) 신뢰성 있고 연결중심의 바이트 스트림(reliable, connection-oriented stream of bytes) 서비스 단말 간 연결 개설, 오류 시 패킷 재전송, 패킷순서 확인,중복패킷 제거, 흐름제어 등의 서비스 제공 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 22

트랜스포트 프로토콜 두 프로토콜 모두 소스와 목적지 포트번호들에 의해 식별 포트번호는 16 비트 부호없는 정수로 표시 일부 목적지 포트번호는 IANA(Internet Assigned Numbers Authority)에 등록된 특정 공통의 서비스에 할당 HTTP(Hypertext Transfer Protocol)에는 TCP 포트번호 80 할당 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 23

멀티캐스트(multicast) IP 멀티캐스트 패킷은 두 목적지나 목적지의 그룹들에로의 경로가 갈라질 때마다 네트워크 내부에서 복사 라디오 주파수 대신 224.0.0.0부터 239.255.255.255까지 범위의 클래스 D 주소인 IP 주소를 사용 데이터를 멀티캐스트하기를 원하는 호스트는 한 주소를 선택 IP 멀티캐스트는 트랜스포트 프로토콜에 종속되지 않지만 TCP는 사용될 수 없음 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 24

멀티캐스트(multicast) 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 25

멀티캐스트(multicast) 멀티캐스트 서비스 고려 사항 고유의 그룹주소 할당(allocation) Masc, AAP, MADCAP 프로토콜 멀티캐스트 그룹 광고(advertisement) SIP, H.323 프로토콜 그룹에 가입(subscription) IGMP 프로토콜 라우팅 Steiner Tree, Shortes Path tree 관리영역(scope) ttl(time-to-live) 설정, 범위내의 멀티캐스트 주소(scoped multicast address) 사용 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 26

인터넷 서비스 품질 (QoS, Quality of Service) 인터넷 서비스 품질 요소 지연(delay) 패킷 손실(packet loss) 패킷 재순서(packet reordering) 패킷중복(packet duplication) 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 27

지연 엔드-투-엔드 지연 한 패킷이나 특정 바이트를 보내고 받는데 소요되는 지연 전파지연(propagation delay)은 통신경로의 물리적 거리에 의해서만 좌우 전송지연(transmission delay)은 각 네트워크 인터페이스들이 패킷을 전송하는데 걸리는 시간의 합 리소스 충돌(resource contention)이나 링크계층 재전송(link-layer retransmission)에 기인한 지연 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 28

패킷손실(Packet Loss) 연속형 미디어 응용에서 패킷손실은 두가지 유형 "ping" 측정으로 손실을 샘플링 패킷이 도착하지 않은 경우 너무 늦게 도착하여 응용에서 사용할 수 없는 경우 "ping" 측정으로 손실을 샘플링 연속형 미디어 응용은 패킷손실 확률뿐만 아니라 손실된 패킷들의 상관관계에 민감 보다 큰 크기의 데이터를 갖는 오디오, 비디오 프레임들에서는 이 같은 손실이 덜 영향 미침 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 29

패킷 재순서(Packet Reordering) 특정 조건에서는 패킷이 순서에 어긋나서 도착 경로가 자주 바뀌어서("route flutter") 패킷들이 공통 목적지까지의 여러 링크들 상에서 역 멀티플렉스될 때, 라우터가 라우팅을 변경하는 동안 패킷 전송을 잠시 중단하고 후에 라우팅 변경 동안 도착한 패킷들을 해제할 때 발생 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 30

패킷복사(Packet Duplication) 패킷복사 원인 잘못된 하드웨어나 드라이버, 스패닝 트리에서의 전이 등에 의해 기인 링크계층 재전송 알고리듬이 승인신호를 잃어 버린 경우에도 발생 패킷 오디오에서 중복된 패킷이 샘플 가산에 의해 혼합되면 볼륨을 상승 시킴 패킷 비디오에서는 디코더가 같은 정보를 두 번 디코딩하여 시간을 낭비 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 31

연속형 미디어 서비스 프로토콜 구조 인터넷 상에서 연속형 미디어 서비스를 지원하는 일련의 프로토콜과 구조가 대두 프로토콜 형태 미디어 트랜스포트 프로토콜(media transport protocol) 품질관련 프로토콜(quality-of-service-related protocol) 시그널링 프로토콜(signaling protocol) 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 32

멀티미디어 프로토콜 스택 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 33

미디어 전송 프로토콜 오디오나 비디오 프레임 등과 같은 실제 미디어 내용을 전달하는 역할 표준화된 IETF 프로토콜은 RTP(Real-Time Transport Protocol) 리얼오디오, 마이크로소프트는 현재 미디어-온-디맨드(media-on-demand) 응용을 위해 자신의 프로토콜을 사용 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 34

품질관련 프로토콜 서비스 품질을 측정하기 위한 프로토콜과 예측 가능한 서비스 품질을 갖는 패킷을 보장하기 위해 네트워크 리소스를 따로 예약하는 프로토콜로 구분 RTP의 일부분인 RTCP(Real-Time Control Protocol)은 개별 연속형 스트림들에 대해 엔드-투-엔드 서비스 품질을 모니터하기 위해 사용 리소스 예약을 위해 RSVP(Resource reservation Protocol) 사용 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 35

시그널링 프로토콜 시그널링(signaling) 세가지 형태 응용 송신자와 수신자간의 연결을 위한 초기 "접촉(meet)” 신호 인터넷 미디어-온-디맨드 수신자가 명시적으로 송신자를 연결하고, 송신자가 현존하는 하나 이상의 수신자에 대해 전송을 시작하는 응용 RTSP(Real-Time Stream Protocol) 인터넷 전화 미디어 스트림이 양방향이고 라이브 소스로부터 전송 SIP(Session Initiation Protocol), H.323 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 36

시그널링 프로토콜 세 가지 모두 멀티미디어 세션을 구성하는 스트림을 표현하는 메카니즘이 필요 인터넷 브로드캐스트 각 사용자의 명시적인 세션 설정을 할 필요가 없이 송신자나 프록시는 튜닝된 수신자에게 멀티캐스트 스트림의 가용성을 알림 SAP(Session Announcement Protocol) 세 가지 모두 멀티미디어 세션을 구성하는 스트림을 표현하는 메카니즘이 필요 SDP(Session Description Protocol)이 가장 일반적으로 사용 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 37

실시간 전송 프로토콜 음성과 음성스트림과 같은 실시간 플로우들은 전통적인 인터넷 데이터 서비스와 구분 시퀀싱(sequencing) 패킷들이 순서에 어긋나게 도착되었으면 수신 측에서 실시간에 재 순서화 패킷이 손실되었다면 이는 감지되어야 하며 재전송 없이 보상 미디어 내 동기(Intra-media synchronization) 비디오 또는 오디오 프레임들 사이의 시간은 송수신측에서 같아야 한다. 송신자는 "재생(playing out)"되는 연속된 패킷들을 사이에 어느 정도의 시간을 주어야 한다. 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 38

실시간 전송 프로토콜 미디어 간의 동기(Inter-media synchronization) 한 세션에서 서로 다른 미디어가 사용된다면 이들을 동기시키는 수단이 있어야 한다. 오디오는 재현되는 비디오와 일치시켜야되고, 이를 립싱크(lip-sync)라 한다. 페이로드 구분(Payload identification) 각 패킷에 대한 미디어 인코딩을 구분 프레임 표시(Frame indication) 오디오, 비디오 프레임의 시작과 끝인지를 표시 이들 서비스는 트랜스포트 프로토콜에 의해 제공되고, 인터넷에서는 RTP(Real Time Transport Protocol)이 사용 RTP는 두 개의 콤포넌트 첫 번째가 RTP 자체 두 번째가 RTCP(Real Time Control Protocol) 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 39

RTP/RTCP 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 40

Real-Time Transport Protocol(RTP) RTP는 일반적으로 UDP와 함께 사용 수신자가 IP 네트워크 상에서 발생한 패킷의 비순서화 등을 보상할 수 있도록 설계 음성이나 비디오 어떤 실시간 데이터 스트림에도 사용 RTP는 IP 패킷을 포맷하는 방법과 다음을 포함 전송되는 데이터의 타입에 관한 정보 타임스탬프 시퀀스 번호 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 41

RTCP(Real Time Control Protocol) RTP의 부속된 제어 프로토콜 미디어 송신자와 수신자는 RTCP 패킷들을 주기적 송수신 전송 품질에 대해서 피드백(지연, 평균 패킷손실 등) 참여자의 신원에 관한 정보를 전달 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 42

시그널링(signaling) 용어 용어정의 호(call)는 다수의 참여자들 사이의 연관성(association)으로 정의 한 호에서 참여자 쌍 사이에 시그널링 연관성은 연결(connection)로 이라고도 한다. 실제로 연결과 관련된 물리적 채널이나 네트워크이 없고, 두 단말 간에 시그널링 상태로만 존재한다. 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 43

시그널링 프로토콜 기능 이름변환과 사용자 위치 기능 특징협상(feature negotiation) 기능 도메인에서의 보통 이름과 특정 인터넷 호스트에서의 사용자 이름 등과 같은 서로 다른 레벨의 이름들 사이에 매핑을 수행 변환은 일시(낮에는 직장, 저녁에는 집으로 연결), 호출자(직장상사는 항상 직장으로만 연결), 피호출자의 상태(다른 사람과 이미 통화 중일 때는 호출이 음성 메일로 보내진다.)에 따라 변한다. 특징협상(feature negotiation) 기능 단말 간에 교환되는 미디어 및 파라미터들을 일치 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 44

시그널링 프로토콜 기능 호 참여자 관리(call participant management) 기능 어떤 호 참여자도 진행 중인 호에 다른 참여자를 초청할 수 있고, 연결을 해지 특징변경(feature change) 기능 참여자가 기능의 추가나 제거를 요구하거나 호 참여자의 변경으로 인해 부과되는 제약 등으로 호 진행 중에 미디어 세션의 구성을 변경하는 기능 시그널링 기능을 위해 두 프로토콜이 개발 IETF에서 개발된 SIP(Session Initiation Protocol) ITU에서 개발된 H.323 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 45

결론 인터넷 기본개념 인터넷 프로토콜 멀티캐스트 멀티미디어 서비스를 위한 프로토콜 프로토콜 계층 IP 주소체계 IP 프로토콜: IPv4, IPv6 TCP, UDP 멀티캐스트 멀티미디어 서비스를 위한 프로토콜 RTP, RTCP 시그널링 프로토콜(SIP, H.323) 순천향대학교 정보기술공학부 이상정 멀티미디어 서비스를 위한 IP 네트워크 46