Mobile IP의 개요, 구성, 동작 등을 설명

1. 등장배경

2. 모바일 IP 구성 요소

3. Mobile IP 운영 절차

4. Mobile IP 과제

 

 

1. 등장배경

   - 고정된 위치에서 사용하는 인터넷의 단점(시간, 장소의 제약, 인터넷의 풍부한 정보 활용 저해)

   - 이동성 지원 단말의 출현, 다양한 무선 통신 기술 등장

   - 이러한 이유로 인해 IP 네트워크에서 이동성 지원 필요

   - 모바일 IP란 이동노드가 자신의 홈 LInk를 벗어나 새로운 링크로 움직여도 다른 노드들과 논리적 연결의 단절없이 계속하여 통신할 수 있게하는 프로토콜

   - 다시 말하면 subnet 환경이 바뀐다 하더라도 IP 주소를 바꾸지 않고 통신할 수 있도록 하는 방식

 

2. 모바일 IP 구성 요소

   가. MN(Mobile Node)

     - 이동하는 호스트 또는 단말로 자신의 원래 IP 주소는 그대로 갖고 위치에 따라 접속 서브넷을 다르게 함

   나. HA(Home Agent)

     - MN이 원래 소속되어 있었던 서브넷의 라우팅을 담당하는 에이전트 또는 라우터

     - HA는 MN이 자신에게 등록한 Home 주소격인 고정 IP 주소와 MN이 현재 접속 중인 서브넷의 FA로부터 받은 임시 주소(COA: Core-Of-Address)를 동시에 유지

     - MN의 홈 주소와 새로 이동한 서브넷(또는 FA)의 COA를 연관하여 확정하는 과정을 바인딩이라고 함

   다. FA(Foreign Agent)

     - FA는 MN이 방문 중인 서브넷의 라우팅을 관리하는 agent 또는 router

     - FA는 HA로부터 터널링 방식으로 전달받은 데이터그램을 MN으로 보냄

     - 터널링: 종단간 위치한 네트워크 구간의 특성에 맞춰 양 종단을 송,수신주소로 하는 등의 적절한 헤더를 추가한 후 캡슐화 과정을 거쳐 그 구간을 관통해 전달하는 방식(터널링 구간에서는 일반적인 IP Routing 절차를 준수하지 않음

   라. CN(Correspondent Node)

      - MN에게 전송할 데이터그램이 있는 상대 노드를 의미

   마. Home address와 Care of address

      - Home address: Mobile node가 원래 속해 있던 네트워크에서 사용하고 있던 IP 주소 

      - Care of address: Mobile node가 다른 네트워크로 이동할 경우, Foreign agent로부터 받아 사용할 주소 

      - Mobile IP에서는 이원화된 주소체계를 통하여 이동성을 지원

      - Mobile IP는 홈 주소 (Home Address)와 COA(Care of address)라는 두 가지 주소체계를 가짐
      - 홈 주소는 최초 부여받은 주소로 통신을 수행할 때 사용되어 변하지 않는 주소이고, COA는 단말이 이동했을 때 이동한 지역까지 라우팅하여 가기 위한 주소입니다.
      - 따라서, COA는 단말이 이동해서 라우팅 지역이 변하는 것에 따라서 계속 변하게 되어 지속적인 인터넷 서비스를 가능하게 하는 것입니다.

 

3. Mobile IP 운영 절차

 

 

    - 홈 네트워크를 떠나 방문 네트워크에 도착한 이동 단말은 방문지 네트워크에 속해있는 외부 에이전트에게 새로운 IP 주소(Care of Address)를 신청한다.

    - 그러면 외부 에이전트는 새로운 IP 주소의 할당 가능 여부를 검사한 후 이동 단말에 새로운 IP 주소를 할당하고 이를 자신의 리스트에 기록한다.

    - 또한, 이 사실을 이동 단말의 홈 에이전트에게 전송한다.

    - 이 메시지를 받은 홈 에이전트는 자신의 리스트에 이동 단말의 새로운 IP 주소를 기록함으로써 이동 단말의 위치를 검출할 수 있다.

    - 이동 단말과 통신을 하는 상대방은 이동 단말의 기존 IP 주소를 수신으로 하여 패킷을 전송한다.

    - 이동 단말의 홈 네트워크로 전송된 패킷은 홈 에이전트가 대리 수신하며, 홈 에이전트는 이 패킷의 주소에 이동 단말의 새로운 주소를 첨가, 외부 에이전트로 전송한다.

    - 이 패킷을 수신한 외부 에이전트는 패킷에서 첨가된 주소를 삭제한 후 남아있는 이동 단말의 실제 IP 주소를 확인, 해당 단말에 전송한다.   

    - 이동 단말에서 상대방으로 전송할 경우에는 자신의 실제 IP 주소를 이용해 홈 에이전트를 거치지 않고 외부 에이전트를 통해 직접 전송하게 된다. 

 

참조>

 이동서비스를 위해 터널링이 필요한 이유

  가. 유선 통신망(IP Network)

     유선망을 통한 인터넷 통신

     Router에는 3개의 Interface(ge1, ge2, ge3)가 있고, 각 Interface는 서로 다른 네트워크(10.1.1.0/24, 20.1.1.0/24, 30.1.1.0/24)에 속해 있습니다. (예: ge1에는 10.1.1.254/24, ge2에는 20.1.1.254/24, ge3에는 30.1.1.254/24가 설정됨)

유선 단말(PC)이 사용하는 IP 주소는 그 단말의 위치에 따라 그 네트워크 대역이 결정 됩니다. 위 그림처럼 PC1의 경우 10.1.1.0/24 대역의 네트워크와 연결이 되면 이 PC는 그 대역의 IP 주소 중에 하나인 10.1.1.5/24를 할당 받아(DHCP) 사용하게 됩니다.

만약 PC1이 그 IP 주소를 그대로 유지한 상태에서 20.1.1.0/24 대역의 네트워크로 위치를 옮긴다면(예를 들어, PC1에 고정 IP 주소 10.1.1.5/24를 설정하고 PC2 자리로 이동) 더 이상 통신은 불가능 합니다. 왜냐면 Router는 Destination IP 주소가 10.1.1.5인 패킷은 무조건 10.1.1.0/24 대역에 속한 Interface인 ge1으로 포워딩하기 때문이죠.

그렇다면 PC의 IP 주소를 20.1.1.0/24 대역 중에 하나로 변경하면 통신이 되지 않겠습니까? 당연히 됩니다.

하지만 단말의 IP 주소가 변경되는 순간, 인터넷과 통신하던 단말내의 모든 응용 프로그램들은 IP 주소 변경으로 인하여  Connection이 끊기게 됩니다.

결론적으로 말씀드리고자 하는 포인트는 "IP 라우팅 망에서 단말의 IP 주소 대역은 곧 단말이 위치하는 곳에 따라 결정되어 지고, IP 라우팅 망은 단말의 이동성은 모른다(관심없다)." 입니다.

출처: http://www.netmanias.com/ko/post/blog/5444/tunnel-ip-routing-mobility-lte-wibro-wimax-/the-reason-why-tunneling-is-required-for-user-mobility-part-1

 

 

  나. 무선 통신망(Mobility over IP Network)

현재 대표적인 무선 통신망은 LTE, WiBro 그리고 Wi-Fi입니다. 단말의 이동성을 위해 기지국과 코어장비간에 터널링을 해 준다는 개념에서 위 3개의 기술은 모두 동일합니다.

하부에 IP Network이 있고, 그 위에 Mobile Network이 존재하게 됩니다.

그래서 L2 Switch에 가입자 PC가 아닌 기지국(LTE: eNB, WiBro: BS, Wi-Fi: AP)이 연결되고, 각 기지국에는 그 위치에 따라 IP 주소가 설정되게 됩니다. (예: 10.1.1.0/24 네트워크와 연결된 기지국은 10.1.1.5를 설정)

그리고 Router에는 IP Anchor 장비(LTE: P-GW, WiBro: ASN-GW, Wi-Fi: AP Controller)가 연결이 되게 됩니다.

단말(SmartPhone)이 10.1.1.5 기지국에 연결이 되고 IP Anchor 장비로 부터 IP 주소 1.1.1.8을 할당받으면, 10.1.1.5 기지국과 IP Anchor 장비간에는 이 단말을 위한 터널(LTE: GTP tunnel, WiBro: GRE tunnel, Wi-Fi: Vendor specific tunnel(비표준))이 생성되게 됩니다(LTE, WiBro의 경우 단말마다 터널이 생성됨). 위 그림에서는 Tunnel 1이 되겠죠.

이 상황에서 인터넷(YouTube 서버)에서 1.1.1.8 단말로 패킷이 오는 경로는 아래와 같게 되며,

• Internet(YouTube) -> Router -> IP Anchor -> Router (ge1 port) -> Switch -> 10.1.1.5 기지국 -> 단말

IP Anchor에서 10.1.1.5 기지국까지는 터널이 형성되어 IP Network에서는 가입자의 IP 주소가 아닌 터널의 IP 주소 즉, 기지국의 IP 주소인 10.1.1.5를 보고 패킷 포워딩이 됩니다. (Router는 ge1으로 패킷 포워딩)

그 상황에서 단말이 20.1.1.5 기지국으로 이동을 하게 됩니다. 그러면 단말의 이동되었음을 IP Anchor 장비가 알게 되며 이에 따라 IP Anchor 장비는 10.1.1.5 기지국과의 터널(Tunnel 1)을 해제하고, 20.1.1.5 기지국과 터널(Tunnel 2)을 생성하게 됩니다. 20.1.1.5와 터널을 생성한다는 의미는 앞으로 단말 1.1.1.8로 가는 패킷에 대해 IP Anchor 장비는 20.1.1.5와 연결된 터널로 패킷을 전달한다는 것입니다.

물론 가입자 단말의 IP 주소는 변하지 않습니다.

이렇게 되면 패킷의 흐름은 아래와 같이 되는 것이죠.

• Internet(YouTube) -> Router -> IP Anchor -> Router (ge2 port) -> Switch -> 20.1.1.5 기지국 -> 단말

결국 단말의 이동에 따라 터널의 IP 주소가 변경되고, IP 라우팅 망은 가입자의 IP 주소가 아닌 터널의 IP 주소 기반으로 패킷을 포워딩하게 되어 단말은 IP 주소의 변경 없이 IP 망 위에서 자유롭게 이동이 가능하게 됩니다.

 출처: http://www.netmanias.com/ko/post/blog/5444/tunnel-ip-routing-mobility-lte-wibro-wimax-/the-reason-why-tunneling-is-required-for-user-mobility-part-1

 

 

 

4. Mobile IP 과제

  가. 등록 메시지 인증

      - 어떤 이동노드를 대신하여 다른 노드가 홈에이젼트에 임으로 등록할 수 있다면 그 이동노드로 전달되어야 할 패킷을 중간에서 가로챌 수 있으므로 사용자 인증이 필요

  나. 접속지연이 큼

      - 각종 등록, 확인, 터널링 등에 시간 소요

  다. 프로토콜 복잡

      - 사용자 검증이 정확히 이루어져야 하고 목적지 사이의 최적의 라우팅 제공 방법이 다소 복잡

  라. IP 관리 번거로움

      - IP 주소 크기가 제한되어 있어 급격히 증가하는 노트북, PDA 등의 단말기를 수용하려면 새로운 IP 프로토콜인 IPv6 채택 필요

      - 향후 이동통신 망이 All IP 망으로 진행이 된다고 했을 때 모든 이동단말기는 필연적으로 Mobile IP 를 지원해야 하므로 IP 주소 부족문제 해결 필수

 

 

 

<참조>

http://www.netmanias.com/ko/post/blog/5444/tunnel-ip-routing-mobility-lte-wibro-wimax-/the-reason-why-tunneling-is-required-for-user-mobility-part-1

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=andoyung&logNo=91883037

http://wooguy-tcpip.blogspot.kr/2014/02/ip.html

http://entasis.tistory.com/46

http://middleware.tistory.com/entry/이동-IP의-구성-요소

http://wooguy-tcpip.blogspot.kr/2014/02/ip.html