네트워크 계층 모델 - 3계층, IPv4 조각화

IPv4 조각화

조각화(Fragmentation)란?

MTU(Maximum Transmission Unit)보다 큰 IP 패킷을 전송하기 위해서는 이를 여러개의 작은 패킷으로 쪼개어 전송해야 한다. 이렇게 목적지까지 패킷을 전달하는 과정에 통과하는 각 라우터마다 전송에 적합한 프레임으로 변환하는 과정을 조각화라고한다.

조각화된 패킷은 최종 목적지에 도달할 때까지 조각화된 상태를 유지하며, 무조건 최종 목적지에서만 재조립된다. IPv6에서는 출발지에서만 조각화가 가능한 것과 달리, IPv4는 발신지와 중간 라우터에서도 조각화가 가능하다.

일반적으로 MTU는 1500byte로 설정된 경우가 많아 1500byte에 맞게 조각화되는 것이 보편적이지만, 상황에 따라 다르게 조각화되기도 한다.

조각화 방법

MTU의 크기에 맞게 조각화할 때는 데이터의 크기를 MTU 크기 그대로 설정하는 것이 아니라 IPv4 크기(보통 20byte)를 제외한 나머지로 설정해야 한다. 따라서 MTU가 1500이라면 데이터 크기는 최대 1480이되고, 나머지 20은 IPv4가 차지한다.

MF는 More Fragment를 의미하며 자신의 조각 뒤에 조각화된 패킷이 더 있는지 여부를 저장한다. 조각화된 패킷 중 마지막 패킷이 아니라면 1이 저장되어야 하며, 마지막 패킷인 경우만 0으로 저장한다.

Offset은 첫번째 데이터 패킷으로부터 떨어진 거리를 의미하며, 직전 패킷 조각의 데이터 크기를 8로 나눈 값을 저장한다. (표현할 수 있는 수보다 패킷의 실제 크기가 더 크므로 표현할 수 있는 수로 변환하기 위해 8로 나누는 것!)

이렇게 조각화된 패킷들은 모두 같은 데이터로부터 파생된 데이터라는 의미로 같은 ID를 사용한다.

MTU 1500byte를 기준으로 조각화 시뮬레이션을 해보면 다음과 같은 구조가 된다.

데이터는 MTU에 맞게 1480, 520 크기로 쪼개지며 각각 IPv4 크기인 20이 붙는다. 대신, 마지막 패킷의 경우 ICMP 프로토콜의 크기인 8이 추가적으로 붙는다.

또한 MTU의 크기에 맞게 거른 뒤, Ethernet 프로토콜이 붙는다는 것도 중요하다. 1500, 548 크기의 패킷에 각각 Ethernet 프로토콜의 크기인 14가 붙어 최종적으로 1514, 562가 된다.

Reference

[따라學IT] 06. 멀리 있는 컴퓨터끼리는 이렇게 데이터를 주고받는다 - 조각화 이론