[Network] Top-down Approach 1장

What is the Internet?

• 인터넷이란 전세계에 퍼져 있는 수 억개의 디바이스들을 연결하는 컴퓨터 네트워크이다.
• 디바이스(PC, server, smartphone)을 host 또는 end system이라고 함
• End System들은 여러 종류의 물리적 매체들로 이뤄진 통신링크(Communication Link)들에 의해서 네트워크로 연결이 됨
• 하나의 시스템에서 다른 시스템으로 데이터를 전달 할 때 패킷(packet)이라는 정보의 묶음으로 전달이 됨
• 인터넷 내에서 이 정보들의 이동은 프로토콜(protocol)로 제어가 됨
  • 프로토콜은 2개 혹은 그 이상의 개체간 정보 교환이 이뤄질 때 교환하는 메세지의 형식과 순서를 정의해줌. 또한, 메세지가 전달 혹은 받아질 때 취해야 하는 행동들을 정의해줌
• 패킷이 전달될 때 라우터(router)와 link layer switch를 거쳐서 최종 목적지로 도달

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Network Edge

네트워크는 크게 3가지로 분류할 수 있다.

1. Network edge = End System = Host
2. Access networks, physical media
3. Network core

Network Edge

• End System, Host라고도 한다.
• Host는 인터넷과 연결된 컴퓨터나 디바이스들을 의미한다.
• Client와 Server로 나눌 수 있다.

Access Network

• Access Network는 host를 첫 라우터부터 목적지 host까지 물리적으로 이어주는 네트워크를 의미
• 인터넷에 연결되는 방법(home access) 중 가장 많이 사용하는 3가지
  1. DSL(DIgital Subscriber Line)

     

     • 지역 전화국이 제공하는 전화선을 사용
     • DSL 모뎀은 디지털 데이터를 높은 주파수로 변환한 다음에 전화선을 통해 전화국의 DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer)로 전달
     • DSLAM에서는 주파수를 다시 디지털 포맷으로 변환
     • 전화선과 디지털 데이터는 각각 다른 주파수, 주파수의 다른 대역으로 전달이 되서 둘이 충돌하지 않고 전화국에 전달됨
  2. Cable

     

     • 케이블 TV 회사의 케이블을 사용
     • 브로드캐스트 미디움이 공유된다는 중요한 특징이 있음 -> 여러명이 다운을 받으면 느려지고 한명만 케이블을 사용중이라면 빨라진다.
  3. FTTH(Fiber To The Home)
     • 광섬유를 집으로 연결하는 것
• 엔터프라이즈로 접속하는 방법
  1. 이더넷(Ethernet)
     • LAN이 host와 엣지 라우터를 연결
     • 이더넷은 가장 많이 사용되는 LAN 기술
  2. Wifi
     • Wireless LAN 에서, 유저들은 AP(access point)를 통해 패킷들을 전송하고 전달을 받는다. 그리고 이 AP(access point)들은 엔터프라이즈의 네트워크에 연결되어 있고 이 네트워크는 유선으로 인터넷에 연결되어 있다.

Physical media 물리적 매체

• 유도체 (guided media): 물리적인 광섬유나 구리 등으로 감싸져있는 매체
• 비유도체 (unguided media): 무선 LAn이나 디지털 위성 신호

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Network Core

• 네트워크 코어는 인터넷과 인터넷의 host를 연결 해주는 역할을 한다.
• Host들은 네트워크 코어를 통해서 메세지를 주고 받는다.
• 이 때 사용될 수 있는 네트워크 전달 방식 2가지
  1. 패킷 교환 방식 (Packet Switching)
     • Host들은 서로 패킷을 주고 받는다. 패킷은 출발지 host부터 목적지 host까지 라우터, 스위치, 통신링크 등을 거쳐서 간다.
     • L bit의 패킷을 보내고 전송율이 R bits/sec이면, 패킷을 전송하는데 걸리는 시간은 L/R sec이다.
     • 대부분의 패킷 교환 방식은 store and forward 전송 방법을 사용한다.
       • 라우터나 스위치는 패킷의 일부분이 들어오면 패킷 전체가 받아질 때까지 패킷의 일부분을 저장함
       • 해당 패킷이 완벽하게 다 받아졌을 때만 다른 링크로 전송
     • Queueing Delays and Packet Loss
       • 각 라우터와 스위치는 패킷을 저장하는 outer buffer(=outer queue)를 가지고 있음
       • 만약 패킷이 도착해서 전송될 준비가 되어 있음에도 연결되어 있는 링크가 바쁘면 패킷은 outer buffer에서 기다려야함
       • 패킷이 outer buffer에 있는 딜레이를 queuing delay라고 함
       • outer buffer의 크기느 제한적이기 때문에 outer buffer가 꽉차있어 들어오는 패킷이 저장될 공간이 없다면 packet loss가 발생할 수 있음
     • Forwarding Tables and Routing Protocols
       • 패킷이 라우터에 도착하면 라우터는 패킷이 가려고 하는 목적지 host의 IP 주소를 읽음
       • 라우터는 IP주소와 forwading table을 보면서 연결되어 있는 링크들 패킷의 IP 주소에 해당하는 곳으로 가는 링크로 패킷을 보냄
  2. 회선 교환 방식 (Circuit Switching)
     • host 간 통신이 필요할 때 둘을 연결하는 링크들을 점거해 버림
     • 전통적인 전화 네트워크가 이 방식을 사용
     • ex) 전화걸 때 데이터의 전송율이 일정한 양만큼 보장이 됨. 대신에 이미 네트워크가 사용중이기 때문에 다른 전화 연결을 받을 수 없음
     • 장점: 네트워크를 통으로 사용하기 때문에 라우터에서 큐로 데이터를 관리할 필요가 없게 되서 queueing 딜레이가 발생하지 않음. 그래서 데이터가 확실하게 전송되는게 보장
     • 단점: 회선을 점거중이기 때문에 사용하지 않더라도 연결이 되어있으면 새로운 host와 연결을 할 수 없어 자원이 낭비됨
     • 구현 방식
       1. Frequency-division multiplexing(FDM): 각 연결당 링크가 특정 주파수를 할당하는 방식
       2. Time-division multiplexing(TDM): 정해진 시간을 slot이라고 불리는 여러 프레임으로 나눠서 할당하는 방식

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Delay, loss, throughput in networks

• Total nodal delay: 패킷이 source에서 라우터와 스위치를 거쳐 목적지 end system에 도달하기까지 많은 딜레이들이 발생한다. 이 모든 것을 합쳐서 total nodal delay라고 함. (nodal processing delay, queueing delay, transmission delay, propagation delay)
• Nodal processing delay: 라우터가 패킷의 헤더를 읽고 어느 방향으로 패킷을 보낼지 정하는 부분에서 발생
• Queueing delay: 처리가 끝난 패킷은 queue에 저장되는데 이 패킷이 링크로 전송되기 전까지 발생
• Transmission delay: 모든 패킷의 bit를 링크로 보내는데 걸리는 시간
• Propagation delay: 링크로 옮겨지면 이제 라우터 B로 전달되어야 하는데 링크부터 라우터 B까지 옮기는데 발생

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Protocol layers, service models

• 네트워크는 너무 복잡하고 크기 때문에 layered 된 구조를 갖고 각각의 layer들은 맡은 역할이 있고 모듈처럼 다른 layer들과는 독립적으로 작동한다.
• OSI 7계층이 대표적인 예이다. 메세지를 전달하려고 할 때 OSI 7계층 맨 위에 있는 Application layer에서 처리하고 밑 layer에 전달한다. 전달받은 밑 layer도 이전 데이터를 건드리지 않고 일을 처리한 후 밑 layer에 전달한다. 이런 개념을 encapsulation이라고 부른다.