Chap 1. 컴퓨터 네트워크와 인터넷

1.1. What is internet

a. 인터넷

= 수십억 개의 컴퓨팅 장치를 연결하는 컴퓨터 네트워크

컴퓨팅 장치: pc..등 서버들이었는데 이젠 랩톱 가전제품 시게 안경 등 비전통적인 인터넷 "사물들"이 인터넷에 연결되고 있다 !

이 모든 장치 = 호스트/종단 시스템 (end systems)n

 

( 여러 컴퓨터가 각각 클라이언트와 서버로써 서로 연결되어 구성된 망을 컴퓨터 네트워크(computer network)라고 한다

인터넷은 이러한 컴퓨터 네트워크가 전 세계적인 규모로 수없이 많이 모여서 이루어진 일종의 컴퓨터 네트워크 시스템입니다.

즉, 인터넷이란 수많은 클라이언트 컴퓨터와 서버 컴퓨터, 그리고 이들로 구성된 네트워크들의 집합체인 것입니다. )

 

인터넷 표준 (표준을 정하는 건 매우 중요!

- IETF에서 개발

- RFCs = IETF 표준문서

 

b. 서비스 측면에서의 인터넷

-> 인터넷 = 어플리케이션에 서비스를 제공하는 인프라 구조 !

- 어플리케이션들은 서로 데이터를 교환하는 많은 종단 시스템을 포함한다 -> 분산 애플리케이션 이라고 부름!

  (어플리케이션은 종단 시스템에서 수행됨. 이때 다른 종단 시스템에 수행되는 프로그램에 데이터를보내기 위해 인터넷은 소켓 인터페이스    

  제공)

 

c. 프로토콜

-> 인터넷의 모든 활동은 프로토콜이 제어함

-> 프로토콜은 둘 이상의 통신 개체 간에 교환되는 매세지 포멧, 순서 등을 정의하고, 송수신 등의 이벤트에 따른 행동도 정의함 !!

-> 인터넷과 일반 컴네는 많은 프로토콜을 이용! 여러갸지 통신 목적을 위해 다양한 프로토콜이 사용됨!

 

1.2 network edge

= 종단 시스템 = 호스트 = 인터넷에 연결되는 컴퓨터와 장치들  (종단 시스템은 애플리케이션을 수행-> 호스트라고 부름)

-> 데스크톱 컴퓨터, 서버(웹, 전자 메일 서버), 모바일 컴퓨터, "사물들" 포함 (얘네들이 종단 시스템)

-호스트 -> 클라이언트(ex. 컴) / 서버( 강력기능 갖춘 컴.)로 구분 (서버들은 대부분 커다란 데이터 센터 내에 있다)

=클,서

a. access network 접속 네트워크

: 한 종단 시스템을 다른 먼 거리의 종단 시스템까지의 경로상에 있는 첫 번째 라우터에 연결하는 네트워크 (=가장자리 라우터)

edge router

(걍 첫번째 라우터에 연결하는 거 ~~)

라우터 연결하기

- 가정 접속

- 기업 접속

- 광역 무선 접속

 

b. physical media (물리매체)

(앞의 네트워크 접속 기술에 사용되는 물리 매체)

- bit: 비트가 한 종단 시스템에서 다른 종단 시스템으로 전달될 때, 여러번에 걸쳐서 전송됨 (여러 라우터를 거침)

         -> 송신기-수신기 쌍을 거치게 됨

         -> 물리 매체(physical media) 상에 전자파나 관 펄스를 전파하여 전송

- 분류

• guided media (유도 매체) : 견고한 매체를 따라 파형을 유도 (ex. 광섬유 케이블, 꼬임쌍선, 동축 케이블 cooper, fiber, coax)
• unguided media (비유도 매체) : 대기와 야외 공간으로 파형 전파 (ex. 무선 LAN, 디지털 위성 채널, 라디오)

- 종류

꼬임쌍선(TP)

가장 싸고 많이 이용하는 전송 매체

2개의 절연(insulated) 동선(copper wire)이 각각 1mm의 굵기로 규칙적인 나선형태로 배열

Category 5a -> 100Mbps, 1Gbps Ethernet

Category 6a -> 10Gbps Ethernet

 

동축케이블(coaxial cable)

꼬임 쌍선과 같이 2개의 구리선으로 이루어져 있지만 평행하지 않고 동심원의 형태를 이룸

동심원 구조와 특수 절연 및 차폐를 가져 꼬임 쌍선보다 더 높은 전송률

 

광섬유(fiber optic cable)

비트를 나타내는 빛의 파동을 전하는 가늘고 유연한 매체

초당 10~100Gbps 비트율

전자기성 간섭에 영향을 받지 않으며 100km 까지는 신호 감쇠 현상이 매우 적어 장거리에 유리함

 

지상 라디오 채널(radio)

전자기 스펙트럼으로 신호 전달

따로 물리 선로를 설치할 필요가 없음

전파 환경과 신호가 전달되는 거리에 많은 영향을 받는다. 

주변 환경이 경로 손실(path loss), shadow fading(방해물질을 돌아갈 때 신호 강도가 작아짐), 다중경로 페이딩(간섭 물체의 신호 반사), 간섭을 결정한다.

 

1.3 Network core

; 링크와 스위치의 네트워크를 통해 데이터를 이동시키는 방식에는 두가지가 있다 (패킷, 서킷)

A. packet-switching

 

* 종단 시스템들은 서로 메세지를 교환함, 이때 송신 시스템은 이 메세지를 packet이라고 하는 작은 데이터 덩어리로 분할 !!

이 패킷은 통신 링크와 패킷 스위치(라우터/링크 계층 스위치)를 거치게 됨

a. store-and-forward (저장-후-전달)

 

- 대부분의 패킷 스위치는 이 방식을 이용

-한 패킷 수신이 다 끝난 후 해당 패킷을 전송함!! 패킷의 비트를 먼저 저장한 후 모든 비트 수신한 후 패킷 전송함 !!

-> 여기서는 한 패킷 보내는데에 2L/R 이 걸림

->종단간 지연시간  : d = NS/R

(N= 링크(선) 개수. 링크가 엔게면 당연히 라우터는 N-1개 ~~)

 

b. queueing delay, loss

- 패킷 스위치 ; 여러개의 링크를 가지고, 각 링크에 대해 출력 버퍼(출력 큐)를 가지고 있다 !

- 큐잉 지연 (queuing delay): 패킷 스위치에 도착한 패킷을 다른 링크로 전송해야 하는데, 그 링크가 다른 패킷을 전송하고 있다면 해당 패킷은 출력 버퍼에서 대기해야 함!(링크의 전송률을(transmission rate) 초과할 경우). 가변적이고 네트워크의 혼잡 정도에 따름 

( 그래서 a의 저장 전달 지연 뿐 아니라 이런 지연시간도 다 고려해야 함!)

- 패킷 손실 (packet loss): 버퍼의 공간 크기는 유한함.그래서 도착하는 패킷은 버퍼가 이미 전송을 위해 대기중인 패킷들로 꽉차있을 수 있음 -> 패킷 손실 발생! 도착하는 패킷/큐에 대기중인 패킷을 폐기함(drop~)

 

c. routing protocol

=> 라우터에서 해당 패킷을 어느 링크로 전달할지 결정하는 것(다음 경로 지정)

• 라우터 : 라우터(router 혹은 라우팅 기능을 갖는 공유기)는 패킷의 위치를 추출하여, 그 위치에 대한 최적의 경로를 지정하며, 이 경로를 따라 데이터 패킷을 다음 장치로 전향시키는 장치이다.
• 라우팅 : 최적의 경로를 결정하는 것 (과정)
• forwarding table : 라우팅 테이블이란 라우터가 어떤 경로를 찾을 때 사용하는 것이고, 이것은 사용하는 라우터의 프로토콜에 따라 달라지며, 또 라우터는 항상 최적의 경로를 찾아 이것을 라우팅 테이블에 유지하고 있음 (패킷의 헤드에는 목적지의 ip가 적혀있는데, 그 ip를 해당 라우터의 테이블에서 찾고, 그 테이블에 적혀있는 다음 링크로 이동시킴)
• forwarding : 패킷을 다음 링크로 이동시키는 거 (테이블에 적혀있는 대로 ~)

B. circuit-switching

- 종단 시스템 간에 통신을 위해 경로상에 필요한 자원(버퍼, 링크 전송률)를 예약reserve함 !! (패킷스위칭은 노노)

(식당에 예약하고 가는 것처럼, 예약이라는 준비과정을 거친후 바로 통신하게 됨/ 패킷스위칭은 에약x식당. 준비과정(예약)필요는 없지만, 기다릴 수 있다!! delay)

-curcuit(연결) 독점 (no sharing)

-속도 성능 일정 (guaranteed된 일정 전송률)

ex) 전화망

(하나의 회선을 할당받아 데이터를 주고받는 방식입니다.

먼저 통신을 위한 연결을 해야하며 연결이 되고 나면 출발지(source)로부터 목적지(destination)까지 도착하는데

사용되는 회전 전체를 독점(dedicated)하기 때문에 다른 사람이 끼어들 수 없습니다.

Circuit switching은 전화와 같은 실시간 통신에 사용됩니다. 따라서 속도와 성능이 일정합니다.)

 

 

 

 한 링크에 회선(curcuit)이 4개 있다

 

이 종단 시스템간 통신을 위해

-두개의 링크를 예약

-> 첫번째 링크에서는 두번째 회선, 두번째 링크에서는 첫번째 회선을 사용함

연결은 링크 전체전송 용량의 1/4를 얻음

(ex. 링크가 1Mbs의 전송 속도 -> 250 kbps 얻게 됨

 

 

 

 

 

C. 비교

1. 패킷 단점

• 가변적이고 예측할 수 없는 종단간의 지연! (-> ..실시간 서비스에 적합않다 ! ㅗ)

2. 패킷 장점

• 전송 용량 공유가 더 효율적
• 더 간단, 효율적, 구현 비용 적음

ex) 왜 패킷이 더 우수한지

(회선: 요구와 관계없이 전송 링크 할당 / 패킷: 요구할 때만 링크 사용 할당)

- 사용자가 1Mbps 링크를 공유한다고 가정

- 활동시간(100kbps속도로 데이터 생산)과 비활동시간을 반복하고, 10%만 활동

-> 회선교환 : 동시에 10명만 지원 가능

-> 패킷 교환 : 사용자 수 거의 3배 이상 허용, 거의 대등한 지연 성능

 

비교 방법

-> performance를 분석해야함

-delay,loss,throughput, 등등 

 

D. 인터넷 구조 - network of network

ISP = 개인이나 기업체에게 인터넷 접속 서비스, 웹사이트 구축 및 웹호스팅 서비스 등을 제공하는 곳. internet service provider~

https://inyongs.tistory.com/50

[ 네트워크 ] ISP structure (network of networks)

짱입니다

1.4 패킷 교환 네트워크에서의 지연, 손실, 처리율

* 종단 시스템 간 데이터 이동에서는, 두 종단시스템 간에 처리율을제한함. 그래서 종단시스템 간에 지연을 야기하며, 실제로 패킷을 잃어버리기도 함!!

A. 지연 유형

1. 처리 지연 (processing delay)

- 패킷 헤더를 조사하고 어디로 보낼지 결정하는 시간

- 패킷의 비트 수준 오류 조사시 필요 시간 등 포함

- mesc ? 

2. 큐잉 지연 (queueing delay)

- 큐에서 링크로 전송되기를 기다리는 시간

- 큐에 저장되어 링크로 전송되기를기다리는 다른 패킷의 수에 의해 결정됨

3. 전송 지연 (transmission delay)

- 패킷의 모든 비트를 링크로 밀어내는 데 필요한 시간 (라우터가 패킷을 내보내는데 필요한 시간)

- bandwidth(링크의 전송률): R , packet length:L

(두라우터 거리 관계 x!!)

-> d= L / R

4. 전파 지연 (propagation delay)

- 링크의 처음부터 도착할 라우터까지의 전파에 필요한 시간

- 비트는 링크의 전파 속도로 전달되고, 전파 속도는 물리매체에 따라 다름, 범위는 2x10^8 ~ 3x10^8 m/sec

 

# Caravan analogy

설정 1 ; 차는 100km/hr로 propagate (링크 지나가는 속도) , 톨 부스는 카를 서비스(전송)하는데 12초 소요

-> 차량 대열이 2톨앞에 저장될 때까지의 시간 ?

   - 모든 애 푸쉬하는 시간(링크로 보내는 시간) : 12초 x 10 = 2분 (전송지연)

   - 마지막 카가 톨 부스에 이동하는 시간 : 1시간 (전파지연)

   -> A: 62분

설정2 ; 차는 1000km/hr로 propagate , 톨 부스 서비스 시간은 1분

-> 차들이 아직 1부스에 남아있는데, 다른 차들이 2부스에 도착하는가?

     -> Yes. 차가 톨로 이동하는 시간=100/1000시간=1/10=6분, 서비스시간 1분 = 하나가 도착하는 시간=7분

     -> 7분후엔 아직 3개가 첫번째 톨에 남아있는데도 하나가 도착해잇다 !

 

B. 큐잉 지연과 패킷 손실

큐잉 지연은 매우 복잡하고 흥미로운 요소 입니다 어쩔

skippp skrrrrr~

 

패킷 손실

- 큐의 용량은 유한함

-  패킷이 왔는데 큐가 꽉 차있으면 큐를 drop (lost하게 됨)

- 종단간에 재전송될 수도 있다

 

C. throughput

: 비트가 송신자, 수신자간에 전달될 때, 전달되는 단위 시간당 디지털 데이터 전송으로 처리하는 양을 말한다 (단위시간 당 데이터 전송 얼마나하는지)

링크들의 전송률중의 최소인 것이 처리율이 된다 (병목링크의 전송률이 처리율이 된다(bottledneck link)

- instaneous th : 어느 한 순간의 처리율 

- average th : 전체 기간에 대해 평균적인 처리율. 파일이 F비트이고 걸린시간이 T이면 F/T 입니다

 

ex)

공동링크 (R속도) 는 10개의 다운로드에 똑같이 전송속도를 나눔

-> 여기서 쓰루=퓨. ㅛ

= min (Rc, Rs, R/10) 입니다 ~

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 프로토콜 계층과 서비스 모델

( -> 네트워크 구조를 어떻게 조작하는지! 네트워크 구조를 어떻게 논의하는지! )

* 계층구조 

-> 크고 복잡한 시스템의 잘 정의된 특정 부분을 논의할 수 있게 해줌 (걍 복잡한 시스템 다루는데 좋음)

-> 해당 계층이 제공하는 서비스의 변경도 매우 쉬움 (시스템의 나머지는 변하지 않으니까)

- 그 계층에서 어떤 동작을 취하는지 정의

- 그 계층 바로 아래 계층 서비스를 이용함으로써 해당 계층의 서비스를 제공

ex) 항공 시스템

 

 

A. Internet protocol stack (프로토콜 계층화 한 것)

1. application 계층 (젤 위)

- 네트워크 어플리케이션이 있는 곳. 애플리케이션 계층 프로토콜이 있는 곳

- 한 종단시스템의 어플리케이션이 다른 종단시스템의 어플리케이션과 정보패킷을 교환시 애플리케이션 계층 프로토콜 사용하고, 이 정보 패킷= 메세지

ex) HTTP, FTP, SMTP

2. transport 

- 서버와 클라이언트간에 어플리케이션 계층 메세지를 전송하는 서비스를 제공 

( 1과 2사이에 소켓이 존재)

- TCP, UDP 프로토콜 있음 (이거에 따라 패킷을 쪼갬)

3. network 

- 한 호스트에서 다른 호스트로 데이터그램을 라우팅함 

(출발지 호스트에서 인터넷 transport 계층 프로토콜에서 패킷 (트랜스포트 계층 패킷=세그먼트)과 목적지 주소 여기에 전달 / 이 계층은 목적지 호스트의 트랜스포트 계층으로 세그먼트를 운반)

- IP 프로토콜 포함 (그래서 흔히 IP 계층으로도 불림)

- 라우팅 프로토콜 포함

( 이 계층에서 데이터그램을 라우트함, 데이터그램을 아래 링크 계층으로 보냄! )

4. link

- 데이터그램을 경로상의 다음 노드에 전달!!

( 다음 노드에서 링크 계층은 해당 데이터그램을 상위 네트워크 계층으로 보냄)

-ex. 이더넷, 와이파이, PPP

5. physical

- 링크의 실제 전송 매체에 의존

 

B. encalsulation (캡슐화)