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[컴퓨터 네트워크] Chapter 1. Computer Networks and the Internet (Part 1) - (2)
2. Network edge : hosts, access network, physical media
[1] A close look at Internet strucutre
Network edge
: 네트워크의 가장 바깥쪽 부분으로, 사용자나 장치가 직접 연결된 지점.
host : clients and server를 포함.
Data center에 종종 있는 서버
-> host가 인터넷을 사용하려면? access network가 필요하다.
Access networks, physical media
: 네트워크에 접근하기 위한 네트워크로, end system들이 인터넷을 사용할 수 있도록 길을 열어주는 네트워크.
wired (유선), wireless (무선) 방식의 communication links가 존재한다.
Network core
: 전체 네트워크 시스템의 중앙에 위치하여 데이터를 전송하는 핵심적인 역할
상호 연결된 Router
고속 라우터, 스위치 및 기타 네트워킹 장비로 구성되며, 인터넷 백본이라고도 부른다.
주요 목적 : 데이터를 최적의 경로로 빠르고 안정적으로 전달하는 것이다.
networks of networks (ex. LG U+, KT)
[2] Access networks and physical media
End Systems를 Edge Router에 연결하는 방법의 종류
residential access networks (가정용 접속 네트워크)
DSL (Digital Subscriber Line) : 기존 전화선을 연결하여 인터넷에 연결 (전화선과 인터넷 신호를 동시에 사용 가능)
케이블 모뎀 : 케이블 TV 네트워크를 사용하여 인터넷에 연결 (가정 내에 있는 케이블 모뎀 이용)
FTTH (Fiber to the Home) : 광섬유를 집으로 직접 연결하여 고속 인터넷 제공
institutional access netowkrs (기관 접속 네트워크)
이더넷 (Ethernet) : 라우터나 스위치로 연결되어 외부 네트워크와 통신
Wi-Fi : 기관의 네트워크 백본과 연결
mobile access networks (모바일 접속 네트워크)
3G/4G/5G : 기지국을 통해 인터넷으로 연결
Wi-Fi : 공공장소에서 사용
[3] access network의 성능과 사용자 경험을 평가할 때 고려해야 할 두 가지 요소
transmission rate (전송 속도)
bits per second
shared or dedicated access (공유 또는 전용 접근) : 네트워크 지원 사용 방식에 대한 설명
사용자의 수, 네트워크 성능의 관계를 이해하는 데에 중요하다.
[4-1] Access networks : cable-based access (케이블 기반 엑세스)
사진 1
사진 2
frequency division multiplexing (FDM) (주파수 분할 다중화)
: 서로 다른 주파수 대역에서 전송되는 다른 채널등
각 가정 집이 동일한 동축 케이블을 사용하지만, 주파수 대역이 다르기에 데이터 손실없이 전달할 수 있다.
특징
cable modem을 통해 인터넷 신호를 호스트가 이해할 수 있는 형태의 디지털 신호로 반환한다.
splitter을 통해 TV 신호와 인터넷 신호를 분리하여, 여러 장치로 분배한다.
인터넷 신호의 경우 FDM 기술을 통해 다양한 주파수 대역으로 나뉘어 여러 채널로 전달된다.
Coaxial cable (동축 케이블)로 신호와 데이터가 오고 간다.
동축 케이블 안에는 여러 개의 채널들이 존재한다.
스플리터와 CTMS를 연결하는 물리적 매체이다.
CMTS (Cable Modem Termination System)
ISP의 네트워크에서 동축 케이블을 통해 연결된 모든 케이블 모뎀을 관리하는 장비.
케이블 모뎀으로부터 데이터를 수신하고, ISP의 백본 네트워크로 데이터를 전달하며, ISP에서 받은 데이터를 케이블 모뎀을 통해 호스트에게 전송한다.
HFC (Hybrid Fiber Coax) 하이브리드 광동축
일반적으로
네트워크의 백본(중심부)에는광섬유 케이블이 사용되고,각 가정이나 건물로 연결되는 마지막 구간에는기존의 동축 케이블이 사용된다.비대칭 구조 : 업 스트림과 다운 스트림의 속도가 비대칭이다. (다운스트림이 더 빠르다.)
업 스트림 (업로드) / 다운 스트림 (다운로드)
문제점 : 100명의 사용자가 100Mbps의 속도 네트워크를 사용하면 1명당 1Mbps의 속도이기에 느려진다.
광섬유 네트워크가 가정을 ISP Router에 연결한다.
가정들이 케이블 headend까지 access network를 공유한다.
[4-2] Access networks : digital subscriber line (DSL)
특징
기존 전화선을 중앙 사무실 DSLAM에 사용한다. (케이블 설치를 안 해도 되기에 장점)
DSL 전화선을 통한 데이터는 인터넷으로
DSL 전화선을 통한 음성은 전화망으로
이 둘은 동시에 전달된다. (전화를 하면서도 인터넷 연결이 유지)
비대칭 구조 : 업 스트림과 다운 스트림의 속도가 비대칭이다. (다운스트림이 더 빠르다.)
[4-3] Access networks : Fiber To The Home (FTTH)
: 광섬유를 통한 가정 내 연결 방식
특징
집에서 중앙 사무실까지 광섬유 라인 사용
잠재적으로 초당 기가 바이트 범위의 전송 속도 제공 가능
실제로는 초당 수십 또는 수백 메가 비트의 전송 속도
[정리] 한 눈에 보는 세 가지 방식의 Access networks
[4-4] Access networks : home networks
특징
무선 장치들이 라우터에 연결되고, 이 라우터는 케이블이나 DSL 모델을 통해 인터넷에 접속한다.
라우터는 방화벽과 NAT(Network Address Translation) 기능을 제공하여, 보안과 IP 주소 관리를 담당한다.
[4-5] Access networks : wireless access networks
: 공유 무선 액세스 네트워크는 access point라 불리는 기지국을 통해 end system을 라우터에 연결한다.
1) Wireless local area networks (WLANs)
건물 내부나 주변 (약 100피트)에서 사용한다.
IEEE 082.11b/g/n/ac/ax (WiFi)
11, 54, 450, 866, 2400 Mbps의 전송 속도
2) Wide-area cellular access networks
3G / 4G / 5G
모바일 통신사에 의해 제공된다.
10 또는 100 이상의 메가비트
가장 큰 차이점 : Mobility (이동성)
: 이동 시 WiFi는 Access point가 변경되지만, Celluar는 바뀌지 않는다. (기지국에 많은 access point가 존재한다.)
[4-6] Access networks : enterprise networks
특징
사용처 : 회사, 대학
유선과 무선 기술을 혼합하여 스위치와 라우터를 연결한다.
Ethernet과 WiFi의 차이
Ethernet : wired access at 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps
WiFi : wireless access points at 11, 54, 450 Mbps
[정리] 한 눈에 보는 추가 세 가지 방식의 Access networks
[5] Links : physical media (물리적 매체)
특징
bit : 송신기 / 수신기 쌍에서 전파된다.
physical link : 송신기와 수신기 사이에 존재한다.
media 종류
guided media (유도 매체)
고체 매체인 copper, fiber, coax에서 신호가 전파된다.
unguided media (비유도 매체)
신호가 자유롭게 전파된다.
모든 방향에서 전파된다.
종류 1 : Twiseted pari (TP) (꼬임 쌍선)
: 두 개의 절연된 구리선
5쌍 : 100Mbps, 1Gbps Ethernet
6쌍 : 10Gbps Ethernet
종류 2 : Coaxial cable (동축 케이블)
: 두 개의 동심 구리 도체로 구성된다.
양방향 통신이 가능하다.
광대역이다.
케이블의 여러 주파수 채널이 존재한다.
100's Mbps per channel
종류 3 : Fiber optic cable (광섬유 케이블)
: 빛 펄스를 전송하는 유리 섬유
high-speed operation (고속 통신)
low error rate (낮은 오류율 제공)
fiber optic cable의 경우 신호 손실이 적고, 데이터 안정적이라서 리피터 간의 간격 벌리기가 가능하다.
전자기파 대신 빛을 사용하기에 전자기 노이즈에 영향을 받지 않는다.
종류 4 : Wireless radio
: 전자기 스펙트럼을 통해 전달된다.
물리적인 선이 없다.
광대역 및 단방향 통신 (순차적으로 송수신을 진행)
전파 환경의 영향을 받는다.
relection 반사
물체에 의한 장애
interference 간섭
종류
Terrestrial microwave 지상 마이크로파
Wireless LAN (WiFi) 무선랜
Wide-area (Cellular) 광역 네트워크
Satellite 위성
3. Network core : packet / circuit switching, internet structure
[1] The network core
: 상호 연결된 라우터의 망
packet-switching
: 데이터를 패킷으로 쪼개서 보내는 방식
패킷은 출발지에서 목적지까지 경로상의 라우터들을 거쳐 전달된다.
전체 링크 용량으로 전송된 각 패킷
[2] Host : sends packets of data
: 호스트가 데이터의 패킷을 전송하는 방식
응용 프로그램의 메세지를 받아 작은 패킷으로 나눈다. (각 패킷의 크기는 L 비트로)
패킷은 R 속도 (전송률)로 access network로 전송된다.
전송률 R은 링크 용량 또는 링크 대역폭이라고 한다.
Time needed to transmit L-bit packet into link (패킷 전송 지연)
패킷의 길이 / 링크 전송 속도
[3] packet-switching : store-and-forward
Transmission delay (변환 딜레이): L비트 패킷을 R bps 속도로 링크에 밀어 넣는 데 걸리는 시간
Store and forward (저장 후 전달 방식): 라우터는 전체 패킷을 받은 후에 다음 링크로 전송을 시작한다.
End-end delay (전송 시간 : 출발지에서 목적지까지): 종단간 지연을 의미하며, 지연 시간은 2L/R로 계산된다. (전파 지연을 0으로 가정)
예시
[4] packet-switching : queueing delay, loss
Packet queuing and loss (패킷 대기열 및 손실)
: 일정 기간 동안 링크에 대한 도착 속도(bps)가 링크의 전송 속도(bps)를 초과하는 경우에 발생한다.
이로 인해 라우터 내부에 패킷들이 대기열을 형성하게 되고, 대기 시간이 queueing delay를 발생시킨다.
라우터의 메모리(버퍼)가 가득 차면 패킷이 삭제(손실)될 수 있습니다.
