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인터넷이 동작하는 기능은 5개의 계층으로 모듈화 되어있다.
(Layer 5) Application layer: Supporting network application, message, URL
(Layer 4) Transport layer: Process(ex.http)-to-process data transfer, segment, Port Number
(Layer 3) Network layer: Host-to-host delivery - src에서 dst 사이의 경로를 설정(routing)하는 기능, Data gram(Packet), IP
(Layer 2) Data Link layer: 1-hop delivery depending on a particular network, Frame, Mac address
(Layer 1) Physical layer: Transfer bits
2계층의 HDLC 같은 프로토콜이 error detection & correction을 하나,
4계층 프로토콜인 TCP도 error detection & correction을 한다.
우리집 인터넷 서비스를 KT에 가입한 경우를 가상해보자.
- KT 직원이 우리(인터넷 가입자)집에 방문하여 설치하는 장비를 CPE(customer premiss equipment)라고 한다.
- KT, SKT, LGU+ 같이 인터넷 접속 서비스를 제공하는 사업자를 ISP(internet service provider)라고한다.
- 우리(인터넷 가입자)집과 연결된 KT 장비를 CO(central office)라고 한다.
- 인터넷 서비스를 제공하기 위해 네트워크 장비(라우터 등) 와 케이블을 설치해야하며, 이러한 network infra를 제공하는 사업자를 NSP(network service provider)라고 한다. => 이들이 모여 작업해야 WAN이 완성된다.
- 여러 ISP는 IXP를 통해 서로 연결할 수 있다.
고속 WAN의 확산의 촉진- 고품질 영상을 생성하는 이동 인터넷 단말기의 확장
- Client-Server 구조에 기반한 응용 개발의 확산
- Cloud-computing 기술의 발전
- 팬데믹으로 인한 재택근무 확산
cf. on-premise 서버는 특정 기관이 소유하고 있는 LAN 내부에 연결된 서버를 의미하므로 WAN으로 나가는 트래픽은 줄어든다.
Multiplexing
- 5계층 protocol stack 중 physical layer에서 사용되는 기술이다.
- 토폴로지가 point-to-point인 네트워크 환경에서 주로 사용된다.
- 실제 구현되어 사용되고 있는 multiplexing 기술은 TDM,FDM,WDM,OFDM 등이 있다.
Multiple Access
- 5계층 protocol stack 중 data link layer에서 사용되는 기술이다.
- 토폴로지가 multipoint-to-point인 네트워크 환경에서 주로 사용된다
- 실제 구현되어 사용되고 있는 multiple access 프로토콜에는 FDMA,TDMA,CDMA,OFDMA 등이 있다.
WAN을 깔기 위한 기술에는
- Packet switching에는 있으나 circuit switching에는 없는 지연은 queueing delay이다.
- Packet switching에는 없으나 circuit switching에는 있는 지연은 connection set-up delay이다. 그러니 Packet switching에서 각 packet은 모두 주소를 가지고 있다.
- Circuit switching 네트워크에서는 5계층 응용 데이터 전송을 시작 전에 지연(<= resorce를 미리 찾아놔서)이 발생한다.
- Circuit switching는 transmission을 하지 않기 때문에(signal로 시작하면 보내는 동안 bit로 안바뀌고 계속 signal로) transmission delay가 없다. processing delay도 없다.
- Packet switching 네트워크에 사용되는 장비에는 반드시 버퍼가 필요하다.
Packet switching (PS)은 각 사용자가 링크를 사용할 수 있는 고정된 시간이 정해져 있지 않으므로 링크 대역폭(transmission rate 혹은 bandwidth)에 여유(available)가 있는 경우 어느 사용자나 사용할 수 있다. 따라서 인터넷과 같이 PS를 사용하는 네트워크에서는 한 명의 사용자가 링크 대역폭의 full rate를 사용하는 것이 가능하다.
Packet switching 망에서 전송되고 있는 패킷이 라우터의 input buffer에 들어오면
processing delay > queueing delay > transmission delat > propagation delay 순으로 지연이 생긴다.
Packet switching에서 packet size가 지나치게 작으면 오히려 end-to-end delay가 늘어나게 된다. 그 이유는 PS망에서는 송신자가 보내는 massage는 여러개의 packet으로 쪼개진 후 각 packet이 개별적으로 전송되므로 각 packet마다 동일 크기의 header가 포함된다. 이 header는 오버해드에 해당한다. 그러면 packet 수만큼 오버해드도 늘어나게 된다.
Data communication의 transmission efficiency(utilization)를 높이기 위해 등장한 대표적인 기술 중
- multiplexing은 L1에서 하나의 링크에 여러 개의 신호를 동시에 전송하는 기술이며, 이를 이용하여 서로 다른 소스 호스트에서 전송이 시작된 응용 데이터들이 WAN(Wide Area Network)에서 하나의 전송 매체로 동시에 전송될 수 있다. => point to point (FDM, TDM 등)
- compression 기술을 이용하면 고품질, 고용량의 사용자 데이터를 저용량/저비용 링크에 전송하는 것이 가능해진다. (2G TDMA 기술이 나오도록 도움)
cf. Multiple Access(media access control)는 L2에서 여러 유저가 다르다는 걸 알고, 그 데이터를 하나의 shared media에 동시에 보내는 것이다. => multipoint to point(FDMA, TDM 등)
cf. Link의 두께를 bandwidth라 한다.
인터넷 코아 네트워크는 계층적인 구조를 이루고 있으며, 두 네트워크들을 연결하는 기술은 다양하다. 우선,
- customer ISP가 provider ISP에 연결될 수 있는데 이때 provider ISP의 router들이 모여있는 지점을 point-of-point(pop)라고 한다.
- 또한, 상위계층 ISP와 연결하는 대신 같은 계층의 ISP들간에 직접 연결하는 방식을 peering이라 하며, 이는 비용절감의 효과가 있다.
- 더불어, 다중의 ISP들이 제3의 회사가 제공하는 IXP를 통해서 연결될 수도 있다.
프로토콜 혹은 기술을 표준화한 기구
- ISO: 국제표준화
- ANSI: ASCII(컴퓨터 간의 전자통신을 위한 표준 데이터 인코딩 형식), SQL 표준화 => ISO에 들어가 있다.
- IEEE: L2에 있는 LAN 표준화(미디어 액세스 제어 MAC(CSMA/CD(ethernet), CSMA/CA(wifi))
- IETF: L5,L4,L3의 PROTOCOL(IP, TCP, HTTP) 표준화
- ITU: FR(fram Relay)
다음은 가장 대중화된 네트워크인 인터넷(Internet)에 관한 설명이다.
하나를 선택하세요.- 네트워트들이 연결될때 필요한 조건을 최소화하는 것을 원칙으로 한다.
- 대중화로 인해서 불특정 다수인이 연결됨에 따라 security가 중요한 이슈가 되었다.
- Hyper text 와 World Wide Web (WWW)의 등장으로 대중화 되었다.
- 다양한 네트워크들이 연결되어 있으며 각 네트워크는 소유주의 독립된 정책에 따라 운영된다.
Flow control 이란 receiver(dst host)의 버퍼(speed의 차이 완화)가 overflow 되는 것을 막기 위해서 sender가 보내는 sending rate을 조정하는 기능이다.
cf. congestion controls 는 router의 버퍼(speed의 차이 완화)가 overflow 되는 것을 막기 위해서 sender가 보내는 sending rate을 조정하는 기능이다.
계층끼리 addressing을 하려면,
L5(URL), L4(port #), L3(IP) => routing, L2(LAN)으로 한다.
cf. IP 주소는 NIC에 설정되는 값이다.
cf. routing 이란 WAN에 연결된 두개의 호스트들을 연결하는 경로를 구하는 것이다.
asynchronous TDM (statistical TDM) 에 관한 설명
- 각 time slot에 전송되는 데이터는 주소를 포함하고 있다.
- Asynchronous TDM의 receiver는 각 time slot에 전송되는 신호(데이터)를 저장할 메모리 즉 버퍼가 필요하다.
- 각 time slot에 전송되는 신호 (데이터)의 소유주(사용자)가 프레임마다 다를 수 있다.
- 프레임의 time slot의 개수는 동일한 링크를 공유하는 input channel의 개수(n)를 통계적으로 추측하여 결정하되 링크 효율을 고려하여 n 보다는 크지 않도록 설계한다.
- WAN(대부분 유선)은 다양한 네트워크들이 연결되어 있으므로, LAN 에서 보다 WAN에서 congestion (혼잡) 이 더 자주 발생하게 된다. 그래서 에러도 많고 버퍼 대기 시간도 많아져 속도도 느리다.
- LAN은 하나의 기관(ex 이화여대)에서 관리하고 그 범위가 WAN에 비해 크지 않으므로 LAN에서 발생하는 트래픽 양과 패턴은 WAN 의 경우보다 예측이 쉽다.
- LAN은 주로 하나의 기관에 속한 지역에 설치되어 해당 기관이 소유/관리한다면, WAN은 공공지역 설치되고 소유주도 여러명 일수있다.
- Client가 on-premises 서버에 연결할 때 보다, off-premises 서버에 접속할 때 평균적으로 느끼는 지연(latency)이 더 길다.
- LAN의 대표적인 예시로는 ethernet(유선)과 wifi(무선)가 있다.
ex. 이화여대 LAN이 KT ROUTER타고 WAN으로 나간다.
transmission link를 고를 때 고려해야하는 부분
- 링크신뢰성(error rate)
- 감쇄없이 전송가능한 거리(distance without attenuation)
- 가격(cost)
- 링크용량(Transmission rate)
UDP가 internet chechsum을 이용하여 error detection은 하나 error correction는 하지 않는다.
반면, TCP는 에러가 발생한 데이터를 다시전송(retransmission)하는 방식으로 error correction을 수행하다.
1-18
통신을 하기위해서 scr에서 dst로 bit들이 signal로 바껴서 지나간다. 이걸 알아보기 위한 과정들을 단어로 알아보자.
Transmission system utilization(효율성): L1에서 케이블을 1Giga를 깔아놨는데, 그게 항상 100% 차서 가면 효율성이 높은 것이다. 즉, 케이블을 깔 때 어떻게 하면 고속으로 많은 데이터를 내보낼 수 있을까? 를 고민하면 된다. 이를 multiplexing(하나의 MEDIUM에 여러개의 SIGANL)이라 한다. compression도 효율성 높이려고 하는 것이다.
Interfacing: 무선이든 유선이든 하드웨어 기기와 마주치는 접점부분을 interface라 한다. 여기서 일어나는 작업은 signal(유선,무선)에서 bit로 바뀐다. L2 중간부분부터 L5까지는 bit로 바꿔 진행해야 한다.
Signal generation: Tx에서 Rx로 가기위해 0과1을 signal로 바꿔야한다. 이때 시그널을 아날로그로 할건지, 디지털로 할건지는 Tx와 Rx가 정하면된다.
Synchronization: Tx와 Rx가 똑같은 모양의 bit를 주고받기위해 timing을 맞춰주는 것이다.
Exchange management: 같은 peer 간 protocol이 같아야 한다. 근데 주고받기 전에 TCP가 설정을 먼저 맞춰준다.
그러나 Ip는 connectionless라 Tcp가 미리 뭔가를 주고받을 필요가 없다.
Error detection and correction, Flow control: L2, L4(TCP)
Addressing: 주소정하기 L5(URL), L4(PORT #), L3(IP), L2(LAN)
Routing: SCR에서 DST까지의 길을 찾는 것이다.
Recovery
Message formatting: HEADER에 정보넣어서 같은 계층은 같은 FORMATTING을 쓴다.
Security
Network managemnet
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LAN이라는 한 부분을 이화여대 망이라고 하자. 마지막 router을 borderrouter(=default gateway)라고 한다.
host는 default gateway까지만 가면 인터넷에 알아서 연결해준다. kt의 PSTN망(옛 전화망)이 있다고 하자.
예전엔 인터넷을 쓰려면 아저씨가 와서 CPE와 CO를 집에 설치해줘야 한다. ISP는 인터넷 서비스를 제공하는 주체로 KT(유무선망 같이), SKT(유무선망 따로), HELLOMOBILE 등이 있다. 우리나라는 대부분의 ISP가 NSP이다. 그러나, HELLOMOBILE은 ISP(인터넷 서비스 제공)는 맞지만, NSP(네트워크 인프라 제공)는 아니다. ISP가 묶여있으면 IXP라고 한다. 망을 제공하는 이화여대 ISP(CUSTOMER ISP)가 KT같은 외부 ISP(PROVIDER ISP)와 만나면 PAYMENT를 내야한다. 이 물리는 접점지점을 POP라 한다. 그러나, 이화여대망과 연세대망이 계속 교류 를 해야한다면 KT를 거쳐야해서 돈을 계속 내야하는 상황이 발생한다. 이때 이화여대망과 연세대망을 직접 이어 통신하는 방법을 PEERING이라 한다. 이런 용어들이 인터넷을 연결시키는 방법이다.
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