[네트워크] Ch1 - 인터넷과 프로토콜, network edge

아래 내용은 KOCW 강의를 듣고 정리한 내용입니다.

이화여대 이미정 교수님 네트워크 강의

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✨ 학습 목표

컴퓨터 네트워크의 계층적인 프로토콜 구조 이해

인터넷에서 사용되고 있는 응용 프로그램, 트랜스포트 프로토콜, 라우팅 알고리즘과 프로토콜에 대하여 집중적으로 학습

네트워크의 자원 활용율을 높이고 사용자에 대한 서비스를 향상시킬 수 있는 네트워크 프로토콜 설계 및 분석 능력을 배양

✨ 인터넷이 무엇인가?

인터넷이 무엇이고, 프로토콜이 무엇인지에 대해 알아보자.

1️⃣ 인터넷의 구성요소는 무엇일까?

인터넷의 가장자리에는 컴퓨터나 서버가 있다.

❗ 수백만개의 컴퓨팅 장치들이 연결되어 있다

host = end systems

• 그 컴퓨터에서 application을 실행중이면, 사용자의 app에 대해서 호스팅을 하고 있다. 또한 네트워크의 가장자리에 있다는 의미에서 end system이라고 한다.
• host는 network apps를 실행중이며, 호스팅하고 있다고 말하기도 한다.

Communication links

• fiber, copper, radio, satelite
• transmission rate: bandwidth
• 호스트와 라우터를 연결해주는 역할을 한다.

Packet switches : forward packets

• 라우터와 스위치
• 라우터는 사용자의 메시지를 목적지를 찾아가도록 해준다.
• source로 detination까지 가는 길에 여러 개의 라우터가 필요하다.

2️⃣ “Fun” internet appliances.

다양한 엔드시스템들이다.

예전에는 데스크탑 이외에 엔드시스템을 생각하기 힘들었지만, 네트워크 분야에서 엔드시스템이라고 부를 수 있는 것들이 많이 생겼다.

IP picture frame : 인터넷 어딘가의 서버에 사진을 저장해놓고, 가지고 와서 디스플레잉 한다.

toaster+weather forecaster : 이 또한 서버에 정보를 저장해 놓고, 불러온다.

3️⃣ 인터넷이 무엇인가?, “nuts and bolts” 관점

인터넷의 중간에는 라우터 스위치들이 있다. 그런데 flat하게 연결되어 있는 것이 아니라, 덩어리로 뭉쳐서 연결되어 있다.

예를 들어 요즘에는 스마트폰, wirless network와 같은 방식을 통해 뭉치로 연결되어 있다는 뜻이다.

Internet : 네트워크들의 네트워크

ISP들이 서로 연결되어 있다.

Protocol : 메시지의 sending과 receiving을 컨트롤한다

표준화되고 오픈된 방식의 규칙을 제공한다.

TCP, IP, HTTP, Skpe, 802.11

Internet standards : 인터넷은 표준화가 매우 중요하다

RFC : Request for comments → 대학원생들이 프로토콜을 만들어 놓고 여기에 대한 코멘트를 구했다.

IETF : Internet Engineering Task Force

4️⃣ 프로토콜은 무엇일까?

프로토콜은 메시지를 보내고 받는 형식(format), 순서(order)를 정의하고, 메시지 전달 및 수령 시의 actions을 정의한다.

network protocols

사람의 소통 방식이 규범화되어 있는 것처럼, 인터넷의 모든 communication 활동이 protocols에 의해 관리받는다.

컴퓨터에서 메시지를 보낸 것을 파싱하는 것이 중요하기 떄문에, 프로토콜로 정해진 형식을 통해 보내는 것이다.

 

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✨ Network edge

📌 네트워크 구조 더 가까이 보기

network edge

hosts : 클라이언트와 서버

서버는 데이터의 중심에 있다

access networks, physical media

호스트들이 access networks를 통해 인터넷에 연결된다.

network core

네트워크들의 네트워크

서로 연결된 라우터들

📌 Access networks와 physical media의 특징

시스템이 edge router에 연결되는 방법들

residential access nets / institutional access networks / mobile access networks

bandwidth : access network가 단위 시간(초) 당 실어 나를 수 있는 bit 수

Shared or Dedicated

1. 공유되어 있으면 여려 명이 사용할 경우 분배된다.
2. 보안이 약하다(와이파이)

1️⃣ Access net: digital subscriber line(DSL)

집에서 SKT, KT 등과 같은 케이블 회사들이 access networks를 제공해준다.

 

DSL : digital subscriber line

이렇게 전화 회사에서 제공해주는 네트워크를 DSL이라고 한다.

전화 회사에서 제공해주는 network는 dedicated이다.

컴퓨터는 DSL modem에 연결되어 있고, 전화기와 DSL modem이 splitter에 연결된다.

DSLAM : DSL access multiplexer

각 집에서 오는 라인들을 multiplexing한다. 전화 회선들 voice는 telephone network에 보내주고, data들은 Internet으로 간다.

집에 있을 때에는 보통 데이터를 다운로딩 하는 작업이 많다. 따라서 DSL에서 제공하는 bandwidth가 업로드와 다운로드마다 다르다.

Upstream transmission rate : 1Mbps 내외

Downstream transmission rate : 10Mbps 내외

2️⃣ Access net : cable network

케이블 회사를 통해서 인터넷에 접속하면, cable modem이 존재한다.

 

CMTS : cable modem termination system

케이블 방송은 동일한 시간에 같은 내용이 나온다. 대역폭이 아주 큰 회선을 가지고 여러 집에 연결을 한다.

이러한 경우에 dedicated link가 아닌 shared link이다.

HFC : hybrid fiber coax

여러가지 cable headend가 묶여서 존재하고, 여기에는 굉장히 큰 대역폭을 지닌 fiber로 연결한다. 그리고 CMTS 각각이 지닌 cable이 coax이기 때문에, HFC란 이름이 붙여졌다.

asymetric : downstream은 30Mbps이고, upstream은 2Mbps이다. 그러나 shared이기 때문에 편차가 존재한다.

3️⃣ Access net : home network

network의 core에는 라우터가 있다. 여기에는 desktop이 직접 연결될 수 있고, 공유기가 연결될 수 있다.

라우터는 모뎀에 연결되어 있다. 이는 다시 전화회사 또는 케이블 네트워크로 연결되고, 다시 인터넷으로 간다.

4️⃣ Enterprise access networks (Ethernet)

Ethernet switch

학교나 회사에는 end system이 훨씬 많아서, 라우터 하나로는 안된다.

Ethernet switch들이 많은데, 한 건물, 한 층, 한 방 등을 연결하는 역할을 한다.

이러한 switch들은 학교 전체 또는 회사 전체를 연결해주는 라우터로 연결된다.

이 라우터가 ISP에 연결된다.

ISP : Internet service provider

인터넷 액세스를 제공하는 네트워크의 라우터에 dedicated line을 이용하여 연결된다.

집의 경우에는 케이블이나 전화 회사가 연결해줬지만, 학교나 회사에서는 직접 연결된다.

transmission rates는 다양하다. 10Mbps ~ 10Gbps.

5️⃣ Wireless access networks

Wireless LANs

와이파이는 주로 이더넷 스위치에 연결되고, 이더넷 스위치는 주로 라우터에 연결된다.

주로 건물 안에서 사용 가능.

대역폭이 높은 편이다.

WiFi : 802.11b/g 는 각각 11 또는 54Mbps를 제공한다.

셀룰러 네트워크 = wide-are wireless access

3G : 10mbps 정도

LTE : 100mbps라고 말하지만 그에 미치지 못한다.

📌 Host : sends packets of data

호스트의 전송 기능

사용자의 application message를 받는다.

이러한 message를 packets으로 자른다. 여기서 자른 길이를 L bits라고 한다.

이렇게 자른 packet을 link로 내보낸다.

그리고 transmission rate R로 access network에 전송한다.

link trasmission rate = link capacity = link bandwidth

Packet trasmission delay

L-bit의 패킷을 link로 전송하는데 필요한 시간 = L/R

📌 Link

1️⃣ Media의 분류

guided media

solid media에서 생산됨

copper : ethernet

fiber, coax : HFC

fiber는 인터넷 코어를 연결하는 데에도 사용한다.

twisted pair(TP) : copper 케이블의 다른 말. category 5와 6이 존재한다.

unguided media

radio와 같은 것, 전파를 이용함.

wifi, cellular도 있다.

2️⃣ Physical media : coax, fiber

coaxial cable

양방향적

broadhand : 케이블에서 다중 채널, HFC

fiber optic cable

coax나 copper이 electronic signal을 전달하는 데 반해, fiber는 light pulse를 전달한다.

glass fiber로 만들어져 있다.

속도가 빠르다.

에러가 적다 : 주변의 전자기적 noise에 영향에 면역이 있다.

3️⃣ Physical media : radio

물리적 와이어가 존재하지 않는다 = 장점이자 단점

전자기 스펙트럼에 의해 신호가 전달된다.

양방향적이다.

propagation environment effects

reflection : 반사

obstruction by objects : 물체에 의한 방해

interference : 간섭

radio link types

terrestrial microwave / LAN(e.g. Wifi) / wide-area (e.g. cellular) / satellite

llite