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통신 네트워크와 Internet에 대한 개념적 이해

  • 통신 네트워크 관련 용어에 대해 이해



Internet

  • 컴퓨터로 연결하여 TCP/IP 라는 통신프로토콜을 이용해 정보를 주고받는 컴퓨터 네트워크이다.
  • data를 전달하는 장치들이 이루는 네트워크망
  • 어플리케이션에게 통신 서비스를 제공하는 존재
  • 다른 호스트와 연결을 가능하게 하는 전세계 통신망.
  • End-to-End 에서 (무언가) 를 통해 이동한다.
    • (인터넷)
  • ARPANET
    • 1969년 미국 국방부에서 군사 목적으로 만듬.
    • 지금은 전세계 대상으로 하는 public network. (Internet)
  • 여러 형태의 sub-network로 구성
    • Network edges (꼭짓점)
    • Access networks (기기의 인터넷과 연결하기 위한 접속망 ex. WiFi, USIM)
    • Network Core
      • Access network에서 유선망을 통해 엣지간의 데이터전송.


Network Edges

  • End system(End Node) : Internet과 연결된 가장 끝단의 존재(어플리케이션)
    • Application이 구동되는 존재
      • Web browser, email client

end-end는 client, server의 관계

게이트웨이 (라우터)

  • LTE → 기지국 → 서울에 있는 기지국 → 30만개의 기지국이 모여서 코어망으로 감.
    • 데이터를 기지국과 코어망 사이에서 중계하는 역할

ISP(internet service provider)

  • 인터넷 서비스 제공 업체를 의미
  • 라우터를 설치하는 업체

End System의 종류

  • 데스크탑
  • 클라이언트, 서버
    • 네트워크의 일부가 아니라 하나의 End-System이다.
  • 노트북, 스마트폰 등 등



Access Networks

  • 어떤 기기가 인터넷이 필요할 때 연결되는 첫 구간(이더넷, 와이파이, LTE, 3G …)
  • End system이 Internet의 첫 부분과 연결되는 구간
    • Edge router에 연결하는 네트워크를 의미
  • Wifi, 이더넷, 블루투스 로 연결이 되었다가 유선망을 통해 TCP/IP로간다.
  • 한 홉의 대상을 access Network.


셀룰라 네트워크 → 라우터 ????

  • Home

    • 디지털 가입자 회선 (Digital Subscriber Line, DSL)

      :

      • 전화선을 통해 고속 인터넷 서비스를 제공하는 기술 DSL은 전화 회선의 일부를 데이터 전송에 사용하며, 동시에 음성 통화도 가능

    • 케이블 인터넷 액세스 (Cable Internet Access)

      :

      • 케이블 인터넷은 케이블 TV 회선을 통해 인터넷 서비스를 제공하는 기술. 주로 케이블 TV 회사들이 제공하며, 높은 대역폭과 속도를 제공합니다.

    • 가정용 광섬유 (Fiber to the Home, FTTH)

      :

      • FTTH는 광섬유 케이블을 집 안까지 연결하여 인터넷 서비스를 제공하는 기술, lan도 access network


유니섬유 → 광섬유

100Mbps → 1Gbps

아파트의 경우 광섬유가 연결되어있고 각 가정이 LAN 선이 연결 되어 있다.

  • Enterprise
    • LAN : 이더넷(유선), Wifi(무선)
      • 이더넷은 광섬유가 아니기 때문에 길게 하면 성능이 안좋아진다.
      • LAN 케이블 (Unshielded Twisted Pair) UTP
  • WAN : 3G, LTE, 5G
    • LAN과 WAN을 나누는 기준은 거리 (약 수백미터) 이다.
  • Communication link
    • 유선, 무선 등 방식에 따라 다른 특징을 가진다.
      • 전송률, 지연



Network Core

  • End-system의 정보를 실어나르는 척추역할(Backbone Network)
  • Packet switches (패킷 전달 장치)
    • Routers = L3 Switch
    • Link-layer-switches = L2
    • hub = L1

  • Store-and-forward transmission 전송.
    • 저장 하고 해석한다음 forwarding을 한다.
  • Packet
    • host-host 데이터를 잘라서 보내야하는데 그 한 뭉치를 말한다.
    • packet switch/ router 는 패킷단위로 전달 처리한다.
    • 인터넷은 packet Switching network 이다.
      • 모든 통신이 packet 형태로 정보 전달
  • Circuit switching : ISDN, PSTN(공중 전화망)
    • 회로 기반 직접 연결 방식 → Call setup delay가 크다.
    • 하나의 호(call)연결이 End-system간 모든 자원 점유
    • Queueing(선입선출, 쌓인다.) → capacity가 떨어짐.
    • packet loss는 없다.


결론적으로 단점이 많아 현재는 Packet switching 방식을 사용한다.

Store-and-Forward

  • Packet Switch network 내 정보 전달의 기본 원리

  • 모든 packet switch는 packet을 수신하고 난 다음에 전달

    • 버퍼(저장) → transmit(forward)
    • delay time L(Length, 데이터길이), R(Rate, 전송률) L/R(BPS) : L/R + L/R = 2L/R
      • 전송률이 높으면 delay 적고, 데이터 길이가 길면 delay 커짐.

  • Congestion

    • 여러개의 입력 node와 연결된 packet switch에서의 혼잡 현상

  • Queueing

    • Output buffer에 패킷이 정체되는 현상

  • Packet loss

    • 통신에서 항상 발생한다. 이 상황을 고려해야한다.(누가?)
    • 버퍼에 저장 못하고 패킷이 버려지는 현상

  • Router : 연결된 여러 출력 node에게 packet을 적절히 전달

  • Forwarding table : packet 전달의 기본 원칙

    • Outbound link와 destination address간 mapping
    • Packet의 destination을 forwarding table과 대조하여 outbound link 선택
      • 라우터는 dest를 기반으로 미리 정해둔 table을 이용하여 패킷전달

forwarding table

  • 미리 계산이 되어있는 테이블을 만들어 넣는다.
Dest IP Link
1.1.1.1 A
2.2.2.2. B
  • Routing protocol : 자동으로 forwarding table 생성하는 기법
    • Ex: Shortest path

라우팅 프로코롤로 포워드 테이블을 생성 → packet의 destination과 대조하여 패킷을 전달한다.

  • Internet은 위와 같은 HW/SW로 구성된 시스템으로 볼 수 있으나 또다른 관점에서는 (서비스 관점에서) Internet이란
    • Infrastructure that provides services to applications(email, web surfing, SNS, messenger, VoIP, video streaming, …) 인프라스트럭처는 응용프로그램에게 서비스를 제공하는 시스템.
  • 보통 internet을 쓰는 application은 distributed application(여러개의 서비스 요청을 하는 분산 어플리케이션)
    • 다수의 multiple end system들이 data를 주고받음
    • packet switch / router에서 실행되지 않음 (어플리케이션은 엣지노드에서만 실행됨)
      • 라우터 스위치는 데이터 전달의 용도로만 사용해야함.
    • 결론적으로 app은 end-system, 서버또한 end-system.



Application Programming Interface (API)

  • End system/application에게 internet이란 packet을 보내는 수단
    • API : internet으로 하여금 packet을 제대로 보내게 하기 위한 가이드 혹은 규칙



Protocol

  • 프로토콜은 메세지의 형태와 순서를 정의한 것
  • 인터넷 내에서 각 entity들의 동작 그 자체
    • 정보 송수신에 대한 기능적 실체
    • HW/SW 간 서로 메시지를 주고받으며 상호작용을 하는 약속
  • 프로토콜은 모든 entity간 서로 약속 된 것이여야함
    • 서로간 약속은 표준을 통함
  • IETF(internet Engineering Task Force)
    • 프로토콜의 표준화 문서을 정의한 최상위 단체
    • TCP, IP, HTTP, SMTP 정의
  • IEEE
    • 이더넷, 와이파이 표준화 문서 정의


Delay와 Throughput은 인터넷 성능 측정 방법이다.

d_nodal (노드 지연시간): 노드 지연시간은 패킷이 노드(라우터 또는 스위치)를 통과하는 데 걸리는 총 시간을 의미

d_proc (처리 지연시간): 처리 지연시간은 패킷이 노드에서 처리되는 데 걸리는 시간을 의미

d_queue (큐 대기 지연시간): 큐 대기 지연시간은 패킷이 노드의 출력 큐에서 대기하는 시간을 의미

d_trans (전송 지연시간): 전송 지연시간은 패킷이 전송 매체를 통해 전송되는 데 걸리는 시간을 의미

d_prop (전파 지연시간): 전파 지연시간은 데이터가 전송 매체를 통해 전파되는 데 걸리는 시간을 의미



Throughput (전송률)

  • 충분히 큰 file을 전송하는 경우 수신측에서 측정되는 전송률, BPS 단위를 갖고 있음.
  • Instantaneous(순간적인) / average throughput(평균) 전송률로 판단.
    • 데이터의 양을 시간단위로 나눈것.
  • Bottleneck link(병목현상)
    • 전체 전송률을 제한하는 가장 느린 링크

pc → mobile → IOT



서비스 다양화

data sharing

web browsing

mobile app

real time seivce(voice/video)



트래픽이란 : 패킷의 흐름

  • 트래픽은 점점 증가하고있다.

기술 trend

  • 빠르고 싸게
  • 더 똑똑하게 (QOS)
  • Everything over IP
  • Mobility
  • CISCO
  • Ericsson + LG + Notel(intel)
  • Nokia + Alcatel Lucent + Siemens ▪ Samsung▪ Huawei, ZTE

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참고