컴퓨터 네트워크 하향식 접근 - Chapter 1, 2장 네트워크의 가장자리

네트워크 가장자리 (Network Edge)

• 호스트(hosts) : 클라이언트와 서버로 구분된다.
• 서버는 데이터 센터 내에 있다.

종단 시스템 (End System, Host) 

• 인터넷에 연결된 컴퓨터들
• 응용 프로그램을 수행
• Web, email 등등

클라이언트 / 서버 모델(client / server model)

• 클라이언트 호스트가 서버에게 요청하고, 서버로부터 서비스를 수신
  • 서버는 항상 동작 중이어야 하낟.
• Web Browser / Server, Emai Client / Server 등

 

P2P(peer-to-peer) model

• 전용 서버들의 최소 사용 또는 서버 없이 동작
• Gnutella, KaZaA, Skype, BitTorrent 등

 

연결지향형 서비스 (connection-oriented service)

목표 : 종단 시스템들간의 데이터 전송

• 핸드셰이킹 (handshaking)
  • 클라이언트와 서버가 패킷 전달 이전에 통신할 수 있는 준비를 함
  • 핸드셰이킹 과정이 끝나면 두 종단 시스템간에 연결이 설정되었다고 함
  • 두 종단 시스템들만이 연결 상태 정보를 유지
• TCP - Transmission Control Protocol
  • 인터넷의 연결 지향 서비스
• TCP Service
  • 신뢰적 데이터 전송
    • 손실을 확인하고, 재전송 해줌
  • 흐름 제어(flow control)
    • 수신자가 받지 못할 정도로 송신자가 보내지 않게 한다.
  • 혼잡 제어(congestion control)
    • 전송자가 너무 많은 데이터를 전송함으로써 전송 속도가 느려지는 것을 방지, 제어한다.

 

비연결형 서비스 (connectionless service)

목표 : 종단 시스템들 간의 데이터 전송 (연결 지향형과 같다.)

 

• 핸드셰이킹 과정이 없다.
• UDP(User Datagram Protocol)
  • 인터넷의 비연결 지향형 서비스
  • 신뢰할 수 없는 데이터 전송
  • 흐름 제어 없음
  • 혼잡 제어 없음

 

TCP를 사용하는 APP

• HTTP (웹), FTP(파일 전송), Telnet(원격 로그인), SMTP(이메일)

UDP를 사용하는 APP

• 스트리밍 매체, teleconferencing, DNS, 인터넷 전화

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접속 네트워크

접속 네트워크 : 종단 시스템을 다른 종단 시스템으로 연결할 때 경로 상에서 첫 번째 라우터에 연결하는 네트워크

 

접속 네트워크와 물리적 매체

종단 시스템을 종단 라우터에 어떻게 연결하는가?

• 가정 접속 (residential access) networks
• 기관 접속 (institutuinal access) network (학교, 기업)
• 이동 접속 (mobile access) networks (와아파이, 4G/5G)

 

가정 접속 (point to point access)

• modem을 사용한 다이얼업
  
  • 56 Kbps 대역폭 사용
  • 인터넷 사용과 전화 사용을 동시에 할 수 없다.
• Digital Subscriver Line (DSL) 사용
  • TELCO(지역 전화 회사)의 지역 중앙국(central office, CO)에 위치한 DSLAM(Diagital Subscriber Line Access Multiplexer)과 데이터를 교환
  • DSLAM에서 여러 가정으로부터 온 아날로그 신호를 디지털 포맷으로 변환한다.
  • DSL 전화선을 통한 데이터는 인터넷으로 전송
  • DSL 전화선을 통한 음성은 전화망으로 전달
  • DSL 표준은 24~52 Mbps 속도의 다운 스트림 전송률을 정의
  • DSL 표준은 3.5~16 Mbps 속도의 업 스트림 전송률을 정의
  • ADSL : asymmetric digital subscriber line
    • 비대칭 DSL 방식
    • upstream과 downstream의 속도가 다르다.
    • 1 Mbps의 upstream 방식
    • 8 Mbps의 downstream 방식
    • 주파수 분할 다중화(FDM) 이용
      • 50 kHz ~ 1 MHz : downstream 대역폭
      • 4 kHz ~ 50 kHz : upstream 대역폭 
      • 0 kHz ~ 4 kHz : 전 대역폭  
  • VDSL(very high-data rate digital subscriber line)
  • FTTH (fiver to the home)
• 케이블 인터넷 접속 (cable modem 사용)
  • HFC : hybrid fiver coax, 광케이블과 동축 케이블 모두 채택하기 때문
    • 광케이블은 케이블 헤드엔드를 이웃 레벨 정션에 연결함
    • 케이블 헤드엔드에서 CMTS (cable modem termination system)는 DSL 네트워크의 DSLAM과 유사한 기능을 제공
      • 다운스트림 가정에 있는 케이블 모뎀으로부터 송신된 아날로그 신호를 다시 디지털 포맷으로 변환
    • 비대칭
      • 40 Mbps ~ 1.2 Gbps downstream 전송률
      • 30 ~ 100 Mbps upstream 전송
    • 중요 특징 : 공유 방송 매체
      • 다운스트림과 업스트림 채널 모두 여러 사용자에 의해 공개

 

기관 접속 (local area networks)

• 기업 / 대학 LAN(local area networks)은 종단 시스템을 가장자리 라우터로 연결한다. 
• 유선, 무선 링크 기술의 혼합, 스위치와 라우터의 혼합을 연결
  • 이더넷 : 100 Mbps부터 10 Gbps까지의 속도로 접속
    • 공유 또는 전용 링크는 엔드 시스템과 라우터를 연결
  • WIFI : 11, 54, 450 Mbps의 무선 접속 포인트

 

이동 접속 / 무선 접속

• 공유된 무선 액세스 네트워크가 종단 시스템을 라우터에 연결
  • 기지국(base station) 또는 액세스 포인트(access point, AP)를 통해 사용
• wireless LANs
  • 802.11b/g/n (WiFi) : 11, 54, 450 Mbps 전송률 
  • 건물 내부 약, 100 피트에서 사용 가능
• 광역 무선 접속
  • 수십 km의 cellular 네트워크를 지역 통신사에서 제공
  • cellular 시스템을 통해 1 ~ 10 Mbps 사이 속도로 전송 가능
  • 3G, 4G cellular 네트워크들이 있고, 5G도 출시 예정

 

Access networks의 또다른 형태 : data center networks

높은 대역폭 링크들 (수십 ~ 수백 Gbps)은 수백 ~ 수천개의 서버들과 인터넷을 연결

 

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물리 매체 (Physical Media)

• Bit : 소스에서 목적지로 일련의 송신기 - 수신기 쌍을 거쳐 전달됨
  • 각 송신기 - 수신기 쌍에 대해 이 비트는 물리 매체 상에서 전자파 혹은 광펄스를 전파함으로써 전달됨
• Phyical Link : 송신기와 수신기 사이에 존재
• 유도 매체 
  • 광섬유 케이블, 꼬임쌍선 혹은 동축 케이블 같은 견고한 매체를 따라 파형을 유도
• 비유도 매체
  • 무선 랜 혹은 디지털 위성 채널의 경우처럼 대기와 야외 공간으로 파형을 전파

 

 꼬임 쌍선 (TP, Twisted Pair )

• 2개의 절연 구리선, 1mm의 굵기로 규칙적인 나선 형태로 배열
• UTP (Unsheilded TP)
  • Category 3 : 전통적인 전화선에 사용되는 케이블로, 10Mbps Ethernet 속도를 지원합니다. 과거에는 10BASE-T Ethernet 네트워크에서 주로 사용
  • Category 5 : 100Mbps Ethernet 속도를 지원하는 케이블

 

동축 케이블 (Coaxial Cable)

• 2개의 구리선, 두 구리선이 평행하지 않고, 동심원 형태를 이루고 있다. 
• baseband
  • 비트 스트림이 직접 케이블로 보내지고, 그 신호가 다른 주파수 대역으로 이동되지 않음
  • 케이블에 1개의 채널만 운용
  • 레거시 이더넷
• 광대역 (broadband)
  • 송신기는 디지털 신호를 특정 주파수 대역으로 이동하고, 그 결과의 아날로그 신호는 그 송신기로부터 하나 이상의 수신기로 이동
  • 케이블에 다수의 채널을 운용
  • HFC 

 

광섬유 케이블(Fiber optic cable)

• 광섬유는 비트를 나타내는 빛의 파동을 전하는 가늘고 유연한 매체이다.
• 고속 전송
  • 단일 광섬유는 초당 10 ~ 100 기가비트에 이르는 비트율을 지원 
  • 낮은 에러율
  • 전자기성 간섭에 영향을 받지 않으며, 100km까지는 신호 감쇠 현상이 매우 적고, 도정하기가 어렵다.
  • 광역 유도 전송 매체로 널리 이용, 해저 링크에 사용
  • 광 장비는 고가이므로 LAN이나 가정처럼 근거리 전송에는 이용하기 어렵다. 

 

라디오

• 전자기 스펙트럼으로 신호를 전달
• 물리적인 선로가 없음
• 전파 환경과 거리에 영향을 받는다.
  • 반사
  • 물체에 의한 방해
  • 간섭
• 주변 환경에 의한 영향들
  • 경로 손실
  • 섀도 페이딩 (신호가 먼 거리를 지나감에 따라 혹은 방해 물질을 돌아가거나 통과함에 따라 신호 강도가 약해지는 현상)
  • 다중 경로 페이딩 (간섭 물체의 신호 반사 때문)
  • 간섭 (다른 라디오 채널이나 전자기 신호 때문)
• 라디오 링크 종류들
  • 지상파 마이크로파 (terrestrial microwave)
    • 45 Mbps 채널
  • LAN (WiFi 등)
    • 11 Mbps, 54 Mbps
  • 광역 (cellular 등)
    • 3G : ~ 1 Mbps
    • 4G : ~ 10 Mbps
  • 위성 (satellite)
    • 정지 위성과 저궤도 위성
      • 정지 위성은 270 ms의 신호 전파 지연을 일으킨다