네트워크: 인터넷, 네트워크의 구조 정리

 

< 인터넷이란? >

 

인터넷은 전 세계적으로 뻗어있는 네트워크망을 말한다.

 

그리고 이 인터넷을 좀 더 세분화해서 뜯어 본다면 다음과 같은 관점으로 볼 수 있다.

 

하드웨어, 소프트웨어로써의 관점과 서비스제공으로써의 관점 

 

 

 

1. 하드웨어, 소프트웨어로써의 관점

 

 

1) 연결된 수많은 컴퓨팅 기기들

 

  이렇게 연결된 컴퓨팅 기기들은 host 또는 end system이라 부른다.

 

일반적으로 어플리케이션 사용자나 서버관리자등을 생각해볼 수 있다.

 

 

2) 커뮤니케이션 링크(Communication links)

 

  end system에서 다른 end system으로 데이터를 보낼 때 거쳐야하는 링크를 의미한다.

 

링크는 fiber, copper, radio, satellite등 있고 transmission rate(bandwidth)를 사용한다.

 

링크의 종류에 따라서 대역폭은 달라진다.

 

※ bandwidth = 대역폭

 

 

3) 패킷 스위치(packet switches)

 

패킷 스위치는 링크로부터 들어오는 패킷(packets)을 받거나, 링크로 패킷을 보내는 역할을 한다.

 

여기서 패킷은 데이터 덩어리를 의미한다.

 

패킷은 크게 두가지 있는데 하나는 router, 다른 하나는 link-layer switches가 있다. 

 

router는 네트워크 코어로써 사용되며

link-layer switch는 네트워크 접근시에 사용된다. 

 

 

이렇게 한 end system에서 다른 end system을 데이터를 보낼 때

데이터는 링크와 패킷스위치를 거친다.

 

여기서 ISP(Internet service providers)가 패킷 스위치이며 

global ISP, regional ISP를 통해서 우리들에게 더 빠른 서비스를 제공한다. 

 

 

 

※ 프로토콜

 

호스트, 패킷 스위치, 다른 인터넷 사이들이 정보를 주고 받기 이전에 

어떠한 통신 규약을 따르며 communication한다. 

 

이를 프로토콜이라 하는데 프로토콜이란

인터넷 안에서 정보들을 주고 받는 것을 컨트롤하는 통신규약이다. 

 

Transmisson control protocol과 Internet protocol이 있는데

종합적으로 인터넷의 기본 프로토콜이라 하며 TCP/IP라 한다. 

 

그리고 이러한 프로토콜에 대한 문제를 디자인하고 해결하는 

Internet standards가 있으며 RFC와 IETF가 있다. 

 

 

 

 

 

2. 서비스제공으로써의 관점 

 

인터넷을 서비스 제공으로써의 관점으로 보면 어플리케이션에 서비스를 제공하는 인프라다.

 

우리가 일상에서 사용하는 모든 것들, 이메일, 웹서핑, 메시지등을 말한다.

 

 

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<Network Edge>

 

네트워크 구조는 다음과 같이 나누어진다. 

 

 

 

1. Network edge

 

edge는 말 그대로 끝부분, 즉 end system을 의미한다.

 

end system은 clients와 servers로 나뉘며 servers들은 주로 data centers에 있다. 

 

일반적으로 클라이언트는 데스크탑, 모바일 pc, 스마트폰

 

서버는 웹 페이지, 비디오, 이메일등이며 이러한 서버들은 데이터 센터에 보관되어 있다. 

 

 

2. Access networks

 

end system에서 첫번째 라우터(edge router)까지 연결되어 있는 네트워크 링크를 의미한다. 

 

 

3. Network core

 

상호 교차된 라우터, 이를 네트워크의 네트워크라 한다. 

 

 

 

 

 

그리고 이 Access networks에서는 용도에 따라 연결방식이 나뉜다.

 

Access network란?

 

 

1) Digital subscriber line(DSL)

 

목소리와 데이터를 central office로 보내는 링크다.

 

central office 안의 DSLAM은 목소리와 데이터를 받아 이를 구분해서

인터넷에 데이터를 보낸다. 

 

거주 지역마다 전형적으로 DSL internet access를 가지고 있으며

DSL 모뎀은 데이터를 교환하기 위해 telephone line을 사용한다.

 

이런 과정들을 통해서 전화도 할 수 있고, 인터넷도 사용할 수 있는 것이다.

 

 

 

2) Cable network

 

cable modem을 통해서 데이터를 보내며 HFC(hybrid fiber coax)에서

두 개의 channel로 나누어서 보낸다.

 

downstream과 upstream을 이용하는데  

headend에서 보내진 packet들은 downstream,

집에서 보내진 packet들은 upstream을 통해 headend로 이동한다. 

 

cable network에서는 CMTS가 DSLAM 역할을 수행한다. 

 

 

 

3) Home network

 

 

 

 

4) Enterprise access networks (Ethernet)

 

주로 기업이나 대학에서 사용된다. 

 

이더넷은 LAN이 있음에도 불구하고, 가장 효과적인 access 기술이다.

 

이더넷 사용자들은 wire를 통해 이더넷 스위치와 연결되어 있고

이더넷 스위치는 더 큰 인터넷과 연결되어 있다.

 

 

 

5) Wireless access networks

 

크게 LAN(Local area network)와 WAN(Wide area network)로 나뉜다.

 

LAN사용자들은  이더넷을 사용하는 기업의 네트워크에 연결되고

이것들은 차례로 다른 인터넷에 연결된다.

하지만 가용거리는 10m안이며 우리가 흔히 아는 WiFi가 이에 속한다.

 

WAN은 쉽게 말하면 어디에서나 사용할 수 있는 3G, LTE를 말한다.

 

현재는 많은 가정에 LAN과 Broad residential access(DSL 이나 cable modem)가

구비되어 있기 때문에 강력한 홈 네트워크를 이룬다. 

 

 

 

※ 패킷 전송 딜레이(packet transmission delay)

 

호스트가 패킷 스위치에 패킷을 보낼 때 걸리는 시간

 

호스트는 어떠한 메시지를 보낼때 이를 L비트의 패킷들로 쪼갠다.

 

그리고 패킷들은 transmission rate R로 전송되어진다.

 

여기서 패킷 전송 딜레이(packet transmission delay)는 

L(bits) / R(bits/sec)로 나타낼 수 있다. 

 

 

 

※ Physical media

 

비트(bit) : 전송, 수신 사이에서 전파되는 것

guided media : 고체의  미디어 즉 copper, fiber, coax를 통해서 움직이는 신호를 이용하는 미디어

unguided media : 자유롭게 움직이는 신호를 이용한 미디어 ex)라디오

Twisted pair(TP) : 2개의 단열된 구리선

coaxial cable : 양방향성 동축 케이블

fiber optic cable : 빛을 이용한 광섬유 케이블

 

 

 

 

 

Network Core란?

 

네트워크 코어란 상호연결된 라우터들로 이루어진 망이다. 

 

패킷들이 이 네트워크 코어로 들어가기 위해서는 

패킷 스위칭(packet-switching)이나 서킷 스위칭(circuit switching)이라는 과정을 거쳐야 한다.

 

 

 

1. 패킷 스위칭(packet switching)

 

패킷 스위칭이란 호스트가 application-layer message를 packets으로 쪼개는 것

 

그리고 이후에 패킷들은 패킷 스위치로 이동한다.

 

이때 L bit의 패킷을 Rbps로 보낼때 L/R만큼의 딜레이가 생긴다. 

 

패킷 스위치는 output buffer에서 앞으로 나갈 패킷들을 저장한다.

 

라우터에 도착한 패킷이 링크로 전송되어야 할 때, 이미 다른 패킷이 

전송중이면, 도착한 패킷들은 output buffer에서 기다려야한다. 

이를 queuing delay라 한다. 

 

그리고 queuing delay가 maximum이 되어 버퍼가 full 상태일때, 

도착한 패킷은 drop 되거나 이미 줄을 서고 있는 패킷이 drop될 수 있다.

이것을 loss라고 한다. 

 

 

 

※ 라우팅(routing)과 포워딩(forwarding)

 

라우팅 : 라우팅 알고리즘에 의해 패킷이 어디로 갈지 정해지는 단계

포워딩 : 라우팅 알고리즘에 의해 destination이 정해진 패킷이 정해진 경로를 따라 움직이는 단계

 

 

 

2. 서킷 스위칭(circuit switching)

 

패킷 스위칭과 다르게 버퍼의 자원을 미리 예약을 해둔 후 패킷을 보내는 방법

 

이 서킷이 만들어질 때 커넥션 기간동안 transmission rate가 미리

정해지기 때문에 보장된 transmission rate를 사용할 수 있다.

 

하지만 너무 사용되지 않는다면 비효율적일 수 있다. 

 

 

 

3. 패킷 스위칭 vs 서킷 스위칭

 

패킷 스위칭의 경우 서킷 스위칭보다 더 많은 user들에게 네트워크 사용을 

할당할 수 있다. 많은 데이터에 있어서 효율적이므로 간단하고 비용이 덜 든다.

 

하지만 데이터가 일정하게 발생하거나 신뢰성 있는 data transfer가 

필요할 때는 서킷 스위칭이 더 효율적이다. 

 

 

 

4. 인터넷의 구조(network of network)

 

End system은 access ISP(Internet service providers)를 통해 인터넷에 연결된다.

 

access ISP는 이외에도 수많은 host들을 인터넷에 연결시키기 위해 서로 연결되어 있다. 

 

수많은 host를 연결하려면 수많은 ISP 또한 필요하고 

이를 위해 Global ISP를 만든다.

 

access network가 소비자라면 Global ISP는 하나의 기업이라 생각할 수 있다. 

 

또한 서로 다른 Global ISP는 IXP(Internet exchange point)를 통해 연결된다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

※전공 공부용을 작성했습니다. 

출처: computer networking a top down approach