하향식 접근
네트워크는 크게 5개의 층으로 이루어졌다고 말한다.
물론 보는 관점에 따라 7개가 되기도 한다.
통상의 네트워크 교재들은 physical layer, 즉 스위치 라우터 같은 장비부터 거꾸로 application까지 올라가는 방식으로 네트워크를 다뤘지만, 이 교재에서는 Application에서 거꾸로 가는 방식으로 다루게 될 것이다.
인터넷이란 무엇인가?
교제에서는 이를 이렇게 정의하고 있다
First, we can describe the nuts and bolts of the Internet, that is, the basic hardware and software components that make up the Internet.
Second, we can describe the Internet in terms of a networking infrastructure that provides services to distributed applications.
인터넷이란 Intercconnected ISPs, 연결된 ISP이다. 이 ISP들은 프로토콜을 기반으로 통신하고 있으며, 로컬 ISP, 글로벌 ISP 등으로 구성되어 있다.
프로토콜이란?
통신 규약, 약속
모든 인터넷의 동작은 이 프로토콜이 관리한다
TCP/IP등이 그 예시이고, 이 글을 참고하자
인터넷의 nuts and bolts
인터넷의 구성요소들을 살펴보겠다
device
호스트 = 엔드 시스템
app이 돌아가는 장치를 의미한다. 컴퓨터, 스마트폰 등이 그 예시가 되겠다.
Packet Switches
라우터, 스위치 같은 패킷 포워딩 장비들이다
Communication Link
물리적으로 장치들을 연결하는 선이다.
네트워크 연결 케이블, 주파수 등
network
이 모든것들이 연결되는것을 네트워크라고 하고
인터넷은 네트워크들의 네트워크이다.
Network Edge / Core
edge : hosts, access network, physical media
core : packey/circuit switching, internet structure
how to connect to end system to edge router
라우터와 호스트의 연결방법은 여러개가 존재한다.
DSL
Digital Subscriber Line의 약자로 전화선을 이용한 연결이다. DSL을 모뎀에 연결해 작동한다.
이 전화선을 타고 아날로그 신호가 주고받아지고 모뎀을 통해서 디지털 데이터로의 변환 혹은 그 반대로의 변환이 이루어진다.
전화와 같은 선을 쓰기 때문에 Splitter라는 장치가 전화신호화 데이터를 구분해서 전달해줘야하고, 기지국에서는 dslam을 통해서 구분한다
하지만 전화선은 품질이 좋지 못하다.
Cable-based Access
TV 송수신 케이블을 통해서 받는다. dsl과 마찬가지로 splitter가 이를 구분한다 dsl 방식의 경우 우리집 고유의 전화선이지만, cable은 주변의 여러 가구가 공유하는 신호선이다. 따라서 케이블은 전화선보다 성능이 더 월등하다 (40~1.2 mbps downStream 속도가 나온다 (30~100 upStream))
위의 기술들은 공통적으로 Frequency Division Multiplexing 이라는 기술을 이용해서 사용 주파수 대역을 정해놓고 사용한다.
Wireless Access Network
무선접근이다. 케이블을 이용하는 방식은 케이블 설치 및 유지보수 비용 문제가 있다. 따라서 기지국에서 무선전파를 이용해 사용하는 셀룰러 방식이 존재한다.
와이파이는 좁은 지역의 개념이다
전체적인 홈 네트워크의 구성
외부에서 케이블을 타고 들어온 인터넷이 모델 -> 라우터 순으로 거치면서 각 가정에 네트워크를 연결해준다.
라우터는 그 네트워크가 외부와 통할 수 있는 유일한 게이트웨이이고 공용아이피를 부여받는다. 라우터는 자신에게 접속하는 각 기기마다 private IP를 부여해서 요청과 응답을 구분해서 관리한다.
스위치의 경우 MAC 어드레스로 이를 관리하는데 이와 관련된 것은 이 글 보자
데이터 센터 네트워크 구성
데이터 센터에는 racks라고 불리는 데이터 스토리지가 존재한다. 이 스토리지들 위에는 TOR Switch라고 불리는 총괄 스위치가 있고 이 스위치들을 연결하는 Tier1, Tier2 스위치들이 존재한다. 이 스위치들은 최소한 2개의 path로 rack에 접근할 수 있도록 설계되어 있다.
스위치
라우터가 있으면 네트워크지만, 스위치만 있다면 네트워크가 아니다.
이 글 참고
라우터는 네트워크 계층까지 있는 장비이다. 라우터의 경우 IP를 보고 패킷을 전달하기 때문이다.
스위치의 경우, 2계층이다. (물론 요즘 3-level 스위치가 있긴하다)
스위치는 network가 없기때문에, ip를 볼 수 없다. 스위치는 이에 MAC주소만 가지고 작동한다.
스위치는 뭔가 오면 mac 주소를 보고 그 mac 주소로 보내준다. 즉, 라우터랑 보는 주소가 다르고, 스위치는 아이피 주소따위 전혀 상관 안한다.
mac 주소는 전 세계 모든 인터넷 장치가 각각 다른 값을 가지고 있다.
라우터는 라우팅 프로토콜이 작동해서 보내주고
스위치는 스패닝 트리를 통해서 학습한다.
최초 상태에서는 들어온 요청을 브로드캐스팅해서 전부 뿌려버리고, 이를 받아간 주소를 기억해서 테이블에 저장한다. 이 과정을 기반으로 mac 테이블을 만들고 SPT 알고리즘을 통해 학습한다.
이 테이블 작성 전까지는 broadcasting을 해서 전체에 뿌리기떄문에 network장비라고 할 수 없다.
Transmission Delay
인터넷은 비록 빛의 속도로 움직이나, 실제로 지연이 안생기는건 아니다. 물론 지연의 원인은 다양하게 있지만, 여기서는 packet transmission delay에 대해 알아보겠다.
transmission delay란, 이동하는데 지연되는 속도가 아닌, Physical link에 올라가는데 지연되는 시간을 의미한다. 전송속도지연은 propagation delay이다.
physical link는 frequency를 가지고 작동하는데, packet이 링크위에 올라가기 위해서는 이 frequency가 일치해야한다.
즉, link trasmission rate = 전송시간 x, pc에서 라인에 올리는 시간이 되는것이다.
어차피 라인이 가진 frequency에 맞춰서 올라가기만 한다면 빛의 속도로 이동하기 때문에 propagation delay 보다는 dl transmission delay가 더 중요하다.
transmission delay에서는 L변수 R 변수가 존쟇나다.
R : link transmission rate
L : bit each
R은 링크의 전송 비율이고, L은 보내야하는 비트이다.
예시
예를들어 100bit의 패킷을 10 bps를 가지는 link를 통해 보낸다고 하자.
L은 100, R = 10이 된다.
이를 계산해보면
L/R = 100 / 10 (bits / bits/sec) = 10 sec과 같이 나온다. (단위를 꼭 신경써야 한다)
스위치가 여러개라면?
따라서 만약 라우터가 스위치를 2개를 거쳐서 받는다면,
라우터 ----- 스위치 ----- 스위치 ----- 라우터
L/R * 3 이 된다.
각 스위치는 독립적인 장비이기 때문에 각자 L/R값을 따로 가진다.
즉, transmission delay는 거리가 늘어날수록 점점 늘어난다.
