Computer Networking: A Top-Down Approach, 7th Edition의 번역 및 정리입니다.

이전 장에서는 높은 수준에서 인터넷 및 네트워킹 프로토콜에 대해 알아 봤다. 이제는 컴퓨터 네트워크의 구성 요소들에 대해 조금 더 깊이 알아보자.

종단 시스템은 호스트(host)라고도 불린다. 이들이 애플리케이션을 호스팅, 즉 실행하기 때문이다. 호스트는 또한 클라이언트(client)와 서버(server)의 두 카테고리로 구분되기도 한다.

1. Access Networks

액세스 네트워크(access network)는 한 종단 시스템을 다른 종단 시스템으로의 경로 상 첫 번째 라우터에 물리적으로 연결시키는 네트워크를 말한다.

1) Home Access

(1) DSL

오늘날 가장 많이 쓰이는 광대역 가정 접속 타입에는 DSL(digital subscriber line)과 케이블이 있다. 각 가정은 보통 지역 유선 지역 전화를 제공하는 곳과 같은 지역 전화 회사(telco)에서 DSL 인터넷 접근을 얻는다. 따라서 DSL을 사용할 경우, 사용자의 telco가 ISP가 된다.

위 그림에서도 볼 수 있듯, 각 고객의 DSL 모뎀은 전화 회사의 지역 중앙국(CO, central office)에 있는 DSLAM(digital subscriber line access multiplexer)와 데이터를 교환하기 위해, 이미 있는 전화선을 사용한다. 집에 있는 DSL 모뎀은 디지털 데이터를 받고, 이를 CO와 연결된 전화선을 통해 전송할 수 있도록 고주파 신호로 변환한다. DSLAM에서는 이렇게 각 가정에서 받은 수많은 아날로그 신호들을 다시 디지털 형식으로 바꾼다.

가정용 전화선은 데이터와 전통적인 전화 신호를 동시에 전달할 수 있는데, 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 인코딩된다.

• 고속 다운스트림 채널: 50kHz ~ 1MHz
• 중간 속도의 업스트림 채널: 4-50kHz
• 일반적인 양방향 전화 채널: 0-4kHz

다운스트림: 서버에서 로컬 기기로의 데이터 흐름
업스트림: 로컬에서 서버로의 데이터 흐름

이 방식을 이용하면 하나의 DSL 링크를 마치 별개의 세 링크를 사용하는 것처럼 사용할 수 있게 되며, 전화 연결과 인터넷 연결을 하나의 DSL 링크로 동시에 이루어질 수 있게 한다.

고객의 입장에서는 스플리터가 들어오는 신호를 전화 신호와 데이터로 구분한다. 전화 회사의 입장에서는 CO의 DSLAM이 데이터와 전화 신호를 구분하고 데이터를 인터넷으로 보낸다.

DSL 표준은 여러 전송율을 정의하고 있다.

• ITU 1999: 12Mbps 다운스트림, 1.8Mbps 업스트림
• ITU 2006: 55Mbps 다운스트림, 15Mbps 업스트림

다운스트림과 업스트림 속도가 비대칭적이고, 실제 다운스트림 및 업스트림 전송률은 이것보다 낮다. DSL 제공자는 의도적으로 계층 서비스(tiered service)에 따라 가정에서의 전송률을 제한할 수 있기 때문이다. 가정과 CO 사이의 거리, 꼬임쌍선(twisted-pair line)의 게이지, 전기적 간섭의 정도 등에 따라서도 최대 전송율은 바뀔 수 있다.

엔지니어들은 가정과 CO가 가까울 것으로 가정하고 이를 설계했기에, CO에서 5~10마일 (8~16km)보다 멀리 떨어진 가정인 경우 다른 인터넷 접근을 쓰는 게 낫다.

(2) Cable

케이블 TV 회사의 케이블 텔레비전 인프라를 사용한다. 여기서는 케이블 TV를 제공하는 회사가 인터넷 접근을 제공한다.

광섬유가 케이블 헤드 엔드를 이웃-수준 정션(neighborhood-level junction)에 연결하고, 여기서부터 개별 가정까지는 전통적인 동케이블이 쓰인다. 각 이웃 정션은 500~5000 가정을 지원한다. 광섬유와 동케이블을 모두 쓰기 때문에 HFC(hybrid fiber coax)라고도 부름

케이블 인터넷 액세스에는 케이블 모뎀이라 불리는 특수한 모뎀이 필요하다. DSL 모뎀과 같이 케이블 모뎀도 외부 장치이고, 이더넷 포트를 통해 홈 PC에 연결된다. 케이블 헤드 엔드에서는 CMTS(cable modem termination system)이 DSL의 DSLAM과 비슷하게 아날로그 신호를 디지털 형식으로 바꾸는 역할을 한다.

케이블 모뎀은 HFC 네트워크를 다운스트림과 업스트림의 두 채널로 나누는데, DSL과 마찬가지로 접근은 비대칭적이다. 보통은 다운스트림이 업스트림보다 높은 전송율을 가진다.

케이블 인터넷 액세스의 한 가지 중요한 특징은 공유 방송 매체(shared broadcast medium)라는 것이다. 케이블 헤드엔드가 보내는 모든 패킷은 모든 링크의 다운스트림 채널로, 모든 가정으로 전달되고, 가정에서 보내는 모든 패킷은 업스트림 채널을 통해 헤드엔드로 전달된다.

따라서 많은 사용자들이 동시에 다운스트림 채널에서 비디오 파일을 다운 받는 경우, 그 속도가 현저히 느려질 수 있다. 업스트림 채널도 마찬가지로 공유되고 있다. 전송을 조정하고 충돌을 피하기 위해서는 분산 다중 액세스 프로토콜이 필요하다.

(3) FTTH

DSL과 케이블 방식이 미국 가정의 광대역 접근의 85% 이상을 담당하지만, 더 빠른 방식도 있다. FTTH(fiber to the home)가 바로 그것으로, 이름처럼 CO에서 각 가정으로 직접 광섬유 경로를 제공한다.

CO에서 가정으로 광섬유를 어떻게 분배할지에 대한 기술들이 있는데, 가장 간단한 것은 CO에서 각 가정마다 하나씩 직접 연결하는 방법이다(direct fiber).

보통은 여러 가정이 하나를 공유하다, 어느 정도 각 가정에 가까워지면 여러 개의 customer-specific fiber들로 나누는(split) 방식을 사용한다. 이 분배를 수행하는 optical-distribution 네트워크 구조에도 두 가지가 있는데, AON(active optical network)와 PON(passive optical network)이다. AON에 대해서는 나중에 다루므로 패스.

위 그림은 PON 분배 구조를 사용하는 FTTH이다. 각 가정에는 이웃 분배기(splitter)를 통해 전용 광섬유로 연결되는 ONT(optical network terminator)가 있다. 분배기는 이 여러 개를 하나의 공유 광섬유로 결합해 CO의 OLT(optical line terminator)에 연결시킨다. OLT에서는 광신호와 전기신호가 서로 변환된다. 변환된 신호는 telco의 라우터를 통해 인터넷에 연결된다.

집에서 사용자는 홈 라우터를 ONT에 연결하고 이것을 통해 인터넷에 접속하며, PON 구조에서 OLT에서 분배기로 보내는 모든 패킷은 분배기에서 복제된다.

FTTH는 높은 인터넷 접근 속도를 제공할 수 있지만, 속도가 높으면 비용이 더 많이 들기 때문에 대부분의 FTTH ISP들은 서비스에 따라 여러 전송율을 제공한다.

DSL, 케이블, FTTH를 모두 쓸 수 없는 경우에 사용할 수 있는 다른 네트워크 기술도 있다.

• 위성링크의 경우 1Mbps이상의 속도를 제공할 수 있다.
• 전통적인 전화선을 통한 dial-up 접근도 가능하다.
  + DSL과 마찬가지의 방식이지만, 가정의 모뎀이 전화선을 통해 ISP의 모뎀에 연결하는 방식이다.
  + 56kbps 정도의 속도로 아주 아주 느리다.

2) Access in the Enterprise(and the Home)

기업이나 캠퍼스에서 종단 시스템을 엣지 라우터에 연결시킬 때에는 LAN이 쓰인다. LAN 기술에는 여러 타입이 있지만 이더넷이 제일 많이 쓰인다.

이더넷 사용자들은 twisted-pair copper wire로 이더넷 스위치에 연결한다. 이더넷 스위치, 혹은 그런 interconnected switch의 네트워크는 더 큰 인터넷으로 차례로 연결된다.

이더넷 액세스를 사용하면 사용자는 100Mbps ~1Gbps의 속도로 이더넷 스위치 접근 가능하며. 서버는 1Gbps ~ 10Gbps로 접근할 수 있다.

사람들 인터넷에 무선으로 접근하는 경우가 많아졌는데, 무선 LAN 세팅에서 무선 사용자는 기업 네트워크에 연결된 AP(access point)와 패킷을 주고 받으며, AP는 유선 인터넷과 연결되어 있다. 무선 LAN 접근을 위해 쓰이는 기술이 IEEE 802.11, 바로 wifi다. 오늘날에는 100Mbps를 넘는 전송율을 가진다.

3) Wide-Area Wireless Access: 3G and LTE

스마트 폰 등 휴대 전화에서 쓰이는 것과 동일한 무선 인프라를 사용한다. 이동 통신망 사업자들이 제공하는 기지국을 통해 패킷을 주고 받는다.