Network

“몇 개의 독립적인 장치가 적절한 영역 내에서 적당히 빠른 속도의 물리적 통신 채널을 통하여 서로가 직접 통신할 수 있도록 지원해 주는 데이터 통신 체계”

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers:국제 전기 전자 공학회)

• Network = Net + Work
  • 컴퓨터들이 통신 기술을 이용하여 그물망처럼 연결된 통신 이용 형태

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Internet

“network of networks” → 네트워크 간의 연결

“Interconnected ISPs”

• ISP (Internet Service Provider) : Internet service를 파는 사업체
  • ISP+NSP : KT, SKT, LGU+
  • ISP only : LG헬로비전(알뜰폰 사업자)
• NSP (Network Service Provider) : Network infrastructure를 파는 사업체
  • KT, SKT, LGU+ : 네트워크 망을 임대

Internet의 구성 요소

Network Edge	Access Network	Network Core
Hosts : client & servers	Wired/wireless communication links	Interconnected routers

추가 지식 : IoT

• 핵심 요구사항 : low power & high connectivity
• 5G가 복잡하고 power 소비가 많아서 LPWAN (예, LoRa, SigFox) 기술들이 IoT를 위해 개발됨
• BUT, 최근 5G를 저전력으로 사용할 수 있도록 변경하여 IoT 서비스 지원하는 통신사가 등장함

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Protocol

“컴퓨터나 원거리 통신 장비 사이에서 메시지(데이터)를 주고 받는 양식과 규칙의 체계”

• 프로토콜은 두 소프트웨어 모듈 사이의 동작을 정의한 것
  • 동작 종류
    • 주고 받는 메세지의 형식과 순서 (format & order)
    • 주고받기 전후 해야할 일 (action)
  • 두 소프트웨어는 반드시 같은 계층에 속한 모듈
    • 호스트 A의 L4 계층 소프트웨어 ⇔ 호스트 B의 L5 계층 소프트웨어 X
• 엔드 시스템, 패킷 스위치, 인터넷에서의 다른 조각들은 protocol을 운영

Protocol의 구성 요소

1. format
   • 메시지 내에 어떤 메시지가 보내는 사람 IP 주소인지, 아니면 목적지 IP 주소인지 구분할 수 있는 형식을 정의하는 것
2. order
   • 메시지를 주고 받는 순서
3. action
   • 메시지를 보내거나 받을 때 취해야 할 행동

     ex) 
     	- 보내는 쪽에서 메시지를 적당한 크기로 잘라서 보내야 한다
     	- 받는 쪽에서는 메시지가 잘라져서 오기 때문에 합쳐야 한다
     	- 메시지에 에러가 포함되어있는지 확인을 한다

TCP/IP

• 인터넷의 근본 프로토콜 (가장 중요함) : TCP/IP
• TCP (Transmission Control Protocol)
• IP (Internet Protocol)
  • 엔드 시스템과 라우터 사이에서 주고받는 패킷의 유형을 구체화

Internet standards

• IETF (Internet Engineering Task Force) : L3/4/5 프로토콜 표준화
  • RFC (Request for comments) : IETF가 만드는 문서의 이름 (프로토콜은 RFC 문서로 정의되어있음)
• IEEE : L2 프로토콜 표준화

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여기부터 조금씩 수정 중

Access Network

“Wired / wireless communication links”
※ 인터넷 사용자(host)를 인터넷에 연결된 다른 access network의 host로 연결해 주는 첫번째 라우터까지를 포함한 네트워크

• 형태 : fiber, copper, radio, satellite
• link capacity
  • transmission rate : bandwidth (대역폭)
  • 단위 : bps = bits per sec

End System - Edge Router의 연결 방식

위치	네트워크 종류
집	Residential Access Network
학교, 회사, 기관	Institutional Access Network
기지국	Mobile Access Network

Access Network의 종류

Residential network

≈ home access network

1. DSL (Digital Subscriber Line)

• DSL은 dedicated line을 이용
  • 각 집에서 CO의 DSLAM으로 따로 연결이 되어 있어 다른 집과 데이터가 공유되지 않아 충돌하지 않음
• DSL modem은 CO에 위치한 DSLAM(Digital Subscriber Line access multiplexer)과 데이터를 교환하기 위해 기존 전화선(꼬임쌍선형식; Twisted pair copper wires)을 이용

  • DSL modem

    • 컴퓨터의 디지털신호를 아날로그신호로 변환

  • splitter

    • DSL modem을 거쳐 온 컴퓨터의 데이터와 전화의 음성을 서로 다른 주파수로 CO의 DSLAM에 보냄

      전화	telephone net; PSTN	음성
      인터넷	Internet	데이터

• 전송률 : asymmetric
  • upstream : 사용자 딴에서 보내는 데이터 (업로드); 전송률 낮음
  • downstream : 사용자 딴에서 받는 데이터 (다운로드); 전송률 높음 (다운로드 빈도 수가 더 많아서)
• ADSL은 집과 CO까지의 거리가 멀수록 데이터 속도(bps)가 떨어짐
  

2. HFC (Hybrid fiber coax)

• Cable Network

• exploits cable TV network

  • Coaxial cable
  • Optical fiber cables

• 여러 집이 coaxial cable의 속도를 하는 기술

• CO쪽에는 fiber가 사용되어 hybrid fiber coax라고 함

• 케이블망이 활성화 되지 않아 국내에서는 크게 성장하지 못함

• asymmetric: up to 40Mbps~1.2Gbps downstream
  transmission rate, 30~100 Mbps upstream transmission rate

• network of cable, fiber attaches homes to ISP router

  • homes share access network to cable headend
  • unlike DSL, which has dedicated access to central office

3. FTTH (Fiber To The Home)

• uses optical fiber cables up to home to provide Gbps

• 국내에서는 2005년 KT에서 FTTH라는 이름으로 서비스를 시작하였으나, 아파트 관리사무소(혹은 아파트동)까지만 fiber가 들어오고 집과 관리사무소 사이는 Ethernet 기술을 사용하는 (이를 광랜 서비스라 함) 즉, FTTB (Fiber To The Building) + Ethernet to Home 도 있음

• Provides an optical fiber path from the CO directly to the home.

  • Potentially provide Internet access rates in the gigabits per second range.

• Two optical-distribution network (ODN) architecture

  • Active Optical Network (AON) – switched Ethernet
  • Passive Optical Network (PON) – passive Splitter

4. 5G FWA (Fixed Wireless Access)

• provides Gbps with less rollout costs and lower OPEX.
• Significantly lower rollout costs, and lower OPEX.
• Used as a way to expand the edges of their current service footprints with a reliable, cost-effective approach
• offers up to Gbps broadband experience, helping operators
  provide fiber-like broadband services.

Enterprise network

1. Ethernet (wired access)

• L2 프로토콜
• L2 switch가 있음
• 주요 사용처 : 회사, 학교
• mix of wired, wireless link technologies, connecting a mix of switches and routers
• 속도
  • Fast Ethernet (FE) 10/100 Mbps
  • Gigabit Ethernet (GE) 1/10/100/1000 Gbps

2. Wi-Fi (wireless access point)

• shared wireless access network connects end system to router
• via base station aka “access point”
• Wireless local area networks (WLANs)
• typically within or around building (~100 ft)

Mobile network

3G,4G/LTE,5G

• wide-area wireless access
• provided by telco (cellular) operator, 10’s km

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Network Edge

“Hosts : client & servers”
※ servers는 보편적으로 data centers에 위치

Host

• ≈ end system, end node, terminal, station
• 네트워크 트래픽을 생성/소비하는 장비
• Packet 단위로 데이터 전송
  • Packet이란?
    • Internet의 데이터 전송 단위
    • Large Message(msg) = Multiple Small Packets(pkts)
  • Transmission Delay (L-bit pkt, transmission rate R)
    • (L-bit)/(R bps) = L/R sec
• 각기 다른 목적을 수행하기 위해 network apps 실행

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Network Core

“Interconnected Routers”

Router

• router (layer1/2/3)
• L2-switch (layer 2/2)
• L3-switch(L2-switch + routing - WAN: VLAN을 지원하기위해 LAN 안에서 사용됨.)
  • 두 개의 host 사이의 통신(데이터 교환)을 위해 "delivering (end) user data"를 목표로 하는 네트워크 장비들임

Core Networking 기술 : C.S vs. P.S

Circuit Switching

• End-to-end transmission delay for transmitting one message (=3 L-bit pkts) over four R bps link is NOT (3 x (L/R)) x 4 sec since multiple packets belonging to the same message are transmitted in parallel in core network.

Packet Switching

• Basic operation of packing switching network : store and forward

  1. Store (L bits) in an input buffer
  2. checking the forwarding table to find the output link via which the packet will finally arrive at its destination computer.
  3. forwarding the L-bit packet to the output buffer of the output link
  4. may be waiting in the output buffer (this is queueing delay)
  5. transmitted ( L/R sec delay incurred for transmission )

• Routing v.s. forwarding in the packet switching network

  1. Routing is to determine the e2e path  by exchanging control messages among routers.

     from a source host to a destination host

  2. Forwarding is to switch a packet at ONE router using the forward table (Forwarding Information Base, FIB).

     from an input port to an output port

Transmission Delay

• Transmission delay for transmitting a L-bit packet over a R bps link = (L-bit)/(R bps) = L/R sec
• Transmission delay for transmitting one message (=3 L-bit pkts) over a R bps link = 3 x (L/R) sec
  

Internet Structure

• Internet structure: multi-tier hierarchy
  1. Two ways of connecting different networks (usually different ISPs): IXP and Peering
  2. What is Point of Presence (PoP)?
  3. What is the advantage of a multi-homed network?
• Content Provider Network (CPN) or Content Delivery/Distribution Network (CDN)

  1. CPN and CDN are compatible, but CDN is more widely used.

  2. The goal of CDN is  which content users feel

     to reduce latency

     by wisely locating caches (usually closer to users)