[네트워크] 1. Introduction(Internet & network edge)

Junseo Kim·2019년 10월 15일
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What is the Internet?

inter + network 가 합쳐진 말이 internet이다.

네트워크란?

  • 망, 통신망을 뜻한다.
  • 정보를 전달하기 위해 여러 device들을 연결시켜준다.
  • ex) Telephone network(PSTN: Public Switched Telephone Network), Internet, cable network, N-ISDN(Narrow Integrated Services Digital Network: 좁은 범위의 종합정보 통신망), B-ISDN(Broadband Integrated Services Digital Network: 넓은 범위의 종합 정보 통신망) etc
  • 각 통신망마다, 정보, 트래픽 특성이 다르기 때문에, 요구를 만족시키기 위해 네트워크 종류가 많다.

ISP: Internet Service Provider

  • ex) mobile network, global ISP(국가, 국제단위), home network, regional ISP, institutional network(학교, 회사)

hosts: end system 이라고도 하며, 네트워크 앱을 실행시키는 여러 단말 기기들을 말한다.

  • ex) PC, Server, wireless laptop, smartphone

communication links: 두 개 이상의 물리적 장치를 직접 연결해주는 것이다.

  • ex) fiber, copper, radio, satellite
  • transmission rate(전송속도: 시간축(초당 몇 개)) vs bandwidth(주파수) -> transmission rate이 빠르다 = bandwidth가 넓다.

link vs path

  • link: 기기를 연결하는 최소단위
  • path: link가 모여 출발점에서 도착점까지의 link 모음, 경로

라우터(Router) or 스위치(switches): 패킷(정보)들을 목적지까지 전달해주는것. 최적의 길을 찾아줌

Internet

  • 네트워크들을 연결한 네트워크
  • 독립적으로 연결된 일련의 네트워크
  • 계층구조는 약하다.
  • gateway: 각 네트워크 간의 연결방식을 맞춰줘야함
  • protocol: TCP/IP -> 네트워크 간의 연결을 ip로 해준다. -> 각각 방식이 다른 네트워크 위에 common layer로 ip를 두고 ip로 네트워크들을 연결시켜준다. -> ip는 아무거나 호환이 가능하며, 밑의 layer층에 요구하는 것이 없다. but 한계점도 존재한다.
  • internet standard:
    1. IETF(Internet Engineering Task Force)
    2. RFC(Request Engineering Task Force):회의를통해 공식적으로 결정된 것. 표준도 있고, 표준이 아닌 것도 있음
  • 분산된 어플리케이션을 가능하게 한다.(Web, email, games, e-commerce, file sharing)
  • internet이 app에 제공하는 2가지 서비스
    1. UDP(connectionless): 연결 전(정보 보내기 전) 사전 조작 필요 없다. / 신뢰성이 보장되지 않는다.(정보 손실이 가능하지만, 사용자에게 알려주지 않는다.)
    1. TCP(connection-oriented): 연결 전(정보 보내기 전) 사전 조작이 필요하다. / 신뢰성이 보장된다.(정보 손실이 일어나지 않는다.)
  • 인터넷은 서비스의 질을 보장하지 못한다.-> 주고받는 상황(interactive)에 문제 발생
    1. delay(time): 정보를 보내면 언제까지 도착한다는 것을 보장하지 못함(ex 인터넷 전화: 어떨 땐 잘되고 어떨땐 안됨)
    1. bandwidth(throughput): 초당 얼마를 보내고 싶어도 인터넷은 그게 보장되지 않는다. (ex 인터넷으로 동영상 볼 때: 어떨 땐 잘되고 어떨땐 안됨)
    -> IP 때문에 발생하는 문제이다.( 일정량의 트래픽이 안 들어오면 실행되지 않음)

프로토콜(protocol)

통신을 하고자 할 때, 정보를 교환할 때 지켜야 할 룰과 절차(전 세계적으로 통신해야하기 때문에, 공용된 언어를 사용)

  • 메세지의 구성, 교환 순서, 전송 시 action 등 정해놓은 규약

Network structure

Network edge

host: client(요청하는 쪽) & server(요청 받는 쪽) / p2p(서버 클라이언트 구분 x)

  • server: 데이터센터를 말하기도 하며, 하드웨어 개념으로 사용될 수도 있고, 소프트웨어 개념으로 사용될 수도 있다.

Access network

각각 네트워크를 연결하는 것

대부분의 문제가 발생하는 곳이다. 다른 네트워크가 아무리 빨라도 연결 자체가 늦어지면 늦어진다. 공유 시 속도가 늦어진다.

  • ex) wired, wireless communication link

Home(residential) access net

  • Dialup via modem
    - router를 통해 56kbps까지(더 작을 수 있다) direct access
    - surf와 phone을 같이 사용할 수 없다.
  • DSL(Digital Subscriber Line)
    - 존재하는 local loops를 이용하여 high-speed의 디지털 소통을 한다.
    • internet과 phone 동시에 사용 가능
  • Cable
    - FDM(frequency division multiplexing): 다른 주파수 대역에서 전송되는 다른 채널
  • HFC(Hybrid fiber coax)
    - downstream: 30Mbps 까지
    • upstream: 2Mbps 까지
    -> 비대칭
  • FTTH(Fiber To The Home)

Enterprise access net

  • end system과 edge 라우터를 연결하는 회사/대학교 LAN(local area network)

Wireless access net

  • end system을 라우터에 연결하는 공유 무선 엑세스 네트워크(shared wireless access network)
  • ex) wi-fi, lte(3G, 4G)

Physical Media

  1. guided media: wired(copper, fiber, coax), 가는 길을 알려줌
    • TP(Twisted Pair):선을 꼬아놓은 이유 -> 신호를 보낼 때, 신호의 전압 차이에 의해 0,1 이 결정, 꼬아져있으면 외부에서 노이즈가 들어와도 선 끼리 같은 영향을 받음. 붙어 있을수록 외부의 간섭을 줄일 수 있음
      - UTP(Unshielded Twist Pair): 대부분 사용(이더넷 케이블)
      • STP(Shielded Twist Pair): 도체(알루미늄호일)을 감아놓음 , stp는 비싸서 잘 사용하지 않음
    • coaxial cable: 두 개의 동심원 구리 conductor(outer conductor(shield) / inner conductor)
      - baseband: single channel, modulation x
      • broadband: multiple channel, modulation시켜 주파수를 다른 곳을 옮김
    • fiber: fiber optic cable(광섬유)
      • ultra high bandwidth
      • 낮은 error rate(전자기에 민감하지 않다)
      • 잘 가늘어지지도 않는다.
  1. unguided media: wireless(radio)
    • radio
      - wire 방식에 비해 noise가 많이 발생한다.

Send Packet

  1. message를 작은 부분(packet)으로 쪼갠다. packet의 길이: L bits
  2. access network를 통해 packet을 전송한다. transmission rate(전송속도): R
  • link transmission rate = link capacity = link bandwidth

=> packet transmission delay = time needed to transmit L-bit packet into link = L(bits) / R(bits/sec)

physical media: basic theorem

  1. Nyquist Theorem
    • noiseless channel의 최대 data rate 표현
    • maximum rate = 2B log 2 V bits/sec (B=bandwidth / V=the number of discrete levels of each symbol)
  2. Shannon Theorem
    • random noisy channel의 최대 bit rate
    • max bit rate = B log2 (1+S/N) bits/sec (S/N: signal to noise 비율)
    • noise가 커지면 0.1 과 0.000001 구분 하지 않는다
    • noise가 작아지면 0.1과 0.000001 구분 한다.

각 이론의 식에서 log 다음에 오는 2는 로그의 밑**이다.

Q: If a binary signal is sent over a 3-kHz channel whose signal-to-noise ratio is 2-dB, what is the maximun achievable data rate?

  • By Nyquist theorem
    - 2B log 2 V
    • B = 3-kHz
    • V = 2(because binary signal)
    • 2 3k 1(log2 2) = 6kbps
  • By Shannon theorem
    - B log2 (1+S/N)
    • B = 3-kHz
    • S/N dB = 20 = 10 * log10(S/N), S/N = 10^2
    • 3k * log2(1+100) = 19.97kbps

Network core

서로 연결된 router, network의 network라고 볼 수 있다.

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