본 포스트는 작성자가 중국 북경대학교에서 23-24년도 1학기 计算机网络与Web技术 수업을 들으며 배운 내용을 복습하며 정리한 포스트입니다. 중국어, 한국어, 영어가 뒤섞인 본인이 알아보기 위해 작성한 필기를 정리하는만큼 다른분들이 읽기엔 조금 불친절할수 있습니다.

WAN 기초

WAN은 초기에는 远程网이라고 불렸다. LAN, PC와 인터넷보다도 일찍 등장한 친구다.

WAN은 站点들을 서로 연결해서 구성 가능하며, 매 站点들은 특성 수의 컴퓨터를 가지고 있다. WAN은 여러 站点의 컴퓨터를 연결하는 동시에 네트워크 성능이 어느정도 수준에 도달할 수 있도록 충분한 네트워크 용량을 제공해야 한다. LAN과 다른 점은 네트워크의 규모다.

패킷 스위치

광역 네트워크를 구성하는 기본 부품이 바로 이 패킷 스위치 되시겠다. 패킷 스위치는 한 노드에서 다른 노드로 전체 패킷을 전송할 수 있는 장치다. WAN은 패킷 스위치들이 서로 연결되어 구성되고, 컴퓨터들이 이 스위치에 연결된다.

이런 식으로. 보통 패킷 스위치끼리는 전송 속도가 빠르지만 스위치와 컴퓨터간의 전송 속도는 상대적으로 느리다.

存储/转发（store and forward）

한대의 컴퓨터만 동시간 기간 내에 프레임 송수신이 가능한 LAN과는 다르게, WAN은 많은 컴퓨터들이 동시에 패킷을 발송하는것을 허용한다. 어케 그게 가능한걸까?

기본적으로 패킷 스위치들은 WAN에서 저장 후 전달 방식을 사용한다. 우선 스위치는 패킷을 받고 사본을 스토리지에 저장해두고, 프로세서가 패킷을 검사한 후 보낼 포트를 결정해서 출력 하드웨어로 보낸다.

이 방식을 사용하면 속도가 매우 빨라진다. 만약 모든 패킷들이 하나의 기기로 전송되어야 한다면, 스위치는 이 패킷들을 줄세워뒀다가 그 기계가 준비되었을때 한번에 보내줄 수 있고, 이는 동시에 많이 전송되는 패킷들에 대해 대처할 수 있다. 패킷들은 너무 오랫동안 스위치에 멈춰있진 않지만, 많은 컴퓨터들이 동시에 패킷을 보내야 한다면 딜레이가 약간 늘어난다.

WAN에서의 주소

당연히 데이터를 주고받으니 LAN처럼 주소가 필요하다.

层次地址方案

계층 주소 체계는 하나의 주소를 두부분으로 나누는데, 위 그림처럼 첫 부분은 스위치, 두번째 부분은 해당 스위치의 컴퓨터를 나타낸다.

下一站转发技术（next-hop forwarding）

전체 경로에 대한 정보 대신, 다음 목적지에 대한 정보만 저장해두는 방식이다. 위 사진은 스위치2의 下一站정보를 보여준다. 이 정보를 저장해두는 표를 路由表（routing table)이라 하고, 패킷을 다음 스테이션으로 보내는 과정을 路由（routing）이라 한다.

여기서 源地址独立性（source independence）의 개념이 등장하는데, 패킷이 어디서 보내졌는지, 혹은 어떤 경로를 통해 왔는지는 이 방식에 영향을 미치지 않고 목적 주소만이 경로에 영향을 미친다. 때문에 컴퓨터에서 보내던, 다른 스위치에서 보내던 전달 메커니즘은 똑같고 효율적이다.

라우팅

기본 라우팅

작은 네트워크에선 상관 없는 얘기지만, 큰 네트워크에선 라우팅 테이블의 수백개 이상 항목이 중복된다. 대부분 WAN에서는 기본 라우팅이라 해서 겹치는 항목들을 위처럼 하나로 대체할 수 있게 한다. 라우팅 테이블 하나에는 하나의 기본 라우팅 항만이 있을 수 있고, 다른 항보다 우선순위도 낮다.

라우팅은 상황에 따라 업데이트되며 다시 계산되는 동적 라우팅과 스위치가 시작될때 라우팅을 계산하고 변경이 없는 정적 라우팅 두가지로 나뉜다.

라우팅 선택 알고리즘

위의 목표들을 가지고 라우팅 알고리즘을 설계한다.

그리고 평가 기준은 위와 같다. 전반적으로 용량을 덜먹고, 딜레이도 적으며 지나가는 스테이션 수도 적은게 좋은 알고리즘이라 볼 수 있다.

다익스트라 알고리즘

익숙한 알고리즘이다.

距离－矢量算法

분산 라우팅 알고리즘이다. 스위치는 주기적으로 이웃 기기들에게 라우팅 정보를 보내고 (목적지, 거리로 값 쌍으로 이루어져있음), 다른 스위치들은 이 정보를 받고 검사해서 목적지까지 원래보다 더 짧은 경로가 있으면 라우팅 테이블을 업데이트한다.

链接状态路由算法 (Link-status routing)

SPF 알고리즘 (Shortest Path First) 이라고도 한다. 이 방식에서 스위치에서 보내는 메세지는 두 패킷 스위치 간의 링크 상태 정보를 포함하고, 이는 네트워크의 모든 스위치에 브로드캐스트된다. 스위치는 이를 이용해 자체 네트워크 다이어그램을 만들고, 다익스트라 알고리즘으로 라우팅 테이블을 생성한다. 장점으로 링크 상태가 변경되면 모든 스위치가 동시에 라우팅 테이블을 업데이트 할 수 있다.

연결 기술

일반 사용자가 인터넷을 사용하려면 우선 멀리에서 데이터를 받아오는 원거리 통신 기술이 필요하고, 이제 마지막 1km에선 本地用户线路가 필요하다. 원거리 통신 기술로 전화선로, 光载体线路, 同步光网络가 있다.

인터넷 액세스 기술

위의 "마지막 1km"에 해당된다. 이 기술은 사용자와 인터넷 서비스 공급자 간의 데이터 통신 기술을 뜻한다. 보통은 받는 정보가 보내는 정보보다 훨 많기 떄문에 이를 고려해서 설계된다.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

이중 ADSL이 초반에 많이 쓰였다. 이름처럼 비대칭하게 설계되어, 정보를 보내기보다 더 많이 받을 수 있도록 최적화된 로컬 루프 기술이다. 그래서 다운스트림이 업스트림보다 비트레이트가 훨 높다. ADSL은 적응형 기술을 사용해, 한쌍의 모뎀으로 주파수 대역을 탐지하고 가장 좋은 전송 결과를 낼 수 있는 주파수 대역과 모뎀 기술을 선택한다.

현재는 CATV, HFC, FTTC등 대체 기술들이 많이 나왔다.

네트워크 소유권, 서비스 모드와 성능

프라이빗, 공용 네트워크

개별 회사, 개인이 소유 및 사용하는 네트워크는 프라이빗 네트워크고, 공용 회선 사업자가 소유하는 네트워크는 공용 네트워크이다. LAN이 대부분 사설 네트워크에 사용되고, 거의 모든 공용 네트워크는 WAN이고, 서비스 제공자가 보통 소유하고 조작한다.

프라이빗 네트워크는 소유자가 기술적인 방면에서 컨트롤이 가능해서 좋지만 크기가 커지면 설치와 유지방면에서 너무 비싸다. 공용 네트워크는 유연성이 있고 최신 네트워크 기술 채택이 가능하지만 사용자가 제어권이 없다.

VPN

사실 중국에 사는 나와는 10년 넘게 함께 해오고 있는 기술이다. 공용 및 사설 네트워크의 장점을 결합하여, 많은 站点을 가지고 있는 회사가 가상의 프라이빗 네트워크를 가지고 공용 네트워크로 정보 전송을 하게 할 수 있는 기술이다.

서비스 제공 방식

面向连接型服务（connection-oriented service，COS）

전화랑 비슷한 방식으로, 두 컴퓨터가 우선 네트워크를 통해 연결을 수립하고, 전송을 하는 방식이다. 통신 완료 후에는 연결을 중지해야 한다.

全双工이나 单工연결이 제공되고, 영구 연결은 몇개월 또는 몇년 지속되는 반면 交换式연결은 빠르거나 자동으로 설정 및 종료된다. 파이프라인처럼 모든 데이터 패킷은 순서대로 전송되고, 네트워크 혼잡으로 인해 패킷이 손실되거나 순서가 바뀌지 않는다.

无连接型服务（connectionless service，CLS

우편 시스템과 유사하다. 편지봉투에 넣어 보내는것처럼 데이터를 적합한 패킷 방식으로 포장해 목적 주소를 첨부하고, 전송한다.

각 패킷에 대한 라우팅은 네트워크가 독립적으로 선택한다. 패킷 손실과 패킷 도착 순서, 도착 시간에 대한 보장은 없다. 네트워크가 막히면 일부 패킷은 버려질수도 있다.

비교

COS는 신뢰할수 있는 통신을 보장하지만 노드 교환기가 복잡하고 비싸고, CLS는 열약한 환경에서도 작동하지만 비교적 복잡하고 처리 능력이 좋은 컴퓨터가 사용자 단말이 되어야 하고, TCP같은 프로그램/프로토콜로 신뢰할 수 있는 통신이 보장되어야 한다.

TCP/IP의 성공은 COS같은 虚拟电路서비스보단 数据报방식이 더 성공적이라는걸 증명한다.

네트워크 성능 특징

• 지연: 컴퓨터가 한 자릿수를 전송하는데 필요한 시간이다.
• 처리율 (吞吐率): 네트워가 초당 전송할수 있는 비트 수, 네트워크 용량에 대한 측정값이다.
• 抖动: 지연 시간 변화량에 대한 측정.

지연과 처리율은 독립적이지 않다. 네트워크 처리율이 용량의 100%에 육박하면 지연은 심각해진다. 처리율이고 T고 지연이 D면 네트워크에는 T*D개의 비트들의 데이터가 전송되고 있는 것이다.

X.25, 프레임 릴레이와 ATM

X.25

데이터 터미널 장치(Data Terminal Equipment, DTE)와 데이터 회로 종료 장치(Data Circuit-terminating Equipment, DCE) 간의 인터페이스 규정을 명시하여 공용 또는 전용 그룹화 네트워크에 액세스할 수 있도록 하는 프로토콜이라 한다.

DTE와 DCE사이에 가상 회로를 만들고, 패킷 전송, 링크 구축, 데이터 전송, 링크 제거, 회로 해제를 하며 오류 제어, 흐름 제어, 전송 통계등을 동시에 제거하는 것이 기능이다.

OSI 계층의 하위 3계층에 해당하고, LAPB라는 데이터 링크 계층 프로토콜이 다른 프로토콜의 데이터를 패킷에 패키징해 X.25로 전송이 가능하고, 오류 감지 및 수정이 지원된다. 신뢰 할 수 있는 COS이기에 70~80년대에 유행했다.

帧中继 (Frame Relay)

개선된 X.25 프로토콜이라 보면 된다. 위처럼 물리적 계층과 링크 계층의 핵심 기능만 있어, 트래픽 제어와 오류 수정 등은 단말기에 맡긴다. 노드간의 프로토콜을 초 간소화해서 딜레이가 많이 줄었다. 광섬유등의 발달로 에러율이 많이 낮아져서 X.25처럼 오류검사/해결 등을 안해도 되게 된 덕이다.

프레임 종류

• I 프레임 (信息帧): 유저의 데이터를 전송하는데 쓰인다. 동시에 트래픽 제어와 오류 제어 정보를 전송해서 정확한 전송을 보장한다.
• S 프레임 (监视帧): 제어 정보를 전송하기 위해 사용되고, 제어 정보들이 탑승할 I프레임이 없으면 이걸로 전송된다.
• U프레임 (无编号帧): 링크 제어 정보를 전송하고 데이터를 비확인식으로 전송하는 두가지 용도로 쓰인다.

장단점

임대 회선의 비용이 절감되고, 응용이 간편해서 좋지만 보다 빠른 액세스 링크 제공 능력 부족, 오디오 및 비디오등 멀티미디어 응용에 대한 지원 부족 등이 단점이다.

ATM (异步传送模式, Asynchronous Transfer Mode)

오디오와 비디오 모두 짧은 지연시간과 낮은抖动을 가지고, 최적의 데이터 전송에 적합한 패킷 길이를 가지게 하기 위에 생긴 방식이다.

ATM에서 모든 데이터는 작고 고정된 길이의 패킷으로 나뉘고, 이를 信元 (cell)이라 한다. 헤드 5바이트의 지출은 “信元税（cell tax）”라 불린다.

COS 방식으로, 가상 채널이 만들어져 통신하고 이후에 해제되며, ATM교환기라는 하드웨어로 네트워크가 구성되어있다. 셀이 네트워크를 통과하며 교환기가 셀의 식별자를 바꾼다.

가변길이가 아니고 셀의 길이가 고정되어서 처리율이 높아지고, 표기 스위칭을 해서 하드웨어 효율이 올라간다.

구축이 비싸고, 연결 구축에 지연이 생기며 다른 기술과의 교환성이 부족하다는 단점이 잇고, 많이 사라졌다.

광 교환기술

동시에 다양한 길이의 광파로 신호를 전송하여 100Gbps*150=15Tbps 와 같이 하나의 광섬유에 많은 양의 데이터를 전송할 수 있다. 광섬유에서 전송되는 모든 신호를 향상시키는 아날로그 장치인 광 증폭기가 상용화되어 원거리 통신도 가능하다. 광스위치로 전자식 스위칭이 가능하다.