Network Core: packet circuit switching, internet structure

Definition

• 상호 연결된 라우터들의 망, mesh of interconnected routers Switching(Packet / Circuit)

Switching(Packet / Circuit)

• Packet Switching
  • hosts break application - layer msgs into packets
  • 교안 예에서는 full link capacity 가정.
• Circuit Switching
  • source와 destination끼리의 circuit(회선) 을 할당시켜놓는다. 정해진 회선으로만 송수신.

Packet Switching

Definition, Info

• hosts break application - layer msgs into packets

작동방식: Store and Forward

• Store and Forward
  • 다음링크로 전송전에 모든 패킷이 라우터에 도착해야함.
• Tranmission delay
  • assuming L/R seconds
  • packet(양) L bits
  • rate(속도) - R bps
• 실제상황에서의 변수
  • 라우터 고장
  • 라우터 수가 많을 때
  • 라우터 configuration 등..
• Example
  • L = 10Kbits
  • R = 100 Mbps
  • one-hop transmission delay
    - 0.1 msec
    - one-hop → link 한개
    

주의요인: Queueing delay, loss

• output link queue에 arrived 한 packet이 쌓임.(적체)
  • 패킷의 arrival rate(도착속도) > transmission rate(전송속도) 일 때 적체.
• Best - buffer 이하로 packet이 들어옴 → delay 없음.
• Bad - router buffer가 overflow시 packet loss 가능
  • TCP - 재전송 - 네트워크 자원을 다시 사용 → 안좋음. 심하면 overhead 발생.
  • UDP - 그냥 넘김?

Two key network-core Functions

• Forwarding
  • local action
  • router의 input link에서 output link로 패킷 이동. → one to one
    • local forwarding table로 관리
• Routing
  • global action
  • routing algorithms
    • 패킷이 이동할 출발지-도착지 path(경로)를 결정함.
• destination(목적지)는 패킷 헤더에 있음. in 그림

Circuit Switching: Alternative to Packet Switching

Definition, info

• source와 destination끼리의 circuit(회선) 을 할당시켜놓는다. 정해진 회선으로만 송수신.
  • 사용하지 않는데도 circuit을 점유함.
    • pros: 안정적
    • cons: 자원 낭비
    • circuit(회선)은 link(실질적 연결선)과 다름. 같은 link내에서 FDM, TDM으로 구분되는 여러 circuit 존재 가능.
• no sharing
• 전통적인 전화망에 사용되었다. → DSL

FDM, TDM

• FDM, Frequency Division Multiplexing
  • 전자기파 주파수 대역폭을 각 유저마다 할당시킴.

• TDM, Time Division Multiplexing
  - 유저마다 각 시간 구간별 슬롯을 잡아놓는다. like multi threading?
  - 모든 주파수대역 사용가능 단, 정해진 슬롯 동안만
  

Is packet switching a slam dunk winner?

• “bursty” data 에 좋음 ****
  • 데이터가 갑자기 집중적으로 한번씩 소규모로 발송되는 것
  • 어떨 땐 데이터가 보내지고 어떨 땐 아님.
  • resource sharing
  • simpler, no call set upt
• cons: 극도의 congestion(혼잡)이 가능함.
  • buffer overflow로 인한 packet delay overflow
• Circuit like하게 안정된 데이터 송수신, congestion control 할 수 없을까?
  • 대역폭을 보장시키자. bandwidth guarantees for reliable flow
  • 전통적으로 오디오, 비디오 응용프로그램에서 사용

Internet Structure: “Network of Networks”

• host들은 access ISPs 을 통해서 인터넷에 연결
• access ISPs는 결국 interconnected라는 것이므로, 아무 두 host간의 packet 송수신 가능.
• Network of Networks을 만든건 매우 복잡함.
  • IXP : Internet exchange point. ISP와의 연결을 담당하는 라우터이다.
  • Tier 1은 국가기관망 또는 대형 통신사(우리나라는 KT, SKT 등)이다.
  • Google은 전세계 네트워크의 상당부분을 차지하고 있다.
• 발전과정, 블로그 참고 [ 네트워크 ] ISP structure (network of networks)
  
• 5G
  • 속도 ⬆️ 거리 ⬇️ → 필요한 기지국 개수 증가.
  • 실패함 → 28Ghz 필요 서비스 부재 → 자율주행, 홀로그램 등등