[네트워크] 컴퓨터 네트워크와 인터넷

개요

책 컴퓨터 네트워킹 하향식 접근과 전공 PPT를 공부하면서 내용을 정리하고자 합니다.

인터넷이란 무엇인가 ?

인터넷의 구성 요소

• 인터넷 : 전 세계적으로 수십억 개의 컴퓨팅 장치를 연결하는 컴퓨터 네트워크
• 호스트(종단 시스템) : 인터넷에 연결된 컴퓨팅 장치 - 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿
• 종단 시스템은 통신 링크와 패킷 스위치의 네트워크로 이루어짐
• 통신 링크는 전송률을 이용하여 데이터를 전송
• 종단 시스템끼리 데이터를 주고 받을 때 데이터를 세그먼트로 나눈 후 헤더를 붙임
• 이를 패킷이라 부르고 목적지 종단 시스템에 도착한 후 원래의 데이터로 조립
• 라우터 : 다른 네트워크에 속한 호스트들이 데이터를 교환 가능하게 만들어줌

서비스 측면

• 어플리케이션에 서비스를 제공하는 인프라 구조
• 어플리케이션은 데이터를 교환하는 많은 종단 시스템을 포함
• 이를 분산 어플리케이션이라 부름
• 한 종단시스템에서 수행되는 어플리케이션이 인터넷을 통해 다른 종단시스템에서 수행되는 어플리케이션과 데이터를 주고 받음

프로토콜

• 데이터 교환방법 규약
• TCP, IP, HTTP 등이 있음
• IP 프로토콜은 라우터와 종단 시스템 사이에서 송수신되는 패킷 포맷을 기술
• 인터넷의 주요 프로토콜을 통칭해 TCP/IP라 부름
• 둘 이상의 통신 개체 간에 교환되는 메시지 포맷, 순서, 송수신과 다른 이벤트에 따른 행동을 정의

네트워크의 가장자리

• 어플리케이션과 호스트
• 종단 시스템 : 어플리케이션을 작동시킴
• 호스트는 때떄로 클라이언트와 서버로 구분

접속 네트워크

• 접속 네트워크 (access network) : 종단 시스템을 다른 먼 거리의 종단 시스템까지의 경로상에 있는 첫 번째 라우터에 연결하는 네트워크
• 가정 접속, 기업 접속, 무선 접속등이 있음
• 가정 접속 : DSL과 케이블을 통해 연결
• 기업 접속 : 이더넷을 통해 연결

물리 매체

• 비트 : 송신기-수신기 쌍을 거쳐 전파되는 단위
• 물리 링크 : 수신기와 송신기를 연결함
• 유도 매체 : 괌섬유, TP, 동축케이블, 광섬유 케이블
• 비유도 매체 : 무선 LAN, radio

네트워크의 코어

• 인터넷의 종단 시스템을 연결하는 패킷 스위치와 링크들의 연결망
• 연결된 라우터들의 집합
• 패킷 교환, 회선 교환을 통해 데이터를 주고 받음

패킷 교환

• 송신 종단 시스템은 데이터를 패킷으로 분할
• 패킷은 통신 링크와 패킷 스위치(라우터, 링크 계층 스위치)를 거침
• 저장-후-전달 전송 방식 사용
• 스위치가 출력 링크로 패킷의 첫 비트를 전송하기 위해 전체 패킷을 받아야 함
• N개의 R bps를 지닌 링크를 통해 송신된 P 패킷의 지연 N * L / R 이다.
• 패킷 스위치는 여러 링크와 각 링크에 대해 출력 버퍼를 지님
• 도착하는 패킷이 한 링크로 전송 될 필요가 있을 때 이미 링크에서 다른 패킷이 전송되고 있다면 출력 버퍼에서 대기
• 버퍼 공간이 제한되어 있기 때문에 버퍼가 가득 차 있을 때 패킷이 오면 패킷 손실이 발생 : 도착하는 패킷 혹은 버퍼에 있는 패킷을 버림
• 패킷의 헤더에는 목적지의 IP 주소 정보가 들어 있음
• 각 라우터는 목적지 주소를 라우터 출력 링크로 매핑하는 전달 테이블을 지님

회선 교환

• 종단 시스템간의 통신을 위해 경로상에 필요한 자원(버퍼, 링크전송률)을 통신 세션 동안에 예약
• 수신자와 송신자 사이에 있는 스위치들이 연결 상태를 유지
• 연결이 되있는 동안 네트워크 링크에 일정한 전송률을 예약
• 주파수 분할 다중화 (FDM) : 링크를 통해 설정된 연결은 주파수 스펙트럼을 공유, 각 연결에 대해 주파수 대역을 고정 제공 - 대역폭(bandwidth)
• 시 분할 다중화(TDM) : 시간을 일정 주기의 프레임으로 나눈 후 각각 슬롯을 연결에 할당

패킷 교환 vs 회선 교환

• 패킷 교환이 회선 교환보다 더 효율적
• 전송 용량의 공유가 효율적이고 구현 비용이 적음
• 회선 교환은 요구와 관계 없이 링크의 사용을 할당하지만 패킷 교환은 요구할 떄만 링크의 사용 할당
• 요즘 추세는 패킷 교환으로 바뀌는 중

네트워크의 네트워크

• ISP : Internet Service Provider (인터넷 서비스 제공자)
• ISP는 계층적으로 되어 있음
• 1 계층 ISP : 국가적인 차원에서 만들어짐
• 컨텐츠 제공자 네트워크 - 구글
• 2 계층 ISP : 지역 ISP, 1계층 ISP에 연결
• 가끔씩 2 계층 ISP 끼리 통신 가능
• IXP : Internet Exchange Point
• 3 계층 ISP : 접속 ISP

패킷 교환 네트워크에서의 지연,손실,처리율

지연

• 패킷이 경로를 따라 한 노드에서 다음 노드로 전달 되면서 여러가지 지연을 겪음
• 노드 처리 지연 + 큐잉 지연 + 전송 지연 + 전파 지연 = 전체 노드 지연
• 노드 처리 지연 : 패킷 헤더 조사, 어디로 보낼지 결정, 일반적으로 msec
• 큐잉 지연 : 큐에서 링크로 전송되기를 대기, 큐의 혼잡 레벨에 따라 다름
• 전송 지연 : 패킷 - L비트, 링크 전송률 - R -> L/R
• 전파 지연 :링크의 처음부터 라우터 B까지 전파에 필요한 시간, 라우터 간의 거리를 전파 속도로 나눔
• 전송 지연은 라우터가 패킷을 내보내는 데 필요한 시간
• 전파 지연은 한 라우터에서 다음 라우터로 전파되는 데 걸리는 시간

손실

• 큐는 한정된 용량을 지님
• 큐가 가득차면 새롭게 도착하는 패킷이 손실 됨
• 손실된 패킷은 이전 노드에서 재송신 될 수 도 있고 안 될 수도 있음

처리율

• 처리율(throughput) : 송신자와 수신자 사이에 비트가 전송되는 비율
  비트/시간
• 두 개의 링크가 연결 되어 있으면 더 작은 쪽의 처리율이 적용 됨
• 병목 링크 - 종단 간 처리율을 제약하는 링크로 링크 중 속도가 가장 느린 것

프로토콜 계층과 서비스 모델

계층구조

• 각 프로토콜은 한 계층에 속함
• 한 계층이 상위 계층에 제공하는 서비스를 서비스 모델이라 칭함
• 각 계층은 계층 내부에서 어떤 동작을 수행하거나 하위 계층의 서비스를 사용
• 인터넷 프로토콜 스택은 5개 계층으로 구성됨
• 애플리케이션 -> 트랜스포트 -> 네트워크 -> 링크 -> 물리

프로토콜 스택

• 어플리케이션 : 네트워크 어플리케이션과 어플리케이션 계층 프로토콜이 있음
• Ex) HTTP, SMTP, FTP
• 트랜스포트 : 클라이언트와 서버 간에 어플리케이션 계층 메시지를 전달
• Ex) TCP, UDP
• 네트워크 : 한 호스트에서 다른 호스트로 데이터그램을 라우팅
• Ex) IP, 라우팅 프로토콜
• 링크 : 데이터를 한 네트워크에서 이웃 네트워크로 전송
• EX) 이더넷
• 물리 : 프레임 내부의 각 비트를 한 노드에서 다음 노드로 이동
• Ex) 실제 전송 매체 - TP, 동축케이블

각 계층별 데이터 : 메시지 -> 세그먼트 -> 데이터그램 -> 프레임

• OSI 모델 : 7계층으로 이루어짐 어플리케이션에 프레젠테이션, 세션 포함
• 프레젠테이션 : 통신하는 어플리케이션들이 교환되는 데이터의 의미를 해석하도록 하는 서비스 제공 , 데이터 기술, 데이터 압축, 암호화
• 세션 : 데이터 교환의 경계와 동기화 제공 - 체킹포인트와 회복 방법 수단

캡슐화

• 세그먼트 : 어플리케이션 메시지 + 트랜스포트 계층 헤더 정보
• 트랜스포트 헤더 : 오류검출 비트 + 어플리케이션 주소 정보
• 데이터그램 : 세그먼트 + 네트워크 헤더
• 네트워크 헤더 : 출발지와 목적지 주소
• 프레임 : 데이터그램 + 링크 헤더
• 각 계층에서 패킷은 헤더 필드와 페이로드 필드 두가지를 지님