1. 인터넷이란 무엇인가?

• 1.1 구성 요소로 살펴보는 인터넷

인터넷은 전통적으로 서버와 워크스테이션, PC에만 연결되는 것 쯤으로 여겼졌다. 하지만 이는 이제 진부한 개념으로 모든 것이 연결되게 되었다. 이렇게 연결된 네트워크에서 모든 장치들은 호스트 혹은 종단 시스템(end system) 이라 불린다.

이런 종단 시스템들은 통신 링크(communication link) 와 패킷 스위치(packet switch) 를 통해 네트워크로 연결된다. 이런 연결은 동축 케이블, 구리선, 광케이블과 같은 물리적 매체를 통해 이루어진다. 그리고 데이터들의 속도를 따지는 전송률(transmission rate) 이 있는데, 단위는 bps(bit per second) 다.

패킷 스윗치로는 라우터(router), 링크 계층 스위치(link-layer switch) 가 있다. 이들의 목적은 패킷의 전송으로 링크 계층 스위치는 액세스 네트워크에 쓰이고, 라우터는 네트워크 코어에 쓰인다. 코어 망과 액세스 망에 대해서는 나중에 좀 더 자세히 다루겠다.

종단 시스템(일반적으로 우리가 사용하는 PC)은 ISP(internet service provider) 를 통해 인터넷에 접속하며, 각 ISP는 패킷 스위치와 통신 링크로 이루어진 네트워크다. 이 네트워크 통신에는 규약이 존재하는데, 이를 프로토콜(protocol) 이라고 한다. 그 예시로 유명한 것으론 TCP/IP 가 있다. IP 프로토콜은 라우터와 종단 시스템 사이에서 송수신되는 패킷 포맷을 기술한다.

• 1.2 서비스의 측면에서

인터넷은 여러 애플리케이션에게 연결 서비스를 제공하는 인프라이기도 하다. 그래서 SNS, 스트리밍, 온라인 게임과 같은 애플리케이션을 분살 애플리케이션(distribution application) 이라고도 한다. 이는 많은 종단 시스템을 포함하고 있기 때문이다. 여기서 소켓 인터페이스(socket interface) 를 통해서 프로그램끼리 데이터를 주고받는다.

• 1.3 프로토콜에 대해서

프로그램끼리 데이터를 주고 받기위해서는 사전에 정의된 규약이 있어야 한다. 그렇지 않으면 어떤 형식의 데이터이며, 어떻게 처리해야 할지 알수가 없기 때문이다. 그래서 프로토콜은 둘 이상의 통신 개체간에 교환되는 메세지의 포맷과 순서, 다른 이벤트에 따른 행동들을 정의한다.

프로토콜에 대한 좀 더 자세한 정보는 여기를 참고바란다.

2. 네트워크의 가장자리

• 2.1 접속 네트워크

오늘날 널리 보급된 광대역 가정 접속 유형은 DSL(digital subscriber line - 디지털 가입자 회선) 이다. 이는 주로 텔코(Telco - Telecom Company, 통신사) 에 의해 보급된다. 각 DSL 모뎀은 텔코의 지역 중앙국(Central Office) 에 위치한 DSLAM(digital subscriber line access multiplexer - 디지털 가입자 회선 접속 멀티플렉서) 와 데이터를 교환한다. 여기서 DSL은 기존의 전화선인 꼬임쌍선을 이용하여 데이터를 주고받는다. 케이블 인터넷은 기존의 케이블 TV를 기반으로 하여 광케이블과 동축케이블을 사용하여 데이터를 주고 받는다.

데이터 통신에 널리 사용되는 물리매체는 다음과 같다.

• 꼬임쌍선 ← 가정에서 널리 쓰이는 매체
• 동축 케이블
• 광섬유
• 지상 라디오 채널 ← 전파기 스펙트럼 매체
• 위성 라디오 채널

3. 네트워크 코어

• 3.1 패킷교환

대부분의 패킷 교환은 저장 후 전달 전송(store and forward transmission) 방식을 사용한다. 따라서 라우터는 한 개의 패킷을 버퍼에 저장 한 후에 목적지로 송신을 한다. 수신이 완료된 패킷은 출력 버퍼 에 저장 된 다음에 전송 되는데, 이때 출력 작업이 진행중이면 대기를 해야한다. 이를 큐잉 지연 이라고 한다.

그런데 출력 버퍼가 가득차서 패킷을 더 이상 저장 할 수가 없다면, 패킷은 버려지게 된다. 이를 패킷 손실(packet loss) 라고 한다. 패킷의 헤더에는 목적지인 IP 주소가 포함되어 있는데, 라우터는 이 IP 주소를 출력링크에 맵핑하는 전달 테이블(forwarding table) 을 가지고 있다.

• 3.2 회선교환

링크와 스위치를 이동하는 방식에는 회선 교환(circuit switching), 패킷 교환(packet switching) 이라는 두가지 방식이 있다. 이러한 회신 교환을 하는 동안에 경로상 필요한 자원들이 할당 된다. 이 방식의 전통적인 예가 전화망인데, 전화를 하면 송수신자 간에 연결이 유지되어야 한다. 이런 연결 유형을 회선(circuit) 이라고 한다.

회선 방식에서는 할당 된 자원이 었어서 일정한 속도를 보장받는다. 이런 회선 교환의 방법으로는 주파수-분할 다중화(frequency-division multiplexing - FDM), 시-분할 다중화(time-division multiplexing - TDM) 가 있다.

• 3.3 네트워크의 네트워크

1개의 ISP가 모든 네트워크를 연결하는 일은 불가능하다. 따라서 ISP들끼리 연결되는 네트워크가 필요하며, 이러한 서비스를 제공하는 ISP가 있다. ISP에도 계층이 존재하는데, 1~3 계층으로 나뉜다. 이를 네트워크 구조3(글로벌 ISP, 지역 ISP, 접속 ISP)라고 한다.

네트워크 구조3에 2가지 계층이 더 추가되기도 하는데, 그 2가지는 IXP(internet exchange point), 콘텐츠 제공자(예: Google, Youtube) 다.