인터넷의 기본 요소
• 호스트(Hosts)
인터넷에 연결된 모든 컴퓨팅 장치, Internet’s edge에 위치
ex. PC, 서버
• 패킷 스위치(Packet Switches)
패킷을 받아서 목적지 방향으로 전달해 주는 역할을 하는 장치
ex. router, switch
• 통신 링크(Communication links)
패킷이 오가는 경로를 실제로 연결해 주는 매체
ex. fiber, copper, radio, satellite
각 링크마다 데이터 전송 속도(bandwidth)가 다름
• 네트워크(Networks)
device(host), router, link가 상호 연결된 집합
여러 조직이 각각 관리하는 개별 네트워크들이 상호 연결되어 전 세계적으로 하나의 인터넷을 형성
• Internet : “network of networks”
ex. 가정이나 회사의 네트워크 → 지역 ISP(인터넷 서비스 제공업체) → 더 큰 규모의 ISP → 다른 국가의 ISP
• 프로토콜(protocol)
데이터를 주고받을 때 어떤 형식으로, 어떤 순서로, 어떻게 오류를 처리하고 어떻게 연결을 끊을지 등을 정해 놓은 규칙
- HTTP (웹): 웹 브라우저와 웹 서버 간 통신 규칙
- TCP, IP: 인터넷의 기본 전송/네트워크 계층 프로토콜
- WiFi, 4G, Ethernet: 물리/링크 계층에서 데이터를 전송하기 위한 표준 기술
인터넷에서 데이터가 오가는 모든 과정에 걸쳐, 여러 계층(layer)의 프로토콜이 사용됨
- 애플리케이션 계층: HTTP, SMTP, FTP, Skype
- 전송 계층: TCP, UDP
- 네트워크 계층: IP
- 링크 계층: Ethernet, WiFi, 4G, 5G 등
• Internet Standards
IETF(Internet Engineering Task Force)
: 인터넷 관련 기술 표준(TCP/IP, HTTP)을 개발하고 관리하는 국제 단체
RFC(Request for Comments)
: IETF가 표준을 제정할 때 발행하는 문서 형식
Protocol
: 통신에서의 약속
네트워크 프로토콜(Network protocols)
: 컴퓨터(디바이스) 간 통신에서 사용되는 규칙과 절차
- 메시지의 형식(format)
ex. HTTP 요청/응답 메시지의 헤더, 바디 구조 - 메시지 전송/수신 순서(order)
- 메시지를 전송하거나 수신했을 때 취해야 할 행동(actions)
ex. 패킷 수신 후 에러 검사, 재전송 요청, 응답 메시지 생성 등
Internet Structure
Network edge
네트워크에서 실제 사용자나 서비스를 제공하는 장치들이 위치한 부분
애플리케이션이 실행되고 데이터가 생성·소비되는 지점
• 호스트(Hosts)
클라이언트(client) 역할을 하는 장치들
네트워크에 직접 연결되어 애플리케이션을 구동, 데이터를 생성/소비.
• 서버(Servers)
대규모 트래픽을 처리해야 하는 경우가 많아, 일반적으로 Data center 나 클라우드 환경에 위치.
Access networks
host(사용자)가 인터넷 코어로 들어가기 전, ISP(인터넷 서비스 제공업체)나 기업 네트워크 등에 접속하는 초기 경로
ex. 가정용 네트워크(Wi-Fi 공유기), 회사/학교 네트워크, 이동통신망(4G, 5G)
물리 매체(Physical media)
데이터를 실제로 전송하는 물리적 통신 수단
- 유선(Wired): 구리선(이더넷), 광케이블
- 무선(Wireless): Wi-Fi, 셀룰러(4G, 5G), 위성 통신
Network core
인터넷을 구성하는 대규모 router와 링크들이 서로 연결되어 있는 중심(backbone) 영역
Access Networks
End system(종단 장치)와 ISP(또는 네트워크) 코어 사이를 연결해 주는 네트워크 구간
• Shared or dedicated access network
- Shared network
여러 사용자가 동일한 물리적·논리적 자원(대역폭)을 나누어 사용
사용자 수가 많아지면 속도가 저하될 수 있음
→ Packet switching - Dedicated network
해당 회선(접속 경로)은 오직 특정 사용자만 이용
속도 guarantee, but 구축 비용이 높을 수 있음.
ex. 전통 전화망, 긴급통화
→ Circuit switching
Cable-based access (케이블 기반 인터넷 접속)
: 원래 케이블TV 신호를 보내기 위해 설치된 동축 케이블(coaxial cable) 인프라를 활용하여 인터넷 데이터까지 전송하는 방식
• Cable modem, Splitter
- 케이블 모뎀(Cable modem)
인터넷 데이터 채널(주파수 대역)을 변조/복조하여 PC, 공유기 등에 연결
"Baseband → RF" 신호 변환 - 스플리터(Splitter)
동축 케이블로 들어오는 신호 중 TV 채널을 TV 쪽으로 보내고, 데이터 채널은 케이블 모뎀으로 보내는 장치
다운스트림(Headend → 사용자)과 업스트림(사용자 → Headend) 주파수 대역이 다르게 할당되어 있어, 모뎀이 각 대역을 구분해 처리 - 케이블 헤드엔드(Cable headend)
TV 방송 신호와 인터넷 데이터를 한 곳에 모아서, 각 가정으로 보내고, 외부(인터넷 백본/ISP)와 연결해 주는 지역 케이블TV 사업자의 중앙국
• “Baseband → RF 신호” 변환
: 데이터(인터넷 신호)를 전송하기 위해 주파수를 바꿔주는 과정
- Baseband 신호
원래 디지털 데이터가 변조되지 않은 상태로 존재하는 신호
주파수 대역이 낮아서 멀리 전송할 수 없으며, 직접 전송하면 loss가 심하게 발생 - RF 신호 (Radio Frequency)
무선 또는 유선 전송을 위해 특정 주파수 대역으로 변조된 신호
특정 주파수 대역(GHz)으로 올려 변조(Modulation)
• Cable-based Access의 흐름
사용자
동축 케이블 → 스플리터로 TV와 케이블 모뎀으로 신호 분리
케이블 모뎀은 데이터 채널 주파수 대역을 변조/복조
케이블 모뎀에서 나온 LAN 케이블(ethernet)로 PC나 공유기와 연결
케이블 헤드엔드
여러 가정/가입자의 케이블을 한곳으로 모으고,
ISP 백본(혹은 인터넷 코어)으로 연결
downstream(방송/데이터) 신호를 각 주파수 채널별로 보내고, upstream(사용자 데이터) 신호를 모아서 인터넷으로 전달
• FDM(주파수 분할 다중화, Frequency Division Multiplexing)
: 서로 다른 주파수 대역을 여러 개 설정하여, 각 대역마다 하나의 채널을 할당하는 방식
• TDM(Time Division Multiplexing)
: 시간 슬롯을 나누어 각각의 사용자가 해당 시간대에만 송신하는 방식
→ 다수의 채널을 동시에 전송해야 하는 환경 : FDM이 적합
