Introduction (1)

1. Internet

• host(end system): 우리가 사용하는 통신 기기들

• Packet switches: 호스트 간에 데이터를 주고받을 수 있도록 패킷을 다루는 기기
  → Router, Switch

• Communication links: 라우터를 서로 연결하는 통신 링크

• Network: host, packet switch, links 등을 포함하는 시스템

• Internet: ISP(Internet Service Provider)들이 구축한 네트워크들이 모여서 전 세계적으로 연결된 큰 규모의 네트워크

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2. Protocol

• 전자기기나 컴퓨터 등이 통신을 원활하게 수행하기 위한 규약 또는 약속

• 메시지의 형식, 데이터의 순서, 송수신 절차, 오류 처리, 보안, 그리고 기타 통신과 관련된 다양한 정보를 정의

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3. Network Edge

• 실제 데이터를 주고받는 호스트들과 이러한 호스트들을 연결하는 통신 링크로 이루어진 영역
  → hosts, access network, physical media

• Host: sends packets of data

  1. Application 계층에서 메시지를 수신
  2. 이 메시지를 패킷으로 분할
  3. 패킷을 Access Network를 통해 전송
     
     

  • Packet Transmission Delay: 패킷을 다음 link까지 보내는 데 걸리는 시간
    → 쪼개진 패킷을 다음 물리적 링크로 전송하는 데 필요한 시간
    
  • Propagation delay: 데이터가 물리적인 매체를 통해 전파되는 데 소요되는 시간
    → 전송 매체(예: 광섬유, 동축 케이블, 무선 매체)와 물리적 거리에 따라 달라진다.

• Access Network

  • DSL(Digital Subscriber Line): 전화선을 이용하여 하나의 주파수로 컴퓨터 통신 및 전화 등 디지털 데이터 전송
    → 동시에 여러가지 행위가 불가능
    → ADSL 등장으로 주파수를 나누어쓰면서 동시에 여러 행위가 가능해졌다.
    
    
  • Cable-based access: 여러 사용자가 같은 케이블 라인을 공유하면서 서로 다른 주파수 대역을 사용하여 통신
    → FDM(Frequency Division Multiplexing)
    
    
  • Wireless access network: 유선이 아닌 무선 기술을 사용하여 호스트와 네트워크를 연결하는 방식
    • Wireless local area network(WLANs): Wi-Fi 기술을 이용하여 20~30m 범위 내에서 무선 네트워크를 제공
    • Wide-area cellular access network: 넓은 지역을 커버하기 위해, 기지국을 통한 인터넷 연결로 스마트폰 통신에서 사용
      → 4G, 5G

• Physical Media

  1. TP(Twisted pair): 서로 꼬여있는 절연 구리선
     → 두 개의 구리선이 서로 꼬여 있어서 신호가 전달되는 동안 서로의 영향을 상쇄시킨다.
     이에 따라, +와 -의 신호가 균형을 이루고 잡음이 최소화되어 데이터 전달이 안정적으로 이루어진다.
     → 이더넷, 전화선에 사용된다.
     
  2. Coaxial cable: 동축 케이블로 아날로그, 디지털 신호를 모두 전송할 수 있다.
     → 유선 케이블 네트워크
  3. Fiber Optic cable: 광섬유 케이블은 높은 전송률과 먼 거리 전송을 제공하고, 데이터를 빛의 신호로 전달하는 데 사용되는 케이블이다.
  4. Wireless: 라디오파나 마이크로파를 통해 데이터를 전송하는 방식
     → 거리에 따라 신호 세기가 변화
     → WiFi, Satellite 등
     → Multipath의 특징으로 패킷 충돌, 순서 오류 등이 발생할 수 있다.
     해결방법으로는 Inter Symbol(패킷을 천천히 보내기), 패킷 전송 속도를 증가시키는 방법 등이 있다.

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4. Network Core

• 실제로 데이터 패킷을 전송하고 네트워크 연결을 구축하는 역할을 하는 라우터(Router)와 스위치(Switch)와 같은 장비로 이루어진 부분
  → Packet : 네트워크에서 데이터를 송수신할 때 사용되는 용량 단위로 메세지를 전달하기 위한 주소정보 등을 담고있는 Header, 실질적인 데이터를 담고있는 Payload로 구성된다.
  

• Packet Switching: 데이터를 전송할 때 데이터를 작은 패킷으로 분할하고, 각 패킷을 개별적으로 전송하는 방식

  • 병렬처리, 최적 경로 선택 등을 통해 데이터의 신뢰성보다 성능이 우선시 될 때 사용된다.
  • store and forward: 하나의 데이터에 대한 모든 패킷을 저장하고, 모두 도착하면 전송한다.
    → 데이터 손실을 방지, 패킷 순서를 유지하 데이터의 안전한 전달을 보장하는 중요한 역할을 한다.
    패킷이 중간 라우터에서 임시로 저장되므로, 문제가 발생할 경우 다시 전송되거나 조치를 취할 수 있기 때문이다.
  • Queueing delay: 라우터의 버퍼는 선입선출 구조의 큐 구조를 사용하므로 자신보다 먼저 들어온 패킷이 처리되기까지 기다리게 되는 시간
    
  • Packet loss: 라우터에 있는 버퍼의 크기는 한정되어 있으므로 transmission rate(전송율) < arrival rate(도착율) 일 때, 큐가 가득차 패킷이 들어오지 못해 drop되는 현상을 말한다.
  • 네트워크의 상태에 따라 Packet의 도착 순서가 달라질 수 있다.

• Forwarding: Input link를 통해 들어온 packet을 적절한 output link로 전달하는 것

  1. 패킷 도착: 라우터의 입력 링크로 패킷이 도착
  2. 패킷 검사: 패킷의 헤더를 확인하여 목적지 주소 확인
  3. 라우팅 결정: 라우팅 테이블을 참조하여 패킷이 목적지로 향하는 적절한 출력 링크를 결정
  4. 패킷 전달: 결정된 출력 링크로 패킷을 전송

→ 라우팅 테이블을 참조하여 로컬 레벨에서 해당 과정이 모두 발생하므로 local action

• Routing: 패킷이 출발지에서 목적지까지 경로를 결정하는 과정
  → 이 과정을 통해 생성된 정보는 라우팅 테이블에 저장된다.
  → 도착지와 목적지 모두를 고려하여 전체 네트워크에서 최적의 경로를 결정하는 과정이므로 global action
  

• Circuit Switching: 데이터의 출발지부터 이미 목적지까지의 경로에 대한 회선을 확보한 후 데이터를 전송하는 방식 (신뢰성↑)

  • 다량의 데이터를 연속적으로 전송해야 할 때 유용
    → 회선을 독립적으로 사용하므로 속도와 성능 보장
    → Packet loss가 발생하지 않지만, 특정 기간동안 데이터가 회선을 독점하므로 리소스, 대역폭을 잘 활용 못하여 낭비가 될 수도 있다.
    → 회선을 할당받지 못하면 전송을 하지 않는 단점이 있다.
  • FDM : 하나의 회선안에서 주파수를 나누어 여러 통신 채널을 할당
  • TDM : 하나의 회선을 시간단위로 시간 단위로 나누어 여러 통신 채널을 할당