컴퓨터네트워크 - 인터넷 및 네트워크 구조

인터넷 ( Internet )

。전세계의 컴퓨팅 머신을 연결하는 단일 컴퓨터 네트워크

。network of networks : 네트워크들의 네트워크
▶ ISP들의 Network라고도 볼 수 있다.

。Application에 서비스를 제공하는 Infrastructure
▶ 이때 해당 Application은 많은 End System들을 포함하므로 분산 어플리케이션( Distributed Application )이라고 한다.

• 인터넷의 구조

  • Full Mesh 구조
    
    。인터넷 상의 모든 n개의 access ISP를 다른 access ISP와 각각 연결하는 경우
    ▶ $O(N^2)$의 복잡도가 발생하므로 비효율적
    
    
  • Global ISP 구조
    
    。access ISP를 global ISP를 경유하여 다른 access ISP와 각각 연결하는 경우
    ▶ $O(N)$의 복잡도가 발생하므로 Full Mesh 구조보다 간단

ISP ( Internet Service Provider )
。독자적인 네트워크를 구축 및 운영하여 개인 또는 기업체에게 인터넷 접속 서비스를 제공하는 업체
ex ) KT , SK 등

。Access Network를 ISP Network에 연결하여 인터넷으로 연결
▶ ISP는 ISP끼리 상호간에 연결하여 모든 ISP들이 연결되도록 한다.
▶ 인터넷 : ISP들의 네트워크
▶ Access Network : LAN , ISP Network : WAN에 대응

• ISP 종류
  

  • Access ISP :
    。global ISP에 비용을 지불하여 인터넷에 연결하는 Customer 역할
    。Host가 연결된 Access Network과 Global ISP를 연결
    
    
  • Global transit ISP :
    。Access ISP에 인터넷을 제공하는 Provider 역할
    
    。Access ISP와 Access ISP 또는 다른 Global ISP를 연결
    ▶ Global ISP간 접속 시 peering link 또는 IXP 사업자 ( Internet Exchange Point )를 통해 연결
    
    
  • Regional ISP :
    。지구 상의 모든지역의 Coverage를 갖는 Global ISP를 구축하기 힘드므로, 일부 지역의 Access ISP를 Global ISP와 연결하는 다리역할을 수행
    
    。Regional ISP 간 Tier의 계층구조가 존재
    ▶ 낮은 위계의 Regional ISP는 높은 위계의 Regional ISP에게 인터넷 서비스를 구매하는 Customer
    ▶ Regional ISP의 최상계층인 Tier 1 ISP는 범국가적 규모로서 Global transit ISP의 전세계를 연결하는 역할을 수행

    IXP ( Internet eXchange Point )
    。ISP 간 Peering 관계를 맺어 인터넷 트래픽의 송수신 서비스를 제공하는 업체

• 
  
  
• POP (Point of Presence)
  。ISP를 다른 Access Network 또는 ISP 끼리 연결을 위한 연결점 역할의 라우터 집합
  ▶ 각 POP 내 라우터는 통신링크를 통해 다른 ISP와 연결
  
  。IXP와 달리 Customer에게 ISP Network에 연결시키는 역할을 수행

  
  。 to/from customers link :
  Access Network 또는 낮은 위계의 Regional ISP인 경우 Provider로서 통신링크로 연결되어 인터넷서비스 제공
  
  。to/from backbone link :
  높은 위계의 Regional ISP인 경우 Customer로서 연결되어 인터넷서비스를 제공받음
  
  。peering link :
  동일 위계의 ISP인 경우에도 상호간에 연결하여 인터넷서비스를 제공하거나 받음
  ▶ settlement free를 위해 가까운 지역의 경우 peering link를 통해 직접연결하여 높은 위계의 ISP를 경유하지 않으므로 비용절감 및 delay 감소

  멀티홈( Multi-Home )
  。동일 위계의 ISP를 Peer link를 통해 여러개 연결하여 Failsafe 개념으로 작용

• 
  
  
• Content Provider Network
  。Google , Microsoft 등의 데이터 업체들이 데이터를 관리하면서 다량의 인터넷 사용으로 인한 ISP에게 지불하는 비용을 절감하기위한 용도로 데이터센터와 데이터센터를 연결하여 구축한 별도의 Private Network
  
  。인터넷에 연결되기 위해 최소한 하나의 Tier-1 ISP에 연결되어야하나, 전적으로 ISP에 의존하는건 아닌 방식.

네트워크 구조의 구성요소
。Network Edge / Network Core 로 구성

Network Edge
。단위 네트워크 상에서 가장자리에 위치
。End System , Access Network , Communication Link로 구성

접속네트워크 ( Access Network = Physical Media )
。End System을 Network로 연결시키는 접속용도의 네트워크
▶ End System에서 다른 End System까지의 경로상의 첫번째 Router( = Edge Router )까지의 네트워크를 의미

。Acces Network는 LAN에 속한다.
▶ ISP Network는 WAN

▶ 검정색 선

• 접속네트워크 제공 방식

  • Shared :
    。여러 사용자가 단일 네트워크 회선을 공유
    ▶ 사용량이 많으면 속도가 느려짐
    。사용량이 많아지면 속도가 느려지지만 비용이 저렴
    ex) Wi-fi , 케이블 인터넷
    
    
  • Dedicated
    。특정 사용자에게만 전용회선을 제공
    ▶ 항상 일정속도 유지가능
    。비용이 비싸지만 안정적인 성능을 제공

• 
  
  
• 가정 접속네트워크( Home Access Network ) 종류
  。일반 Home을 인터넷과 연결하는 목적의 접속 네트워크
  
  。Home Network는 Home Network Core인 Router과 DSL Modem 또는 Cable Modem과 연결하여 Access Network에 접속함으로써 DSLAM 또는 CMTS을 통해 Internet과 연결

  • DSL ( Digital Subscriber Line )
    。KT 등의 지역전화회사 ( Telco )에서 Home에게 제공하는 Access Network
    ▶ Telco와 Home 간 Dedicated 방식으로 Access Network를 제공하는 경우가 많음
    
    。Upstream과 Downsteam간 속도차이가 존재하는 Asymmetric 접속방식
    ▶ 생산자와 소비자간 속도차이
    
    3.5 Mbps $\le$ Upstream 전송률 $\le$ 16 Mbps
16 Mbps $\le$ Downstream 전송률 $\le$ 52 Mbps

    

    • Home으로 data와 voice 전송 시
      。Splitter를 통해 voice는 전화 , Data는 DSL Modem으로 전달
      ▶ DSL Modem을 통해 Home의 End System에게 Dedicated 공유방식으로 접속네트워크를 제공
      
      
    • Home으로부터 data와 voice를 전송 시
      。 DSL Phone line을 경유하여 CO( Central Office )에 위치한 DSLAM( DSL Access multiplexer )로 전송
      ▶ DSL Modem에서 data를 전송 시 DSLAM을 통해 Internet으로 전송
      ▶ DSL Modem에서 voice를 전송 시 DSLAM을 통해 telephone line으로 전송

  • 
    
    
  • 케이블 인터넷 접속 ( Cable Internet Access )
    。케이블 TV 회사로부터 케이블 TV Infra를 통해 Home에게 제공하는 Access Network
    ▶ 케이블 TV 회사와 Home 간 Shared 방식으로 Access Network를 제공하는 경우가 많음.
    ex ) 한 아파트에서 동일한 케이블을 사용 시
    
    。Cable Access Network는 광케이블( fiber )과 동축케이블( coax )을 조합하여 채택한 경우가 많으므로 HFC Network이라고도 한다.
    
    HFC ( Hybrid Fiber Coax ) :
    。Cable Head End끼리 Fiber로 연결 및 Cable Head End와 Home은 Coax로 연결하는 방식
    ▶ 광케이블( fiber )은 더 높은 band width를 지원하므로 구분해서 사용
    
    。 Cable Head End의 CMTS( Cable Modern Termination System )의 경우 DSL의 DSLAM과 유사역할을 수행.
    。 Cable Modem의 경우 DSL Modem과 유사역할 수행
    
    。Upstream과 Downsteam간 속도차이가 존재하는 Asymmetric 접속방식
    
    30 Mbps $\le$ Upstream 전송률 $\le$ 100 Mbps
40 Mbps $\le$ Downstream 전송률 $\le$ 1.2 Gbps
    ▶ 일반적으로 Downstream 속도가 DSL 접속방식에 비해 전송률이 빠르지만, Shared 방식으로 접속네트워크를 공유하므로 반드시 빠르다고 할 수 없다.

    Home Network
    
    。한 가정에서 2대 이상의 End System로 구성되어 데이터, 프린터, 인터넷 공유를 할 수 있도록 하는 독립된 네트워크
    ▶ 단위 Home Network 내에서 Router 또는Access Point를 통해 유선/무선으로 End System들이 연결되어 데이터 공유를 수행
    
    。Home Network는 Home Network Core인 Router과 DSL Modem 또는 Cable Modem과 연결하여 Access Network에 접속함으로써 DSLAM 또는 CMTS을 통해 Internet과 연결
    ▶ End System이 과대하게 많은 경우 단일 Router만으로는 불가능하므로 Ethernet 사용

• 
  
  
• 기업 접속네트워크 종류
  。기업 네트워크는 Home Network와 달리 많은 End System으로 구성되므로 Router를 통해 통신이 불가능하므로 다른 방식의 Access Network를 이용
  ▶ 보통 Ethernet Switch - Router를 이용

  • 이더넷 ( Ethernet : Enterprise Access Network )
    
    。M개의 End System을 N개의 Ethernet Switch로 연결 및 Ethernet Switch를 단일 ISP Router로 연결
    ex ) 컴퓨터들을 각 층의 Ethernet Switch로 연결
    
    。 인터넷 사용량이 많기 때문에 Home Access Network 방식에 비해 케이블 회사 등을 경유하지않고 ISP의 Router에 직통으로 연결되어 Dedicated 방식으로 Access Network를 제공받음
    
    。2개의 구리선으로 꼬여진 twisted Pair( TP )로 연결
    
    。보통 학교, 기업 환경에서 사용되는 Acces Network이지만 현재는 Home 환경에서도 사용
    
    。Ethernet Switch 접속 시 전송률
    일반 사용자 : 100 Mbps$\le$ 10 Gbps
Server : 1 Gbps $\le$ 10 Gbps

• 
  
  
• 무선 접속네트워크( Wireless Access Network )
  。두 방식 모두 shared 방식

  • 무선 랜( wiress LAN )
    。이더넷 등의 기업 접속네트워크에 유선으로 연결된 AP ( Access Point )를 통해 shared방식으로 패킷을 송 / 수신
    ▶ 사용자는 AP 기준 수십미터 반경내 존재해야함.
    
    。WIFI( IEEE 802.11 ) 가 해당 무선 접속네트워크를 제공하는 방식
    
    
  • Wide-area Wireless Access
    。Telco에서 Cellular Network을 통해 shared 방식으로 패킷을 송 / 수신
    ▶ 사용자는 기지국 기준 수십km 반경 내 존재

네트워크 코어( Network Core )
。단위 네트워크 시스템의 중앙에 위치하여 데이터를 전송하는 핵심적인 역할을 수행

。Access Network를 서로 연결시켜주는 다리역할의 스위치들의 집합

。Circuit Switch , Packet Switch 등으로 구성
▶ 현대에는 패킷 교환방식을 많이 사용
Circuit / Packet 교환방식

• 통신링크 ( Communication Link )
  。패킷스위치 - 패킷스위치 or 종단 시스템 - 패킷스위치 간 연결목적의 물리적인 회선
  ▶ 동축케이블 , 광케이블 등을 포함한 물리매체로 구성
  
  。각각의 통신링크는 다양한 bps 단위로 데이터를 전송

  • 전송률 ( transmission rate = link bandwidth = link capacity )
    。 bps( 초당비트수 : bit per second ) 단위

• 
  
  
• 통신링크 종류
  。송/수신 패킷스위치간 비트 전송 시 물리매체 ( Physical Media ) 분류

  • 유도 매체( Guided Media )
    。 Twisted Pair , HPC 등의 견고한 매체를 따라 파형을 유도
    ▶ copper → Ethernet의 Twisted Pair
    ▶ fiber & coax → Cable Access Network의 HFC
    
    

    • 꼬임쌍선 ( TP : Twisted Pair )
      。2개의 구리선을 꼬아서 만든 케이블
      ▶ Ethernet에서 활용
      
      
    • 동축케이블 ( coax : Coaxial Cable = Broadband Link )
      。동심원 형태의 2개의 구리선으로 구성된 안정성있고 TP에 비해 전송률이 높은 방식의 케이블
      ▶ Cable Access Network의 HFC에서 활용
      
      
    • 광섬유케이블( Fiber optic cable )
      。light pulse를 운반하는 유리섬유로 구성된 매우 높은 전송률과 Noise에 대해 강하여 안정성이 높은 케이블
      ▶ light pulse 당 하나의 비트를 지시
      ▶ Cable Access Network의 HFC에서 활용

  • 
    
    
  • 비유도 매체( Unguided Media ) = Radio
    。무선 랜 등 처럼 물리적매체 없이 신호가 대기를 통해 파형을 전파
    
    。유도 매체와 달리 반사 , 물체에 의한 방해 , Noise에 의한 간섭등의 단점이 존재

    Radio Link 종류

    • terrestrial microwave
      。전송률 : ~ 45 Mbps
      
      
    • LAN ( ex. WIFI)
      。802.11b : ~ 11 Mbps
      。802.11g " ~ 54 Mbps
      
      
    • wide-area ( ex. Cellular )
      。3G cellular : ~ few Mbps
      。LTE : ~ 10 Mbps
      
      
    • satellite

출처

• 컴퓨터 네트워크