study network internet store-and-forward transmission packet circuit switching FDM TDM packet swtich network of network

1.3 인터넷이란 무엇인가?

인터넷의 구성

1.3 네트워크 코어

1.3.1 패킷 교환

  • end system : message 교환
  • packet: message의 분할

  • packet은 통신 링크와 packet switch를 거침

    ### 저장-후-전달

    • store-and-forward transmission : switch가 한 패킷 내의 모든 비트를 받아야만 전송 시작
      • 초당 R비트의 속도로 총 L 비트을 전송하는건 L/R초 소모.
      • 이 방식으로, L비트 짜리 패킷 1개가 엔드시스템 → 라우터 → 엔드시스템 으로 갈떄 걸리는 시간은 2L/R
      • 받고 저장하는데 L/R + 다시 보내는데 L/R
      • 전체 이 방식이 아니라 받는 비트별로 보내면 L/R 일 것.
      • L 비트짜리 패킷이 3개라면?
      • L/R 초 후 : 출발지가 송신, 라우터가 수신
      • 2L/R 초 후 출발지가 2번째 패킷 송신, 라우터가 첫번째 패킷 송신과 두번째 패킷 수신, 목적지가 첫번째 패킷 수신
      • 결국 4L/R 걸린다.
      • 일반화해서, 출발지부터 목적지까지 N개의 링크로 구성(N-1개의 라우터가 존재한다는 의미)되어있고 전송률이 R이라면 종간 간 지연은 NL/R

    ### 큐잉 지연과 패킷 손실

    • 각 패킷 스위치는 여러개의 링크를 가질 수 있음
    • 각 링크에 대해 output buffer(output queue)를 가짐.
      • 송신받은 패킷을 보낼려는 링크가 다른 패킷을 전송하고 있다면 output buffer에서 대기 : queuing delay
      • output buffer 조차도 꽉차있다 : packet loss
      • 흔한 일 : 출발지 → 라우터 는 100Mbps지만 라우터 → 목적지가 15Mbps라면 기다려야함

    ### 포워딩 테이블과 라우팅 프로토콜

    • 보내야 할 링크를 아는 방법: IP 주소(계층적 구조 like 우편주소)
    • forwarding table
      1. 패킷이 라우터에 도착하면 올바른 출력링크를 찾기 위해 주소의 일부를 조사
      2. 주소를 이용해 forwarding table 검색
      3. 그 패킷을 출력링크로 보냄
        • 인터넷은 자동으로 forwarding table을 설정하는데 이용하는 routing protocol을 갖고 있음.

1.3.2 회선교환

  • 데이터를 이동시키는 방식 : circuit switching, packet switching(지금까지 본것)
  • circuit swtiching(회선 교환)
    • 통신 session 동안 resource들을 reserve.
    • 전화망 : circuit(회선)이 송수신자간의 연결 상태를 유지해서 guaranteed된 전송률 보장
    • 각 링크가 여러개의 회선을 가져 이 중 하나를 reserve 할 수 있음 (전송용량의 1/n)

회선 교환 네트워크에서의 다중화

  • FDM(frequency-division multiplexing, 주파수 분할 다중화), TDM(time-division multiplexing, 시분할 다중화) : 회선을 동시에 공유할 것인가? 시간마다 번갈아가면서 전체를 쓸것인가?
  • FDM
    • 링크를 통해 설정된 연결은 링크의 주파수 스펙트럼을 공유.
    • 대역폭(bandwidth): 링크가 연결되는 동안 각 연결에 대해 고정제공하는 주파수 대역의 폭
    • FM 라디오는 88Mhz~108MHz 사이를 공유(방송국마다 할당)
  • TDM
    • 시간을 일정 주기의 프레임으로 구분, 각 프레임은 고정된 수의 시간 슬롯으로 나눔
  • 단점 : silent period(비활용기간) ⇒ 통화할때 이야기를 주고받지 않아도 다른 네트워크자원으로 쓸 수 없이 연결되어있음 : 낭비?
  • A 에서 B로 n비트를 보낼떄, 모든 링크가 k개의 슬롯을 가지고 전송률이 v인 TDM 이라면?
  • 각 회선의 전송률은 v/k (v만큼을 k개가 나눠쓰니까)
  • 전송시간은 n/(v/k)초 가된다.

패킷 교환 대 회선 교환

  • 패킷교환의 장점
    • 패킷 교환이 회선 교환 전송 용량의 공유에서 더 효율적이다.
    • 패킷 교환이 더 간단하고 효율적이며 회선 교환보다 더 구현 비용이 적다.
  • 패킷교환의 단점
    • 가변적이고 예측할 수 없는 종단 간의 지연(주로 불규칙적이고 예측할 수 없는 큐잉 지연에서 발생) 때문에 패킷 교환이 실시간 서비스(ex. 전화 통화)에는 적당하지 않음.
  • 패킷교환이 효율적인 이유
    • 패킷교환은 요구할떄만 링크의 사용을 할당하기 때문이다.

1.3.3 네트워크의 네트워크

  • 종단 시스템은 접속 ISP를 통해 인터넷에 연결된다.
  • 하지만 이는 인터넷 망에서 극히 일부에 불과하다.
  • 접속 ISP들이 연결되어야 하기 떄문에, 네트워크의 네트워크 개념이 탄생했다.
  • ISP들이 전 세계에 있는 모든 ISP들과 연결하는 것은 비용적으로 비효율적이다.(네트워크 구조 1)
  • 가장 상위에 단 1개에 글로벌 ISP도 존재하기 힘들다.
  • 이 지위를 얻기 위해 경쟁할 것이고, 두 경쟁은 서로 연결하지 않을 것이기 때문에, 다른 글로벌 ISP를 이용하는 end system간 통신은 불가능해진다.(네트워크 구조 2)
  • 12개 정도의 1계층 ISP - 국가 ISP - 지방 ISP 순으로 연결(네트워크 구조 3)
  • 여기에 Pop, 멀티홈, 피어링, IXP가 추가되어야 한다(네트워크 구조 4)
  • 콘텐츠 제공자 네트워크도 추가된다.(네트워크 구조 5)
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