[컴퓨터네트워크] 2. Network edge, Network core

 

KOCW 이미정 교수님의 <컴퓨터 네트워크> 강의를 듣고 정리한 내용입니다.
중간 중간 나오는 생각한 질문 부분은 제가 뽑은 중요한 키워드라고 느낀 부분입니다!

 

2. Network edge, Network core

지난 시간 정리 (인터넷이란 무엇인가 + 인터넷 접속 과정)

인터넷 → core / edge 로 나누어서 생각할 수 있다.

인터넷의 구성요소: Host, Router & Switch, Link

링크는 라우터들을, 또는 호스트와 라우터를 연결해주는 역할을 한다.

edge쪽에 호스트가 연결되어 있다.

호스트와 라우터는 직접 연결되는 것이 아닌, 중간의 access router를 통한다.

access network는 홈 네트워크와 공용(기관) 네트워크로 구분된다.

인터넷 엑세스 과정

홈 네트워크는 집안 자체에 있는 것이며 홈 내부의 기기들이 라우터에 연결되어 있는 식으로 구성된다. 데스크톱은 직접 연결되며 스마트폰이나 노트북 같은 것들은 라우터의 엑세스 포인트에 연결된다. 라우터가 아닌 스위치에 연결되기도 한다.

홈 네트워크는 전화(DSL Modem)나 케이블(Cable Modem) 회사의 네트워크에 연결된다.

전화나 케이블 회사의 네트워크는 인터넷에 연결된다.

공용 네트워크는 일정 구역의 데스크톱과 엑세스 포인트들을 이더넷 스위치로 묶어 연결한다. 이들은 다시 건물 전체를 연결짓는 라우터와 연결되고, 이 라우터가 인터넷과 직접 연결된다.

 

host: sends packets of data

호스트라고 부르는 이유: network application programs을 hosting하고 있기 때문

호스트 안에서 네트워크 어플리케이션 프로그램들이 실행되고 있는 것이다.

- 호스트 안에서 사용자의 어플리케이션 메시지가 발생하고 → access network를 통해 다른 호스트로 보내는 원리임

- 어플리케이션 메시지들은 Packet 이라는 단위로 잘려서 보내진다.

• 패킷들은 엑세스 네트워크로 연결되는 링크를 통해 빠져나감

정리하자면 ...

호스트의 주된 역할 → 어플리케이션 메시지들을 패킷으로 잘라 내보냄 !

 

physical media

링크의 종류: guided media / unguided media

1. 물리적인 미디어를 사용하는 링크 (copper, fiber, coax)

- 이더넷 케이블 / HFC (Hibrid Fiber Coax, 케이블 네트워크의 케이블)

- 대역폭이 넓음 / 전송률이 높음

2. 전기적 익스트럼을 사용하는 링크 (radio)

- 전자파, LAN (와이파이), WAN (셀룰러), 위성

• 공기중에서 전파됨 → 설치는 쉽지만 전송률이 낮음 (간섭이 민감하기 때문)

정리

network edge = end systems + access networks + links

network core = Packet switching + circuit switching + network structure

라우터와 스위치의 목적: source → destination 으로 사용자의 application messages를 전달하는 것

 

network core에서 Source → Destination으로 전달해주는 방식

circuit switching

전화 네트워크에서 사용되던 방식

특징 (사용자 메시지를 전달하는 과정): call → set-up

- call & set-up 과정에서 해주는 일 → source-destination 까지 전달되는 경로 설정

• 어떤 라우터나 스위치를 거칠 것인지
• 경로 상에 자원들이 예약됨 (= resource reservaition, 경로 설정)

- 파이프처럼 동작됨

• 리소스들이 목적지쪽으로 실려 내려오기 때문

서킷 스위칭에서 중요한 것 → 네트워크 상에서 리소스들을 분할하는 방식이 필요하다.

- 분할해놓지 않으면 한 사용자만 더 들어오더라도 분할된 자원들 중 하나가 그에게 예약되기 때문이다.

• 다른 사용자들은 그 링크를 사용할 수 없음

 

circuit switching에서 자원을 분할하는 방식: FDM vs TDM

- 사용자별로 다른 대역폭을 나누어 할당 → 원하는 거 선택

- 사용자별로 시간을 나누어 할당 → 돌아가며 사용

 

alternative core: packet switching

circuit switching은 전화 네트워크에서 적합한 방법이었다. 데이터 네트워크에서는 적절하지 않았기 때문이다.

- 두 통신의 차이점

• 전화는 연속적으로 신호가 전달됨 (= 자원이 예약됨)
• 데이터 네트워크는 상호적으로 전달되거나 아예 전달이 끊길 수도 있음 (= 할당된 자원을 공유할 수 없음. 또한 데이터가 흐르지 않는다면 할당된 자원이 낭비될 것임)

새로운 스위칭 방법

주요 개념 3가지

예약이 없음 (= no call set up, no resource reservation) → 필요시 리소스 생성

각 데이터의 전송이 full-link-capacity를 통함 → 한 데이터가 링크를 차지하는 것

- 데이터의 크기가 크다면 메시지가 링크를 잡고 있는 시간이 길어지는 단점

- 그동안 다른 메시지를 전송할 수 없으므로 자원을 효율적으로 전달할 수 없게됨 (→ 메시지를 packet 단위로 끊는 이유 !)

• 패킷은 크기가 일정하므로 링크를 점유하는 시간이 고정적임

패킷은 파이프를 통하지 않음 → 어디로 갈 지 알 수 없음 → 목적지 주소를 명시해야 함

1. 각 라우터들은 패킷 전체를 온전히 다 받아야만 목적지 주소를 parsing 할 수 있음

- 그 전까지는 받는 작업만 가능 (일단 저장 → 주소 파싱 → 메시지 전송) (= store & foward)

패킷이 링크를 통과해 다음 라우터까지 도달하는 데 걸리는 시간 동안 링크를 사용할 수 없다.

- 즉 링크를 차지한 데이터가 다 전송될 때까지 다음 데이터는 그 링크를 사용할 수 없다.

2. 특정 데이터가 한 링크를 너무 오래 점유하고 있지 않도록 패킷이라는 단위로 쪼개는 것이다.

queing delay가 발생할 수 있다.

- 라우터 내에서 패킷을 뽑아주는 속도보다 들어오는 속도가 더 빨라 패킷들이 버퍼 내에 쌓이게 되어 queue의 대기 시간이 길어지는 것을 말함

- 자원을 reserved 해놓지 않기 때문 → 예측할 수 x

- 컴퓨터 시스템 내의 버퍼 → 크기 한계 → 패킷 loss 발생

2. congestion이 발생할 수 있다.

 

packet switching vs circuit switching

resource sharing 측면에서 비교

서킷 스위칭 → 사용자가 call을 할 때마다 나눠줌 → 자원을 공유하기 때문에 다 나눠주면 끝 → 사용자가 많아지면 한계

패킷 스위칭 → 사용자가 call 하면 임시 시간 할당 → 동시에 사용하지 않음 + 보냈다가, 안보냈다가 할 수도 있음) → 사용자가 많아져도 괜찮음

패킷 스위칭이 자원 공유적인 면에서 더 효율적이다. 하지만 딜레이 면에서 문제가 있다.

- 너무 빨리 도착하지도, 늦게 도착하지도 않아야 한다 (= 속도가 일정해야 한다)

- 하지만 데이터 전송은 다이나믹한 상황이기 때문에 큐잉 딜레이가 발생할 수 밖에 없다…

 

네트워크 코어 → 라우터들이 복잡하게 연결되어 있는 구조

- 자세히 들여다보면 플랫한 구조가 아니라, 네트워크들의 네트워크들로 연결되어 있음

• 구조를 가지고 있다

 

internet structure: network of networks

스위치를 가진 ISP 사업자들끼리 연결되는 세계

ISP → ISP → ISP → … → 라우터, 스위치

- 각각 consumer ISP가 됨

즉 Multi-tire hierarchy 구조인 것

 

📌 생각한 질문

 

1. 호스트의 주된 역할을 간단하게 답하라
2. 메시지를 패킷 단위로 끊는 이유와 패킷 스위칭의 장단점을 설명하라.
3. 네트워크의 중심부와 가장자리는 무엇으로 이루어져 있는지 간단하게 답하라