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* 컴퓨터네트워크


컴퓨터 네트워크라는 용어는 인터넷에 연결되는 많은 비전통적인 장치들로 인해 진부한 것처럼 느껴지기 시작하고 있다.

인터넷 용어로, 이들 모든 장치는 호스토 혹은 종단 시스템이라고 부른다.


종단 시스템은 통신 링크패킷스위치의 네트워크로 연결된다.

이때 각각 링크들은 다양한 전송률을 이용하여 데이터를 전송하며 전송률은 bps(bit per seconds)를 사용한다.


송신 종단 시스템은 그 데이터를 세그먼트로 나누고 각 세크먼트에 헤더를 붙인다.

이렇게 만들어진 정보 패키지는 패킷이라고 한다.

패킷은 목적지 종단 시스템으로 네트워크를 통해 보내지고 목적지에서 원래의 데이터로 다시 조립된다.


패킷 교환기(스위치)는 입력 통신 링크의 하나로 도착하는 패킷을 받아서 출력 통신 링크의 하나로 그 패킷을 전달한다.


패킷 스위치는 라우터링크계층 스위치가 있다.


패킷이 송신 종단 시스템에서 수신 종단 시스템에 도달하는 동안 거쳐 온 일련의 통신링크와 패킷 스위치들을 네트워크상의 라우트 혹은 경로라고 한다.


종단 시스템은 ISP를 통해서 인터넷에 접속하는데, 지역 케이블 혹은 전화 회사와 같은 가정 ISP, 법인 ISP, 대학 ISP, 더 나아가 공항,호텔,커피숍,기타 공공 장소 등에서 와이파이 접근을 제공하는 ISP를 포함한다 각 ISP는 패킷 스위치와 통신링크로 이루어진 네트워크다.

인터넷은 종단 시스템을 서로 연결하는 것이므로 종단 시스템에 접속을 제공하는 ISP들도 서로 연결되어야만 한다.


종단 시스템, 패킷 스위치, 인터넷의 다른 구성요소는 인터넷에서 정보 송수신을 제어하는 여러 프로토콜을 수행한다. TCP IP는 인터넷에서 가장 중요한 프로토콜이다. IP 프로토콜은 라우터와 종단 시스템 사이에서 송수신되는 패킷 포맷을 기술한다. 


인터넷 표준은 IETF에서 개발하며, IETF 표준문서를 RFC라고 한다..


* 프로토콜


프로토콜은 둘 이상의 통신 개체 간에 교환되는 메시지 포맷과 순서 뿐 아니라, 메시지의 송수신과 다른 이벤트에 따른 행동들을 정의한다.


* 접속 네트워크


종단 시스템을 그 종단 시스템으로부터 다른 먼 거리의 종단 시스템까지의 경로상에 있는 첫 번째 라우터에 연결하는 네트워크


접속네트워크 - 가정접속 


DSL(digital subscriber line)


일반적으로 가정은 지역전화회사로 부터 DSL 인터넷 접속 서비스를 받는다. 고객의 DSL 모뎀은 지역전화회사의 DSLAM과 데이터를 교환하기 위해 기존 전화회선을 이용한다. 가정의 DSL모뎀은 디지털 데이터를 받아서 전화선을 통해 CO로 전송하기 위해 고주파 신호로 변환한다. 여러 가정으로부터의 아날로그 신호는 DSLAM에서 디지털 포맷으로 다시 변환.


DSL과 케이블 네트워크가 현재 광대역 접속의 90% 이상을 제공하지만 미래기술은 FTTH의 구축이다. 지역전화회사로 부터 가정까지 직접 광섬유 경로를 제공하는 것이다. FTTH는 Gbps범위의 인터넷 접속속도를 제공할 수 있다.


접속네트워크 - 기업접속 


기업과 대학 캠퍼스 점진적으로 가정환경에서 LAN은 일반적으로 종단 시스템을 가장자리 라우터에 연결하기 위해 사용한다. 여러 유형의 LAN 기술이 있지만 이더넷 기술이 기업, 대학, 홈네트워크에서 가장 널리 사용되는 접속기술이다.


이더넷 스위치에 상호연결된 네트워크는 다시 더 큰 인터넷으로 연결된다.


접속네트워크 - 무선접속


IEEE 802.11 WIFI


3G, LTE, 5G..



* 물리 매체


꼬임쌍선 - 가장 싸고 가장 많이 이용하는 전송 매체가 꼬임쌍선이다. 두개의 절연 구리선이 나선 형태로 배열된다.


동축케이블 - 2개의 구리선이 평행하지 않고 동심원을 이룬다. 꼬임쌍선보다 더 높은 데이터 전송률을 얻을 수 있다.


광섬유 - 빛의 파동을 전하는 가늘고 유연한 매체, 도청 힘듬


지상 라디오 채널 - 전자기 스펙트럼으로 신호를 전달한다.


위성 라디오 채널 - 통신에는 두 가지의 위성, 정지 위성과 저궤도 위성이 이용된다. 위성 3개면 지구 커버


저궤도 위성은 달이 지구를 돌듯이 회전하며 지상국 뿐만 아니라 서로 통신가능.


* 패킷 교환 


송신 시스템에서 목적지 종단 시스템으로 메시지를 보내기 위해 송신 시스템은 긴 메시지를 패킷이라고 알려진 작은 데이터 덩어리로 분할 한다.

송신 측과 수신 측 사이에서 각 패킷은 통신 링크와 패킷 스위치를 거치게 된다. 패킷은 링크의 최대 전송속도와 같은 속도로 각각의 통신 링크상에서 전송된다.


대부분의 패킷 스위치는 저장 후 전달 전송 방식을 이용한다.


소스로부터 목적지 노드까지 N개의 링크로 구성되고, 각각은 R 전송속도를 갖는 경로를 통해 하나의 패킷을 전송하는 일반적인 경우를 고려해 보자


d(종단간 지연) = N*(L/R)


- 큐잉 지연과 패킷 손실


각 링크에 대해 패킷 스위치는 출력버퍼를 갖고 있으며, 그 링크로 송신하려고 하는 패킷을 저장하고 있다. 출력버퍼는 패킷 스위칭에서 중요한 역할을 한다.

도착하는 패킷이 한 링크로 전송될 필요가 있는데 그 링크가 다른 패킷을 전송하고 있다면, 도착하는 패킷은 출력버퍼에서 대기해야 한다. 큐잉지연을 겪게 된다.

패킷은 버퍼가 전송을 위해 대기 중인 다른 패킷들로 꽉차있는 경우를 당할 수 있다. 패킷손실이 발생한다.


- 전달 테이블과 라우팅 프로토콜


라우터는 어떻게 그 패킷을 어느 링크로 전달해야 하는지를 결정하는가? 패킷 전달은 실제 여러 다른 유형의 컴퓨터 네트워크에서 다른 방식으로 실행된다. 


라우터는 목적지 주소를 라우터의 출력 링크로 맵핑하는 전달 테이블을 갖고있다. 패킷이 라우터에 도착하면, 라우터는 올바른 출력 링크를 찾기 위해 주소를 조사하고 이 목적지 주소를 이용하여 전달 테이블을 검색한다. 그런 후에 라우터는 그 패킷을 출력 링크로 보낸다.


* 회선 교환


링크와 스위치의 네트워크를 통해 데이터를 이동시키는 방식에는 회션교환과 패킷 교환이라는 두 가지 기본 방식이 있다.


회선 교환 네트워크에서 종단 시스템 간에 통신을 제공하기 위해 경로상에 필요한 자원은 통신 세션 동안에 예약된다. 패킷 교환네트워크에서는 이들 자원을 예약하지 않는다. 송신자와 수신자 간의 경로에 있는 스위치들이 해당 연결 상태를 유지해야 하는 연결이다. 전기통신 용어로 이 연결을 회선이라고 한다.


주어진 전송속도가 송신자 - 수신자 연결을 위해 예약되므로 송신자는 수신자에게 보장된 일정 전송률로 데이터를 보낼 수 있다.


- 회선 교환 네트워크에서의 다중화


링크 내 한 회선은 주파수분할 다중화 혹은 시분할 다중화로 구현된다.


FDM의 경우에는 주파수 영역이 4개 대역으로 분할되었고  1/4 대역폭을 갖는다.

TDM의 경우에는 시간 영역이 시간 프레임으로 분할되고 각 프레임은 4개 시간 슬롯을 갖는다 TDM 회선의 전송률은 한 슬롯 안에 비트수에 프레임 전송률을 곱한 것과 같다. 



- 패킷 교환대 회선 교환


(1) 패킷 교환이 회선 교환보다 전송 용량의 공유에서 더 효율적이다

(2) 패킷 교환이 더 간단하고, 효율적이며, 회선교환보다 구현 비용이 적다.



* 네트워크의 네트워크 


종단 사용자들과 컨텐츠 제공자들을 접속 ISP로 연결하는 것은 인터넷을 구성하는 수십억 개의 종단 시스템을 연결하는 퍼즐의 해결방법 중 극히 일부분에 해당된다.. 이 퍼즐을 완전히 풀기 위해서는 접속 ISP들이 서로 연결되어야만 한다. 


접속 ISP -  지역 ISP - 글로벌 ISP (네트워크의 네트워크)



* 패킷 교환 네트워크에서의 지연, 손실과 처리율




- 처리지연


패킷 헤더를 조사하고 그 패킷을 어디로 보낼지를 결정하는 시간이 처리지연이다. 


- 큐잉 지연


큐에서 링크로 전송되기를 기다리면서 큐잉 지연을 겪는다.


- 전송 지연


패킷의 길이를 L비트로, 라우터 A에서 라우터 B까지 링크의 전송률은 Rbps로 나타내자. R은 라우터B로 가는 링크의 전송률에 의해 결정된다.


전송지연은 L/R이다. 이것은 패킷의 모든 비트를 링크로 밀어내는 데 필요한 시간이다.


- 전파지연


링크의 처음부터 라우터 B까지의 전파에 필요한 시간이 전파 지연이다.


전송 지연과 전파 지연 비교


진송지연은 라우터가 패킷을 내보내는 데 필요한 시간이다. 반면, 전파 지연은 비트가 한 라우터에서 다음 라우터로 전파되는 데 걸리는 시간이다(두 라우터 사이의 거리에 대한 함수이며 피킷 길이나 링크 전송률과는 관계가 없다)


* 큐잉지연과 패킷손실


언제 큐잉 지연이 크고, 언제 미미한가? 이것에 대한 답변은 트래피이 큐에 도착하는 비율, 링크의 전송률, 도착하는 트래픽의 특성, 즉 그 트래픽이 주기에 맞춰서 또는 버스트하게 도착하느냐에 의해 주로 결정된다.


패킷손실


큐 용량이 유한하므로 트래픽 강도가 1에 접근함에 따라 패킷 지연이 실제로 무한대가 되진 않는다. 패킷을 저장할 수 없는 경우에 라우터는 그 패킷을 버린다. 즉, 그 패킷을 잃어버리게 된다(lost).



* OSI 7계층 


어플리케이션 계층(L7) - HTTP, SMTP, FTP 프로토콜


사용자가 네트워크에 직접 접근할 수 있도록 해주는 계층이다.

전자우편, 파일전송, 데이터베이스 관리등의 서비스를 제공한다.

HTTP, SMTP, FTP 등이 있다.


Presentation Layer(L6) - 표현계층


운영체계의 한 부분으로 입력또는 출력되는 데이터를 하나의 표현형태로 변환한다.


Session Layer(L5) - 세션계층


통신세션을 구성하는 계층으로 포트연결이라고 할 수 있다.


Transport Layer(L4) - 전송계층


종단과 종단간의 제어와 에러를 관리한다.

패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 실패한 패킷은 다시 보내는 등의 신뢰성 있는 통신을 보장하며, 머리말에는 세그먼트가 포함된다.

대표적인 프로토콜은 TCP이다.


예) TCP, UDP


Network Layer(L3) - 네트워크 계층


패킷을 발신지로 부터 목적지로 전달할 책임을 갖는다(라우팅 할 책임).

2계층은 노드대 노드 전달을 감독하는 것이고 3계층은 각 패킷이 시작지점에서 최종 목적지까지 성공적이고 효과적으로 전달되도록 하며,

대표적인 프로토콜은 IP이다.


예) IP


DataLink Layer(L2) - 데이터링크 계층


오류없이 한 장치에서 다른 장치로 프레임을 전달하는 역할 

스위치 같은 경우 MAC 주소를 이용하여 정확한 장치로 정보 전달. 

3계층에서 정보를 받아 주소와 제어정보를 헤더와 테일에 추가.


예) IEEE 802.2(LLC), IEEE802.3(CSMA/CD), IEEE 802.5(Token Ring)


Physical Layer(L1) - 물리계층


물리적 매체(통신 케이블)을 통해 비트의 흐름을 전송하는 계층, 단지 데이터의 전달만을 할 뿐이다. 


예) 케이블, 리피터, 허브, 동축케이블, 꼬임쌍선, 광섬유









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