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* 애플리케이션 구조(개발자가 직접 설계)

 

 애플리케이션 개발자 관점에서 네트워크 구조는 고정되어 있고 애플리케이션에 특정 서비스 집합을 제공한다. 애플리케이션 구조는 애플리케이션 개발자에 의해 설계되고 애플리케이션이 다양한 종단 시스템에서 어떻게 조직되어야 하는지를 지시한다. 애플리케이션 구조 선택에 있어서 애플리케이션 개발자는 현대 네트워크 애플리케이션에 사용되는 두가지 우수한 구조, (클라이언트/서버) 구조 혹은 P2P 구조 중의 하나로 작성할 것이다.

 

클라이언트/서버 구조  - 항상 켜져있는 호스트를 서버라고 부르며, 서버는 클라이언트라는 다른 많은 호스트의 요청을 받는다.

 

P2P 구조 - 애플리케이션은 피어라는 간헐적으로 연결된 호스트 쌍이 서로 직접 통신하도록 한다. 피어는 서비스 제공자가 소유하지 않고, 사용자들이 제어하는 데스크톱과 랩톱이 소유한다. 특정 서버를 통하지 않고 피어가 직접통신하므로 이를 P2P(피어투피어)라고 한다.

 

P2P구조의 가장 주목할 만한 특성 중의 하나는 자가확장성이 있다는 것이다. 예를들어, P2P 파일 공유 애플리케이션에서 비록 각 피어들이 파일을 요구함으로써 작업 부하를 만들어 내지만 각 피어들은 또한 파일을 다른 피어들에게 분배함으로써 그 시스템에 서비스 능력을 추가한다.

 

* 애플리케이션이 이용 가능한 트랜스포트 서비스

 

 어플리케이션의 요구에 가장 적합한 서비스를 제공하는 전송 프로토콜을 선택해야한다.

 

고려사항 : 신뢰적 데이터 전송, 처리량(두 프로세스간의 비트를 전달할 수 있는 비율), 시간, 보안

 

* 인터넷 전송 프로토콜이 제공하는 서비스

 

 인터넷은 2개의 전송 프로토콜 UDP와 TCP를 제공한다.

 

TCP와 UDP는 트랜스포트 계층을 설명할때 자세히 다룬다.

 

 

* 어플리케이션 계층 프로토콜

 

어플리케이션 계층 프로토콜은 다른 종단 시스템에서 실행되는 애플리케이션의 프로세스가 서로 메시지를 보내는 방법을 정의한다.

 

1) HTTP(HyperText Transfer Protocol)

 

하이퍼텍스트(Hypertext, 문화어: 초본문, 하이퍼본문)는 참조(하이퍼링크)를 통해 독자가 한 문서에서 다른 문서로 즉시 접근할 수 있는 텍스트이다.

기존의 문서가 순차적이면서 서열형 구조라면, 하이퍼텍스트는 링크에 따라 그 차례가 바뀌는 임의적이면서 나열형인 구조를 가진다

 

WWW 상에서 정보를 주고받을 수 있는 프로토콜이다. 주로 HTML 문서를 주고받는 데에 쓰인다. TCP를 사용하며, 80번 포트를 사용한다.

 

HTTP 서버는 클라이언트에 대한 정보를 유지하지 않으므로, HTTP를 비상태 프로토콜이라고 한다.

 

HTTP 메시지 포맷

 

요청라인 : 방식필드, URL필드, HTTP버전 필드

 

헤더라인 : HOST, Connection(지속연결, 비지속연결 설정), User-agent(브라우저), Accept Language

 

웹에서의 사용자와 서버간의 상호 작용 - 쿠키

 

쿠기 - 처음으로 사이트에 접속 요청이 들어오면 그 서버는 유일한 식별번호를 만들고 이 식별번호로 인덱스되는 백엔드 데이터베이스 안에 엔트리를 만든다.

 

Set - cookie : 1678

 

그후 계속 그 사이트를 살펴봄에따라 그녀의 브라우저는 쿠키파일을 참조하고 이 사이트에 대한 그녀의 식별번호를 발췌하고 HTTP 요청에 식별번호를 포함하는 쿠키 헤더파일을 넣는다.  이러한 방식으로 사이트 서버는 사용자의 활동을 추적한다.

 

2) SMTP

 

인터넷에서 이메일을 보내기 위해 사용되는 프로토콜이다. 사용하는 TCP 포트 번호는 25번이다.

 

1)송신자는 메시지를 작성하고 사용자 에이전트에게 메시지를 보내라고 명령한다.

 

2) 사용자 에이전트는 메시지를 메일 서버로 보내고 메시지 큐에 놓인다

 

3) 송신자 메일 서버에서 동작하는 SMTP 클라이언트 측은 메시지 큐에 있는 메시지를 본다. 수신자의 메일서버에서 수행되고 있는 SMTP 서버에게 TCP연결 설정

 

4) 3-way HandShaking 이후에 SMTP 클라이언트는 송신자의 메시지를 TCP연결로 보낸다.

 

5) 수신자의 메일서버 에서 SMTP 서버측은 메시지를 수신하고 메일박스에 놓는다.

 

5) 수신자는 편한시간에 사용자 에이전트를 가동하여 메시지를 읽는다.

 

HTTP는 풀 프로토콜이다(사용자 요청시 서버로부터 정보를 가져오기위해 HTTP사용) SMTP는 푸시 프로토콜(송신자가 먼저 TCP를 통해 메일서버로 보냄)이다.

 

 

3) DNS

 

사람은 좀 더 기억하기 쉬운 호스트 네임 식별자를 좋아하지만 라우터는 고정 길이의 계층구조를 가진 IP 주소를 선호합니다. 이러한 선호차이를 절충하기 위해 호스트 네임을 IP주소로 변환해 주는 서비스인 DNS가 존재한다.

 

4) FTP(File Transfer Protocol)

 

TCP연결을 통해 원격호스트의 호스트네임을 제공하여 로컬 호스트에 있는 FTP 클라이언트 프로세스가 원격호스트에 있는 FTP와 연결하게 한다.

 

HTTP 와 다른 점은 두 TCP연결, 제어연결과 데이터연결을 동시에 사용한다는 것이다.

 

여기서 제어연결은  두 호스트 간에 사용자 계정 및 비밀번호와 같은 정보를 보내는데 사용된다.

 

FTP가 별도의 제어 연결을 사용하므로 FTP는 제어 정보를 아웃밴드로 보낸다고 표현한다. HTTP는 TCP연결로 요청과 응답 헤더라인을 보낸다. 즉 제어종보를 인밴드로 보낸다 .

 

 

또한 FTP 서버는 세션을 통해 사용자에 대한 상태를 유지해야 한다. 반면 HTTP는 비상태유지 애플리케이션이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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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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