컴퓨터 네트워크 1강

2020-2R 고려대학교 주창희 교수님 컴퓨터네트워크
교재 : Computer Networking: A top-down approach
20200903

구성요소로 본 인터넷

• 컴퓨터 네트워크
  → 호스트 혹은 종단 시스템 End system 이라는 이름을 가진 장치들이 연결되어 있는 것.

• 호스트 혹은 종단 시스템 → 통신 링크와 패킷 스위치로 이루어진 네트워크로 연결됨.

  • 통신 링크 Communication link
    동축 케이블, 구리선, 광케이블, 라디오 스펙트럼 등 물리 매체로 구성됨.
    각 링크들은 다양한 전송률 Transmission rate (링크 대역폭) 을 가짐.
    → bps(bit per second) 단위 사용함.
  • 송신 종단 시스템은 데이터를 세그먼트 Segment 로 나누고 각 세그먼트에 헤더 Header 을 붙임.
    이렇게 만들어진 정보 패키지 = 패킷 Packet.
  • 패킷은 목적지 동단 시스템으로 네트워크를 통해 보내지고, 목적지에서 원래의 데이터로 다시 조립된다.
  • 패킷 스위치 Packet switch (또는 패킷 교환기)
    도착하는 패킷을 받아서 출력 통신 링크의 하나로 패킷을 전달함.
    라우터 Router, 링크 계층 스위치 Link-layer switch 등이 있음.
    → 최종 목적지 방향으로 패킷을 전달
  • 링크 계층 스위치 : 액세스 네트워크에서 사용함.
    라우터 : 네트워크 코어에서 사용함.
  • 경로 Route or path
    패킷이 송신 종단 시스템에서 수신 종단 시스템에 도달하는 동안 거쳐 온 일련의 통신 링크와 패킷 스위치들
    → 네트워크 상의 경로!
  • ISP Internet Service Provider
    종단 시스템은 ISP를 통해서 인터넷에 접속한다.
• 프로토콜 Protocol
  종단 시스템, 패킷 스위치 등은 인터넷에서 정보 송수신을 제어하는 프로토콜들을 수행한다.
  → 대표적으로 TCP/IP

종단 시스템 상호작용

• 호스트 == 종단시스템
  호스트 → 클라이언트 Client 와 서버 Server 로 구분됨.

네트워크 코어

• 송신 시스템은 긴 메시지를 패킷 packet 이라고 하는 작은 데이터 덩어리로 분할함.
• 송신 측과 수신 측 사이에서 각 패킷은 통신 링크와 패킷 스위치를 거치게 됨.
  → 패킷은 링크의 최대 전송 속도와 같은 속도로 각각의 링크 상에서 전송됨

• 저장-후-전달 Store-and-forward transmission
  출력 링크로 패킷의 첫 비트를 전송하기 전에 전체 패킷을 받아야 함을 뜻함.
  → 즉, 전체 패킷이 모두 저장되었을 때 비로소 출력 링크로 패킷을 전송함.

  $L/R$ 시간에 라우터에 전송하고, 라우터는 저장 후 $L/R$ 시간에 목적지로 전송하므로 총 $2L/R$ 의 지연 발생.
  → 저장-후-전달을 사용하는 이유는 라우터가 전달하기에 앞서 패킷을 처리할 필요가 있기 때문.

• 큐잉 지연과 패킷 손실 Queuing and Loss
  각 패킷 스위치를 여러 개의 링크를 갖고 있으며, 각 링크에 대해 패킷 스위치는 출력 버퍼를 가지고 있다.
  → 도착하는 패킷이 한 링크로 전송될 필요가 있는데 그 링크가 다른 패킷을 전송하고 있다면, 도착하는 패킷은 출력 버퍼에서 대기해야할 필요가 있다.
  → 따라서 저장-후-전달 지연뿐만 아니라 큐잉 지연까지 겪게 된다.
  버퍼 공간의 크기가 유한하기 때문에 도착하는 패킷은 버퍼 공간이 다른 패킷으로 꽉 차 있는 경우를 당할 수 있다.
  → 도착하는 패킷이나 큐에 있는 패킷을 폐기 drop 하기 때문에 패킷 손실 packet loss 이 발생할 수 있다.

• 전달 테이블과 라우팅 프로토콜 Forwarding table and Routing protocol
  인터넷에서 모든 종단 시스템은 IP 주소라고 하는 주소를 갖는다.
  → 소스는 패킷의 헤더에 목적지의 IP 주소를 포함시켜 패킷을 보낸다.
  → 라우터는 패킷의 목적지 주소의 일부를 조사하고, 그 패킷을 이웃 라우터로 보낸다.
  → 각 라우터는 목적지 주소를 라우터의 출력 링크로 맵핑하는 전달 테이블을 갖고 있다.

  인터넷은 자동으로 전달 테이블을 설정하기 위해 이용되는 여러 라우팅 프로토콜을 가지고 있다.

  • Routing: determines source-destination route taken by packets (by an algorithm)
  • Forwarding: move packets from router's input to appropriate router output

회선 교환

• 회선 교환과 패킷 교환 Circuit switching and Packet switching
  → 링크와 스위치의 네트워크를 통해 데이터를 이동시키는 방식

• 회선 교환 네트워크 (ex. 전화망)
  종단 시스템 간에 통신을 제공하기 위해 경로상에 필요한 자원 dedicated resource 은 세션 동안에 확보 또는 예약 된다. (패킷 교환에서는 X)

  End-to-end resources allocated to, reserved for "call" between source and destination

  • 네트워크가 회선을 설정할 때, 그 연결이 이루어지는 동안 네트워크 링크에 일정한 전송률을 예약한다.
    주어진 전송속도가 송신자-수신자 연결을 위해 예약되므로, 송신자는 수신자에게 보장guaranteed된 일정 전송률로 데이터를 보낼 수 있다.
  • 두 호스트가 통신하고 싶을 때 네트워크는 두 호스트 사이에 지정된 종단간 연결 end-to-end connection 을 설정한다.
    그러므로 네트워크가 링크 각각에 회선을 예약하고 그 회선을 통해 통신이 이어진다. (교재 25p)
• 패킷 교환 네트워크
  만약 패킷 교환 방식의 경우라면, 회선 교환과 마찬가지로 패킷을 일련의 통신 링크를 통해서 보내진다.
  그러나 자원을 예약하지 않고 네트워크로 보내지므로, 다른 패킷들로 인해 링크가 혼잡하다면, 그 패킷은 전송 링크의 송신 쪽 버퍼에서 기다려야 하고 지연이 발생하게 된다.
  → 패킷 교환은 일정 시간 내에 전달하는 것을 보장해주지 않는다.

패킷 교환 대 회선 교환

• 회선 교환 방식은 요구에 관계없이 미리 전송 링크의 사용을 할당한다.
  → 자원이 할당되어 있으므로 성능이 보장되고, packet loss가 없다.
  → Resources are dedicated for the entire duration of the call
  → Inefficient but suitable for smooth traffic like voice
• 패킷 교환 방식은 요구할 때 on-demand 만 링크의 사용을 할당한다.
  → 사용하지 않는 링크 시간에는 링크의 사용을 할당할 필요가 없다. → High network efficiency
  → 자원이 한정적이므로 service quality를 보장하기 힘들다.
  → 패킷 손실이 일어날 수 있음.