[컴퓨터네트워크] CH1. Introduction

The Internet

1. Basic Logical Structure

2. Internet Backbone as of 2015

3. Hierarchical structure

4. Regional ISPs(US)

Network Core/Edge

Network core:

Network edge:

Access Network

Recent Advances in Access Networks

Basic Networking Operations

1. Protocol

: set of rules and regulations for behaviors

Network Protocols

• Machines rather than humans
• 인터넷의 모든 통신활동은 프로토콜에 의해 통제된다.
• 프로토콜은 네트워크 객체들이 주고 받는 메시지의 format, order, 그리고 메시지의 전송과 수신에 대한 action을 정의하고 있다.

2. Packet Switching

Data Transmission via Packets

Packet : 전송하는 하나의 단위, transmission unit

1. application message를 가져온다.
2. 길이가 L bits인 packets이라는 작은 덩어리로 메시지를 나눈다.
3. packet을 전송 속도가 R인 access network로 전송한다.
   • link transmission rate = link capacity = link bandwidth

packet transmission delay(패킷 전송시간)
= L-bit pachet을 link로 전송하는 시간
= L(bits)/R(bits/sec) = 패킷의 길이 / 시간당 전송 가능한 비트 수

Packet Switching : Store and Forward

1. L-bit packet을 R bps의 link로 전송하는데 걸리는 시간은 L/R 초.
2. store and forward : 다음 링크로 전송하기 위해서는 라우터에 전체 패킷이 다 도착해야만 함. 그 전에 미리 전송 불가. 무조건 패킷 단위로 전송!!

-   L = 7.5 Mbits
-   R = 1.5 Mbps
-   one-hop transmission delay = 7.5/1.5 = 5 sec

-> end-end delay = 2L / R (propagation delay는 0이라고 가정함)

Packet Switching : Queueing, Loss

• 일정 시간 동안 링크에서 도착하는 속도가 링크로 전송하는 속도보다 빠를 경우(받는 것 > 보내는 것) 다음을 수행한다.
  • 패킷이 쌓여서(queue) 전송되기를 기다린다
  • 메모리(buffer)가 가득 차면 일부 packet이 dropped(lost) 될 수도 있다.

Packet Switching : Routing, Forwarding

• routing(라우팅) : 라우터가 packets을 보내야 하는 source-destination, 즉 packet이 가야하는 목적지를 결정함 (어떻게? 알고리즘에 의해!)
• forwarding : packets을 router의 input으로부터 router의 적절한 output으로 내보낸다. (적절한 경로로 보내기)
  packet 의 header에 어디로 가야하는지 도착지 정보가 들어있고, 이를 읽으면서 router가 어디로 이 패킷을 보낼지 결정한다.

3. Circuit Switching

• bits 전송의 또 다른 방법 ! (old type) (packetization 안씀)
  1. End-to-end resources를 할당하고 source와 destination 즉 출발점과 도착지 간에 서로 "call"을 약속하고 대기하고 있는다.
• No resource sharing
  1. Circuit-like (guaranteed) performance ; 회로랑 비슷하고 성능이 보장됨!
  2. 만약 circuit segment가 쓰이지 않을 때에는 가동되지 않는다.
  3. 주로 전화 networks에 쓰여왔음
• 한 circuit을 여러 데이터를 왔다갔다 하는데 쓰지 않고, 어떤 circuit을 쓰고 있으면 그동안은 그 길을 다른 데이터 전송에 못 씀. 그러니까 안 쓸땐 놀고 있는거고, 데이터가 loss 될 일은 없어서 신뢰성이 있겠지?

각 link는 4개의 circuit을 가지고 있다. green call은 해당 저 경로에 할당됨

Circuit vs Packet Switching

Packet Switching

1. resources가 한정되어있을 때 최고의 성능을 보장하기는 힘들다 -> 성능보단 효율이 좋음. BEST Effort
2. Physical routing이나 switching 이 회선속도(line-speed) 안에 실행이 완료되어야 한다.
3. Network는 필요에 의해 사용된다. 즉 필요할 때만 사용된다. -> High network efficiency
4. 데이터가 갑자기 집중적으로 한번씩 소규모로 발송되는 bursty traffic에 효율적이고 적합함 ex. file transfer
5. Packets이 손실될 수 있다!

=> High efficiency, poor quality of service

Circuit Switching

1. service quality를 보장하기 더 쉽다.
2. Routing을 더 긴 시간동안 수행할 수 있다. (call이 도착하고 출발하는 시간)
3. 모든 call 시간 내내 resource가 희생된다. 낭비된다? 뭐 그런거
4. 비효율적이긴 하지만 좀 더 smooth한 traffic에는 적합하다. ex. 목소리 전달
5. Packets이 손실될 일은 없다. (이미 다 reserved 된 resources니까~)

=> Low efficiency, better quality of service.

Network Delay

1. Loss and Delay

Packets queue in router buffers

• Packet이 도착하는데 걸리는 시간이 output link capacity를 초과할 경우!
• packets queue, 패킷은 대기열에서 대기한다
• 만약 available buffers를 넘어가면 가장 최근에 도착한 패킷이 손실된다. (drop-tail queue)

• 패킷이 queue에 저장되고 저장됐다가 전송되면서 delay가 발생하고, free (available) buffers 이 없을 경우 도착하는 패킷이 loss, drop 된다.

2. Queueing and Delay (and Throughput)

패킷이 라우터에 도착해서 다음 라우터로 전송될 때 가능한 네트워크 지연은 크게 processing, queueing, transmission, propagation 로 4가지가 있다.

• processing : 패킷이 라우터에 도착해서 메모리를 읽고, 어느 라우터로 전송되어야 하는지 목적지를 확인하는 데 걸리는 지연. (table look up)
• queueing : 밀린 패킷 대기.. 보내고 싶어도 queue에 이미 보내야할 패킷이 있으면 기다려야 함, 예측하기 어려운 편.
• transmission : 라우터의 queue, 대기열에서 전송하는 링크로ㄱㄱ 링크로 이동할 때 signal로 바꾸는 데 걸리는 시간.
  특히 multi-hop에서 지연이 증가한다. (store-and-forward)
• propagation : 케이블 등 링크를 타고 다음 라우터로 전송되는 것

3. Throughput and Bottleneck ; 처리량과 병목현상

1. Throughput : 처리량. 보내는 곳이 받는 곳으로 한 번에 전송할 수 있는 bits (bits/time unit)
   • instantaneous : 주어진 시점에서의 rate
   • average : 보다 긴 시간동안의 평균 rate
   만약 Rs > Rc, 이면 end-to-end 에서 average throughput이 어떻게 될까??
   즉 보내는 source 의 가능 처리량이 받는 곳의 가능 처리량보다 적을 경우 어떻게 될까??
2. Bottleneck link : 병목현상 link
3. 

• 네트워크 각 link 의 throughput, capacity가 서로 다를 수 있기 때문에 가장 좁은 길을 파악해서 그 길의 용량만큼 보내야 문제가 발생하지 않는다.
• 이 때 가장 throughput이 좋지 않은 link 가 Bottleneck link이다. (그림에서 Rc겠지??)
• 따라서 이 bottleneck link의 throughput이 전체 성능을 결정하게 된다.
• 한 연결 당 end-to-end throuput = *min(Rc , Rs , R/10) *
• R/10이 왜있냐면 R을 10개의 연결이 나눠쓰고 있으니까?
• 실제로는 보통 Rc 나 Rs 에서 bottleneck이 발생하게 된다. core는 좋은거 써서 별로 문제될 경우가 없음

Internet protocol stacks (Layering) ; 네트워크 계층

• Application (응용층) ((응용층 + 표현층 + 세션층)) : network application support, Protocol을 정의함 ex. FTP, SMTP, HTTP
• Transport (전송층) : process-process data transfer, 신뢰성 제어(오류, 흐름, 혼합) ex. TCP, UDP
• Network (네트워크층) : 데이터들의 routing(경로배정) ex. IP, Routing protocols
• link (데이터링크층) : 인접한 네트워크 요소 끼리의 데이터 전송, 신뢰성 제어 ex. Ethernet, Bluetooth
• Physical (물리층) : bits on the "wire", 회선

Encapsulation ; 캡슐화

상위 계층에서 정보를 가져와서 상위 계층의 정보를 하나의 데이터로 간주한 뒤 해당 계층에서 또다시 헤더를 추가해가면서 하위 계층으로 정보를 넘기는 방식.

Packet Capturing

패킷 캡처는 특정 컴퓨터 네트워크를 통과하거나 이동하는 데이터 패킷을 가로채는 컴퓨터 네트워킹 용어입니다.
패킷이 캡처되면 분석할 수 있도록 패킷이 일시적으로 저장됩니다.
패킷을 검사하여 네트워크 문제를 진단 및 해결하고 네트워크 보안 정책이 준수되고 있는지 여부를 확인합니다.

우리가 캡슐화한 data를 capture해서 다시 분석해서 상위 계층으로 올린다고 보면..되나..? 어렵군

 

 

Brief Internet history

 

-생략