네트워크 하향식 접근 - 1
1.1 인터넷이란 무엇인가?
하향식 접근에서는 인터넷이란 무엇인가? 라는 질문에 두 가지 갈래로 나뉘어서 답변을 할 수 있다고 했다.
- 인터넷의 구성요소(너트와 볼트)를 기술
- 분산 애플리케이션에 서비스를 제공하는 네트워킹 인프라스트럭처 관점에서 기술.
구성요소로 본 인터넷
인터넷은 전 세계적으로 수십억 개의 컴퓨팅 장치를 연결하는 컴퓨터 네트워크.
컴퓨팅 장치는 호스트(host) 혹은 종단 시스템(end system)이라고 불림.
종단 시스템은 통신 링크(communication link)와 패킷 스위치(packet switch)의 네트워크로 연결됨.
링크는 다양한 물리 매체(physical media)로 구성. 각각마다 다양한 전송률(transmission rate, 링크 대역폭)을 이용하여 데이터를 전송. bps(bit per second) 단위를 사용.
종단 시스템끼리 송수신시 패킷(packet)을 보냄.
패킷 : 데이터를 세그먼트로 나누고 각 세그먼트에 헤더를 붙임 → 하나의 패키지, 목적지에서 다시 조립됨
패킷 교환기(스위치)는 입력 통신 링크의 하나, 도착하는 패킷 받아서 출력 통신 링크의 하나로 그 패킷을 전달한다.
- 패킷 스위치
- 라우터(router) : 네트워크 코어에서 사용
- 링크 계층 스위치(link-layer switch) : 접속 네트워크에서 사용
통신 링크와 패킷 스위치를 네트워크상의 경로(route 혹은 path)라고 한다.
종단 시스템은 ISP(Internet Service Provider)를 통해 인터넷에 접속. 여러 ISP가 있는데 각 ISP는 패킷 스위치와 통신 링크로 이루어진 네트워크이다.
호스트에게 다양한 네트워크 접속 제공. ↔ CP(content provider)에게 인터넷 접속 제공
각 ISP 네트워크는 따로 관리되고 IP 프로토콜을 수행하고 네이밍과 주소배정 방식을 따른다.
종단 시스템, 패킷 스위치 등 인터넷의 구성요소들은 여러 프로토콜(protocol)을 수행한다.
TCP(Transmission Control Protocol)/IP(Internet Protocol)은 인터넷의 주요 프로토콜
인터넷 표준은 IETF에서 개발하며 IETF 표준 문서를 RFC라고 한다.
서비스 측면에서 본 인터넷
분산 애플리케이션(distributed application)은 서로 데이터를 교환하는 많은 종단 시스템을 포함하고 있다.
종단 시스템에서 애플리케이션이 수행됨(패킷 교환기는 애플리케이션에는 관심을 갖지 않는다)
한 종단 시스템에서 수행되는 애플리케이션이 다른 종단 시스템에서 수행되고 있는 프로그램으로 데이터를 보내도록 인터넷에 어떻게 지시할 것인가?
→ 소켓 인터페이스(socket interface) : 송신 프로그램이 따라야 하는 규칙의 집합 [ 예) 우편 서비스 ]
프로토콜이란 무엇인가?
비유적으로 프로토콜을 정의하면 “명확하게 송수신된 메시지와 이러한 메시지가 송수신될 때나 다른 상황이 발생했을 때 취하는 행동”
어떤 일을 수행하려면 둘 이상의 통신 개체(entity)가 함께 인식하는 프로토콜이 필요
네트워크 프로토콜
장치들간의 메시지를 교환하고 행동하는 것
웹 페이지의 URL을 입력하면 어떤 일이 발생할까?
→ 연결 요청 메시지를 웹 서버에 보내고 응답을 기다림 → 웹 서버는 요청 메시지를 받고 응답 메시지를 보냄 → 웹 문서를 보내도 좋다는 것을 확인하고 GET 메시지에 웹 페이지에 이름 넣어서 보냄 → 웹 서버는 응답해줌(웹파일 전송)
프로토콜은 둘 이상의 통신 개체 간에 교환되는 메시지 포맷과 순서뿐만 아니라, 메시지의 송수신과 다른 이벤트에 따른 행동들을 정의한다.
1.2 네트워크의 가장자리
종단 시스템 = 호스트
호스트는 클라이언트와 서버로 구분됨
접속 네트워크
종단 시스템을 그 종단 시스템으로부터 먼 거리에 있는 다른 종단 시스템까지의 경로상에 있는 첫 번째 라우터(가장자리 라우터(edge router)라고도 함)에 연결하는 네트워크를 접속 네트워크라고 총칭함.
1.2.1 가정 접속: DSL, 케이블, FTTH, 5G 고정 무선
DSL(digital subscriber line)
가정PC, 집전화(다른 주파수 대역에서 인코딩됨)
가정 PC → DSL 모뎀 → 스플리터 → 중앙국에 위치한 DSLAM(digital subscriber line access multiplexer)
다른 주파수 대역에서 인코딩되는것은(전화 채널 : 0~ 4kHz, 고속 다운스트림 채널 : 50kHz~1MHz) DSL 링크가 3개의 분리된 링크인 것처럼 보이게 함. → 서로 같은 dsl 링크를 공유
케이블 인터넷 접속(cable Internet access)
케이블 TV 회사의 기존 케이블 TV 인프라스트럭처를 이용
각 가정은 동축 케이블로 인터넷 접속 서비스를 받음.
DSL 모뎀 ↔ 케이블 모뎀(외장형 장치, 이더넷 포트)
케이블 헤드엔드의 CMTS(cable modem termination system) ↔ DSLAM
HFC 접속 네트워크는 2개의 다운스트리과 업스트림 채널로 나뉨
FTTH(fiber to the home)
CO로부터 가정까지 직접 광섬유 경로를 제공한다.
5G 고정 무선
기업(그리고 가정) 접속: 이더넷과 와이파이
LAN(local area network)은 일반적으로 종단 시스템을 가장자리 라우터에 연결하는 데 사용된다.
그중 이더넷 기술이 가장 보편적으로 사용됨
무선 랜 환경에서 무선 사용자들은 기업 네트워크에 연결된 AP(access point)로 패킷을 송신/수신하고 이 AP는 유선 네트워크에 다시 연결된다.
와이파이 = IEEE 802.11 기술에 기반한 무선 랜 접속
1.2.2 물리 매체
HFC = 광섬유 케이블 + 동축케이블
DSL, 이더넷 = 구리선
이동 접속 네트워크 = 라디오 스펙트럼
종단 시스템 →(비트 전송) 가장자리 라우터 →(비트 전송) 라우터같은 송신기-수신기 쌍에 대해 이 비트는 물리 매체(physical media)상에 전자파나 광 펄스를 전파하여 전송한다. - ex) 꼬임 쌍선, 동축케이블, 다중모드 광섬유 케이블, 지상파, 위성파
- 유도 매체(guided media) : 광섬유 케이블, 꼬임쌍선, 동축케이블
- 비유도 매체(unguided media) : 무선 랜, 디지털 위성 채널, 야외 공간으로 파형 전파
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