[컴퓨터네트워크] ch.1 Computer Networks and the Internet

1.1 What is the Internet?

1.1.1 구성 요소로 본 인터넷 : "nuts and bolts" view

 

인터넷의 구성 요소

인터넷 (Internet)

• Network of Network
• 전 세계적으로 수십억 개의 컴퓨터 장치를 연결하는 컴퓨터 네트워크
• loosely hierarchical (느슨한 계층적)
• Interconnected ISPs (인터넷 계약들)

호스트(host) = 종단 시스템(end system)

• 컴퓨터 네트워크에 연결된 컴퓨팅 장치
• ex. 서버, 인터넷에 연결된 모든 인터넷 '사물들'
• 통신 링크(communucation link)와 패킷 스위치(packet switch)의 네트워크로 연결 됨
• running network apps : 망에 접속이 가능하고 메세지를 보낼 수 있어야 함

통신 링크(communication links)

• 다양한 전송률(transmission rate), 링크 대역폭(bandwidth)을 이용해 패킷(packet = 데이터)을 전송 함
• 전송률 단위 : bps (bits per second, 초당 비트 수)
• fiber(섬유), copper(구리), radio(라디오), satellite(위성) 등의 매체로 구성 됨

패킷(packet)

• 송신 종단 시스템에서 수신 종단 시스템(목적지)으로 보내짐
• 송신 종단 시스템이 보내고자 하는 데이터를 세그먼트(segment)로 나누고, 각 세그먼트에 헤더(header)를 부착하여 수신 종단 시스템으로 전송한다.
• 패킷은 목적지에서 원래의 데이터로 다시 조립된다.

패킷 교환기 (packet switch)

• 입력 통신 링크 중 하나
• forward packets : 도착하는 패킷을 받아서 출력 통신 링크의 하나로 그 패킷을 전달한다. (목적지 방향으로 패킷 전달)
• ex. switch(보통 네트워크 코어에서 사용), router(보통 네트워크에서 사용)

ISP(Internet Service Provider)

• 패킷 스위치와 통신 링크로 이루어진 네트워크
• 종단 시스템에게 다양한 네트워크 접속을 제공한다.

프로토콜(protocal)

• protocols control sending, receiving of msgs (인터넷에서 정보의 송수신을 제어한다.)
• ex. TCP, IP, HTTP, Skype, 802.11

 

Internets Standards

• IETF(Internet Engineering Task Force)
  • 국제 인터넷 표준화 기구
  • RFC(Requests for Comment) : IETF 표준 문서
  • TCP, IP, HTTP, SMTP 같은 프로토콜을 정의
• IEEE 802 LAN 표준위원회
  • 이더넷과 무선 와이파이 표준을 기술

1.1.2 서비스 측면에서 본 인터넷 : a service view

• coimmunication infrastructure that provides services to applications
  • ex. Web, VoIP, email, games
• Provides programming interface to apps
  • provides service potions analogous to postal service
    • hooks that allow sending and receving app programs to "connect" to Internet
    • provides service potions analogous to postal service
      • reliable data delivery from source to destination
      • "best effort" (unreliable) data delivery

✏️ Best Effort 서비스는 데이터를 전송할 때 최선의 노력을 다하지만, 특별한 보장이나 우선순위를 제공하지 않는 것을 의미합니다. 

 

What's a protocol? 프로토콜이란 무엇인가?

둘 이상의 통신 개체(entity)가 일을 함께 수행하려면 이들이 다같이 인식하는 프로토콜, 즉 통신규약이 필요하다.

✏️ 프로토콜이란, 데이터 통신을 원활하게 하기 위해 필요한 통신 규약

• 모든 인터넷 커뮤니케이션 활동의 중심에는 프로토콜이 있다.
• protocols define format, order of messages sent and received among network entities and network entities and action taken on message transmission, receipt -> 프로토콜은 네트워크 엔터티와 네트워크 엔터티 간에 전송 및 수신되는 메시지의 형식, 순서 및 메시지 전송, 수신에 대해 수행되는 작업을 정의합니다.

human protocols

• Syntax
• semantic
• Timing

network protocols

• 통신하는 둘 이상의 원격 개체가 포함된 인터넷에서의 모든 활동은 프로토콜이 제어한다.

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1.2 Network edge 

A closer look at network structure

network edge

• applications and host
• 종단 시스템은 애플리케이션을 수행하므로 호스트라고도 부르며, 호스트는 클라이언트(client)와 서버(server)로 구분된다.
• host : client and server
• servers often in data centers

종단 시스템 간의 상호작용

access networks(접속 네트워크)

• physical media: wired, wireless communication links
• 사용자가 네트워크에 연결하는 지점
• 종단 시스템을 먼 거리에 위치한 다른 종단 시스템까지의 경로 상에 있는 첫 번째 라우터, 즉 가장 자리 라우터에 연결하는 네트워크를 말함.

network core

• interconnected routers
• networkof networks

💡 "Network of networks"는 여러 개의 독립적인 네트워크가 상호 연결되어 하나의 큰 네트워크를 형성하는 개념을 나타냅니다. 

host는 client일수도 server일수도 있음

The network edge:

end systems (hosts)

• run application programs
• ex. Web, email
• at "edge of network"

List the Network edge model

client/server model

• client host requests, receives service from always-on server (클라이언트 호스트 요청, 서버로부터 서비스 수신)
• ex. Web browser / Server , email client / Server

peer-peer model

• minimal (or no) use of dedicated servers (전용 서버를 최소한으로 사용하거나 사용하지 않음)
• ex. Skype, BitTorrent

특성	client-server	"Pure" P2P	"Hybrid" P2P
중앙 서버	중요한 역할을 함	없음	일부 중앙화된 요소
참여자 간 동등성	클라이언트 및 서버	있음	있음
데이터 검색 및 공유	서버를 통해 진행	분산 알고리즘에 의해	일부 중앙화된 요소 및 분산 알고리즘 혼합
예시	웹 서비스, 이메일	BitTorrent, Gnutella	Skype(초창기 버전), 일부 블록체인 플랫폼
확장성 및 탄력성	중앙 서버 의존	높음	높음
관리 및 보안 관련 복잡성	중앙 서버 관리 필요	낮음	중간

 

Traditional Centralized Down : 중앙형 서비스

• Slow
• Single point of failure : 서버 하나만 고장나도 망함
• High bandwidth usage for server

Decentralized Peer-to-Peer Downloading

• Fast
• No single point of failure : 하나정도는 고장나도 괜찮음
• All downloaders are also uploaders(모든 다운로더는 업로더이기도 함) : 단점 책임을 안짐

Access network and physical media

Q. How to connect and systems to edge router?

• residential access nets - 주거용
• institutional access networks (school, company) - 기관용
• mobile acess networks - 모바일용

액세스 네트워크 유형	시스템을 엣지 라우터에 연결하는 방법
주거용	- 이더넷 케이블을 사용하여 유선 연결 또는 무선(Wi-Fi) 연결 - 필요한 경우, 라우터의 설정을 구성 (IP 주소, 서브넷 마스크 등)
기관용	- 이더넷 케이블을 사용하여 유선 연결 또는 무선(Wi-Fi) 연결 - 네트워크 관리자가 시스템을 네트워크에 연결하거나 관리 - 필요한 경우, 네트워크 설정 및 보안 조치 적용
모바일용	- 스마트폰, 태블릿 및 기타 모바일 디바이스는 무선 연결 (3G, 4G, 5G 등)을 통해 자동으로 연결 - 사용자는 일반적으로 연결 설정을 수동으로 구성할 필요 없음

 

Q. bandwidth (bits per second) of access network?

Q. shared or dedicated?

액세스 네트워크 유형	대역폭 (비트/초)	공유(Shared) 또는 전용(Dedicated)
주거용	몇 메가비트에서 수백 메가비트까지	공유 (주로 다수의 가구가 공유)
기관용	높은 대역폭 가능 (기관에 따라 다름)	주로 전용 또는 공유 (전용 회선 또는 VLAN 사용)
모바일용	수십 메가비트 이상 (통신사마다 다름)	공유 (다수의 사용자가 동시에 공유)

 

Residential access : 가정 접속

1. point to point access

• Dialup via modem(모뎀을 통한 전화 접속)
  • 컴퓨터나 다른 디지털 기기가 전화 회선을 통해 인터넷에 연결하는 방식을 의미합니다.
  • up to 56Kbps direct access to router(often less)
  • Can't surf and phone at same time: can't be "always on" (서핑과 전화를 동시에 할 수 없습니다: "항상 켜져" 있을 수 없습니다)
• DSL (Digital Subscriber Line)
  • 가정의 DSL 모뎀은 수신한 디지털 데이터를 전화선을 통해 CO로 전송하기 위해, 해당 데이터를 고주파 신호로 변환한다.
  • 여러 가정으로부터의 아날로그 신호는 DSLAM에서 디지털 포맷으로 다시 변환된다.
  • DSL 표준은 여러 전송률을 정의하며, 이 전송률에는 업스트림과 다운스트림을 포함된다.
  • up to 2.5 Mbps upstream (today typically < 1 Mbps)
  • up to 24 Mbps downstream (today typically < 10 Mbps)

💡 "Upstream"은 데이터가 사용자의 장치에서 인터넷으로 나가는 방향, "Downstream"은 데이터가 인터넷에서 사용자의 장치로 들어오는 방향

2. cable network

• HFC : hybrid fiber coax
  • asymmetric : up to 30Mbps downstream, 2Mbps upstream transmission rate

💡 fiber는 광섬유이다.

• network of cable and fiber attaches homes to ISP router
  • 케이블 및 광섬유 네트워크가 가정(집)을 해당 지역의 인터넷 서비스 공급자(ISP)의 라우터에 연결하여 인터넷 서비스를 제공하고 있는 것
  • homes share access to cable headend
  • unlike DSL, which has dedicated access to center office (DSL과 달리, 중앙 사무실에 전용 액세스 권한을 가지고 있지 않습니다. <-> DSL은 중앙 교환소 또는 서버와 사용자 사이의 거리가 가까울수록 빠른 속도를 제공합니다.)
• deployment: available via cable TV companies (배포: 케이블 TV 회사를 통해 이용 가능)
• frequency division multiplexing(FDM): different channels transmitted in different  frequency bands (FDM-주파수 분할 다중화: 서로 다른 주파수 대역에서 전송되는 서로 다른 채널)

Enterprise access net : 기업 접속망

1. local area network : 근거리 통신망

• company/ univ local area network(LAN) connects end system to edge router

💡 LAN의 반대 : LAN은 지역 내에서 작은 규모의 네트워크를 말하며, WAN은 넓은 지역과 긴 거리를 커버하는 네트워크를 의미

• Ethernet
  • 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps, 10Gbps transmission rates
  • modern configuration : end systems connet into Ethernet switch (최종 시스템이 이더넷 스위치에 연결)

💡 Ethernet은 네트워크 기술의 한 종류로, 컴퓨터와 다양한 네트워크 장치 간에 데이터를 전송하고 통신하기 위한 표준화된 프로토콜 및 기술 집합

 

Wireless access networks

• shared wireless acces network connects end system