Overview / Roadmap
- What is internet?
- What is protocol?
- Network edge : hosts, access network, physical media
- Network core : packet / circuit switching, internet structure
- Performance : loss, delay, throughput
- Protocol layers, service models
- Sercurity
- History
1. What is internet?
인터넷이 무엇인지 답하는 것에는 두 가지 방법이 있다.
1) 인터넷의 구성요서(너트와 볼트)를 기술하는 것
: 인터넷을 구성하는 기본적인 하드웨어와 소프트웨어 구성요소를 기술하는 것이다.
2) 분산 애플리케이션에 서비스를 제공하는 Networking Infrastructure 관점에서의 인터넷을 기술하는 것
1) 인터넷의 구성요소(너트와 볼트)를 기술하는 것
인터넷은 컴퓨팅 장치를 연결하는 컴퓨터 네트워크이다.
host = end system : 인터넷과 연결하는 모든 장치를 뜻한다
end system은 통신 링크(communication link)와 패킷 스위치(packet switch)의 네트워크로 연결된다.
각각의 link들은 다양한 transmission rate를 이용하여 데이터를 전송하며
전송률은 초당 비트 수를 의미하는 bps(bit per second) 단위를 사용한다.
한 end system이 다른 end system으로 보낼 데이터 갖고 있을 때,
송신 종단 시스템(sender)은 그 데이터를 segment로 나누고 각 segment에 header를 붙인다.
이렇게 만들어진 정보 패키지는 컴퓨터 네트워크에서 packet이라고 부른다.
packet은 목적지 end system으로 네트워크를 통해 보내지고 목적지에서 원래의 데이터로 다시 조립된다
packet switch는 Input link의 하나로 도착하는 packet을 받아서
Output link의 하나로 그 packet을 전달한다.
*패킷(Packet): 우리가 보내는 데이터의 조각 (비유: 택배 상자)
*통신 링크(Link): 데이터가 지나가는 길 (비유: 도로) 그 종류로 input link와 output link가 잇다
*스위치/패킷 교환기: 길과 길이 만나는 교차로의 분류 센터 (비유: 택배 허브 터미널)
오늘날의 인터넷에서 가장 널리 사용되는 두 가지 종류로는 아래와 같은 것들이 있다.
Router : 네트워크 코어에서 사용된다
link-layer switch : 보통 접속 네트워크에서 사용
packet이 sender에서 receiver에 도착하는 동안 거쳐온 일련의 통신 링크와 packet switch를 네트워크 상의 route/path라고 한다.
end system은 ISP(Internet Service Provider)를 통해 인터넷에 접속한다.
ISP는 packet switch와 communication link로 이루어진 네트워크이다.
ISP는 end system에게 다양한 네트워크 접속을 제공한다.
또한 ISP는 웹사이트와 비디오 서버를 인터넷이 직접 연결하도록 CP(content provider)에게 인터넷 접속을 제공한다.
인터넷은 end system을 서로 연결하는 것이므로 end system에 접속으로 제공하는 ISP도 서로 연결되어야만 한다.
이러한 하위 계층 ISP는 국가 그리고 국제 상위 계층 ISP를 통해 서로 연결한다.
그리고 이들 상위 계층 ISP들은 서로 직접 연결된다.
상위 계층 ISP는 광 링크로 연결된 고속 router로 구성된다.
이 구성요소들은 인터넷에서 정보 수신을 제어하는 여러 protocol을 수행한다.
특히 TCP(Trasmission Control Protocol)와 IP(Internet Protocol)는 인터넷에서 제일 중요한 protocol.
IP protocol은 router와 end system 사이에서 송수신 되는 packet format을 기술한다.
이런 인터넷의 주요 Protocol을 통칭해서 TCP/IP라고 한다.
인터넷 표준은 IETF(Internet Engineering Task Force)에서 개발하며 IETF 표준 문서를 RFC(Requests for comment)라고 함.
이들은 TCP, IP, HTTP(웹에서 이용), SMTP(전자메일에서 이용) 같은 protocol을 정의한다.
2) app에서 서비스를 제공하는 infrastructure로서 인터넷을 기술
이는 인터넷을 app들이 제대로 작동할 수 있도록 데이터를 실어 날라주는 거대한 서비스 토대로 보겠다는 뜻이다.
애플리케이션은 웹 서핑과 같은 전통적인 애플리케이션뿐만 아니라, 모바일 스마트폰과 태블릿 애플리케이션을 포함한다.
이러한 app은 서로 데이터를 교환하는 많은 end system을 포함하고 있기 때문에 distributed application이라고 부른다.
중요한 것은 인터넷 app은 end system에서 수행된다는 점이다.
= 네트워크 코어에 있는 packet switch에서 수행되지 않는다. = packet switch never cares about application
인터넷에 접속된 end system들은 socket interface를 제공한다.
socket interface는 하나의 end system에서 수행되는 program이 어떻게 인터넷 infra에서
다른 end system에서 수행되는 특정 destination program으로 데이터를 전달하도록 요구하는지를 명시하는 규칙의 집합이다.
2. What is protocol?
프로토콜
: 둘 이상의 통신 개체 간에 교환되는 메시지 포맷과 순서뿐만 아니라, 메시지의 송수신과 다른 이벤트에 따른 행동들을 정의
네트워킹은 어떤 일을 수행하려면 둘 이상의 entity(통신 개체)가 함께 인식하는 프로토콜이 필요하다.
메시지의 송수신과 메시지를 송수신할 때 취하는 일반 행동이 '질문과 응답 프로토콜'의 중심에 있음.
네트워크 프로토콜
: 물리적으로 연결된 두 컴퓨터 사이에서 메시지를 어떻게 전송할 것인지를 제어하는 규칙.
통신하는 둘 이상의 원격 개체가 포함된 인터넷에서의 모든 활동은 프로토콜이 제어한다.
예를 들면, end system에 있는 congestion-control 프로토콜은 송수신자 간에 전송되는 패킷 전송률을 조절한다.
router에서 프로토콜은 source에서 destination까지 패킷 경로를 설정한다.
이들 프로토콜은 인터넷의 모든 영역에서 작동한다.
3. Network edge : hosts, access network, physical media
Network edge
네트워크의 가장자리 = 호스트
위에서 인터넷에 연결되는 컴퓨터와 그 밖의 장치를 end system이라고 언급을 했었다.
그 이유가 그림으로 나타내었을 때 인터넷의 가장자리를 차지하고 있기 때문이다.
인터넷의 end system은 데스크톱 컴퓨터, 서버, 이동 컴퓨터(랩톱, 스마트폰, 태블릿) 등을 포함한다.
end system은 application(웹 브라우저 프로그램, 웹 서버 프로그램, 전자메일 클라이언트 프로그램 등)을 수행하기 때문에
host라고 부른다. host = end system
host는 때때로 client와 server로 구분된다.
client = 데스크톱, 이동 PC, 스마트폰 등을 의미.
server = 웹 페이지를 저장하고 분배하고 비디오를 스트림하며 전자메일을 릴레리하는 더 강력한 기능을 가진 컴퓨터
Access Network
Access Network(접속 네트워크)의 뜻 자체는 내 장치(end system)과 첫 번째 라우터(Edge Router)를
물리적으로 이어주는 구간이다.
end system에서 보내는 packet이 가장 처음으로 도착하는 라우터에 연결되는 네트워크를 의미한다.
1) 가정 접속: DSL, 케이블, FTTH, 5G 고정 무선
가정 접속 유형은 DSL과 케이블이 가장 널리 보급된 광대역 유형이다.
DSL
- 일반적으로 가정은 유선 로컬 전화 서비스를 제공하는 같은 지역 전화 회사(telco)로부터 DSL 인터넷 접속 서비스를 받는다.
따라서 DSL을 사용할 때 고객의 telco가 ISP도 된다. 고객의 DSL 모뎀은 telco의 지역 중앙국(CO, Central Office)에 위치한,
DSLAM(digita; subscriber line access multiplexer)과 데이터를 교환하기 위해 기존 전화 회선을 이용한다.
가정의 DSL 모뎀은 디지털 데이터를 받아서 전화선을 통해 CO로 전송하기 고주파 신호로 변환한다.
여러 가정으로부터의 아날로그 신호는 DSLAM에서 디지털 포맷으로 다시 변환된다.
실제로 전화선은 하나지만, 고속도로에서 차선을 나누듯이 주파수 대역을 3개로 나누어서,
전화를 하면서 동시에 인터넷 데이터를 주고받아도 신호가 서로 충돌하지 않게 한다.
전통적인 전화 대역(Low): 아주 낮은 주파수. 사람의 목소리가 지나가는 길이다.
업스트림(Upstream) 대역(Medium): 가정에서 인터넷으로 데이터를 보낼 때 쓰는 길입니다.
다운스림(Downstream) 대역(High): 인터넷에서 데이터를 내려받을 때 쓰는 길이다. 세 대역 중 가장 넓다.
고객 쪽에 있는 splitter는 가정에 도착하는 데이터와 전화 신호를 분리하고 데이터 신호를 DSL 모뎀으로 전송한다.
단순하게 말하면 splitter의 역할은 전화선으로 전화 신호와 인터넷 데이터가 섞여서 들어오면 주파수 대역에 맞게 분리해서
DSL 모뎀에 보내주는 필터 역할을 한다.
가정의 splitter: 전화선으로 들어오는 섞인 신호 중에 주파수 대역이 낮은 것은 전화기로 보내고
높은 것은 DSL 모뎀으로 보내주는 필터 역할을 한다.
CO의 DSLAM: 가정의 전화선이 모이는 곳. 여기서는 신호를 분리해서 각각의 destination으로 보내준다.
모든 집마다 전용 인터넷 선을 전화국까지 1:1로 깔면 비용이 너무 많이 든다.
그래서 각 가정의 전화선들을 동네 근처의 DSLAM이라는 커다란 장비에 꽂는다.
- 케이블 인터넷 접속
케이블로 인터넷에 접속하는 것과 DSL로 인터넷에 접속하는 것의 차이는
전화선(DSL)을 쓰느냐, TV선(케이블)을 쓰느냐의 차이이다.
가정에서 케이블을 통해 데이터를 보내고자 할 때는,
우리집에서 junction(광케이블이 끝나고 TV선으로 갈라지는 시점)까지는 동축케이블로,
juction부터 Headend까지는 광케이블을 통해서 데이터가 이동하여 CMTS로 가고,
CMTS에서 destination을 분류해서 edge router로 데이터가 이동한다.
전화선에서 DSLAM에 해당하는 것이 CMTS / 구리 전화선 - 광케이블+동축케이블 이다.
하지만 전화선과 다른 것 한 가지는 가정의 전화선은 가정당 1개씩이지만,
케이블을 통할 때는 이웃과 나눠 쓰는 공용 도로라고 생각해야 한다.
| 유형 | DSL | 케이블(TV선 방식) |
| 우리 집 장비 | DSL | 케이블 모뎀 |
| 동네 집결지 | CO | Headend |
| 분류 기계 | DSLAM | CMTS |
HFC(Hybrid Fiber Coax) = 광케이블(빠름) + 동축케이블(쌈)을 섞은 가성비 시스템
강의 교안에는 케이블을 통한 연결을 설명하는 부분에
" network of cable, fiber attaches homes to ISP router
• homes share access network to cable headen " 이라고 설명이 되어 있는데,
해석하면 "케이블과 광섬유로 이루어진 네트워크가 각 가정들을 ISP 라우터에 연결한다"는 뜻으로
앞서 말한 HFC의 구조(동축케이블+광케이블)로 ISP(통신사)에 있는 edge router에 우리 집 컴퓨터를 물리적으로 attach하고,
DSL은 집집마다 전용선이 있지만 케이블 방식은 juction에서 headend까지 가는 굵은 광케이블 한 줄을 같은 지역에 있는 사람들이 공유한다는 특징을 가진다는 의미이다.
- 무선 접근 네트워크
이 네트워크의 가장 큰 특징은 "공유된다"는 것이다.
위의 두 네트워크는 유선, 선 하나에 내 데이터만 흐르지만, 무선은 근처에 있는 모든 사람들이 같이 쓴다.
그래서 옆 사람이 데이터를 엄청나게 쓰면 내 와이파이가 느려지는 것이다...
내 장치(end system)에서 나가는 전파를 받아서 유선 인터넨 망(router)으로 넘겨주는 '중계기'가 반드시 필요하다.
이걸 교안에서는 Base Station 또는 Access Point(AP)라고 부르는 것이다.
Access networkd 중 Wireless Access Network로 end system과 edge router를 연결하는 방법은
end system에서 나가는 전파를 Base Station 혹은 AP가 받아서 edge router로 넘겨주는 것이다.
Wireless Access Network로 인터넷에 접속하는 두 가지 방법은
1) 와이파이(WLAN) 과 2)폰 데이터(Cellular)가 있다.
1) WLAN : 가까운 거리에 있는 와이파이 공유기(AP)가 end system의 전파를 받아서 edge router로 넘겨준다.
2) Cellular : 넓은 범위 안에서 통신사가 세워둔 Base Station이 end end system의 전파를 받아서
edge router로 데이터를 넘겨줌.
2) 기 접속: Ethernet, Wifi
- Ethernet(유선 접속)
: 학교 전산실이나 사무실 책상 및을 보면 벽에서 나온 선을 컴퓨터에서 꽂는 것! 그게 이더넷이다!
이더넷 기술이 여기저기에서 가장 널리 사용되는 접속 기술이다.
* 꼬임쌍선: 우리가 흔히 말하는 랜선이다. 8가닥의 구리 선이 꼬여 잇어서 저렇게 부른답디다..
* 이더넷 스위치(Switch): 회사나 대학은 수백 명의 사람이 공유기를 써야 하자네..?
그래서 수십 개의 랜선을 한 곳에 꽂을 수 있는 거대 터미널 같은 장비이다.
이더넷은 이더넷 스위치에 연결하기 위해 꼬임쌍선을 이용한다. 이더넷 스위치 혹은 상호연결된 스위치들의 네트워크는 이제 다시 더 큰 인터넷으로 연결된다.
- Wifi (무선 접속)
: 랜선 안 꽂고 노트북이나 폰으로 하는 방식. 근데 중요한 건, AP도 결국 유선(이더넷 스위치)에 꽂혀 있다.
내폰--(무선)--AP--(유선)--이더넷 스위치--(유선)--Router 순서로 packet이 이동한다.
요약 : 학교나 회사에서는 이더넷 스위치라는 거대 랜선 터미널에 내 PC를 유선으로 꽂거나,
그 터미널에 연결된 'AP'에 내 폰을 무선으로 인터넷에 연결한다.
비트가 출발지에서 목적지로 전달될 때, 일련의 송신기-수신기 쌍에 대해 이 비트는 물리 매체(physical media)상에
전자파나 광 펄스를 전파하여 전송한다. 물리 매체는 여러 형태이며 경로상의 각 송신기-수신기 쌍에 대해 같은 유형일 필요는 없다.
물리 매체는 두 부류, 즉 유도 매체(guided media)와 비유도 매체(unguided media)로 나눌 수 있다.
유도 매체는 광섬유 케이블, 꼬임쌍건 혹은 동축케이블 같은 견고한 매체를 따라 파형을 유도한다.
비유도 매체는 무선 랜, 디지털 위성 채널의 경우처럼 대기와 야외 공간으로 파형을 전파한다.
꼬임 쌍선