3. Network edge : hosts, access network, physical media
[A closer look at Internet Structure]
인터넷의 구조...
Network edge - Access Network / physical media - Network core
network edge는 크게 host, access network, access network에서 사용하는 physical media(통신 미디어)를 이해하는 부분이다.
3-1) Network Edge
우선적으로 network edge는 실제 메시지를 요청하고 보내주는 주체들이 있는 구간이다.
전통적인 Client와 Server의 개념이 IoT의 등장으로 해석이 달라지기도 한다.
- 전통적인 구조
전통적 Network Edge는 명확했다.
Client : 서비스를 요청하는 존재
Server : 서비스를 제공하는 존재.
이렇게 각각의 역할이 명확하게 정해져 있었다. 사용자는 주로 정보를 받고, 데이터 센터(서버)는 정보를 제공했다.
그러나,
- IoT 등장 이후
전통적인 Client는 서비시를 요청만 했지만, 사물인터넷 기기들은 서비스를 요청해오지 않아도, 스스로 데이터를 만들어온다.
예를 들면, 스마트 CCTV는 24시간 내내 영상 데이터를 서버로 보낸다.
요청을 받았기에 영상을 서버에 전송하는 것이 아니라 자기가 주도적으로 데이터를 서버로 push하는 것이다.
이를 통해 Client의 개념이 과거와 다르게 강력한 데이터 생산자의 역할도 하는 것이다.
원래, Server의 위치는 데이터 센터(Core) 깊숙한 곳에 있었다.
그런데....IoT 기기가 너무 많아져서 요청하지 않은 데이터가 과도하게 많아져 그 양이 감당이 안되어서,
서버의 기능을 아예 Network Edge로 가져오게 된다.
이것을 Edge Computing이라고 부른다.
요약 : 서비스를 요청만 하던 Client들이 데이터를 ㅈㄴ 만들어내고, 중앙에만 있던 Server가 가까워진 것임.
요약 : 서비스를 요청할 때만 연결되는 것이 아니라, 모든 사물이 24H 네트워크에 붙어 있게 되었다.
3-2) Access Network, physical media
이 부분은 한마디로, 우리가 사용하는 장치들=end system을 인터넷으로 연결하기 전 첫 번째 관문인 End Router까지
어떻게 물리적으로 연결?할 것?인지에 대한 방법론인 것이다.
크게 유선과 무선으로 나뉘는 전달하는 통신 매체이다.
1. Residential Access Net (가정용 접속망)
- 앞서 설명해두었던 DSL을 이용하는 방법
- HFC : 광케이블과 동축케이블을 함께 사용해서 데이터를 보냄
이들의 특징은 가정의 모뎀에서 출발하여 통신사(CO, Headend)에 있는 DSLAM이나 CMTS를 거쳐
Edge Router로 연결된다. Upsteam / Downstream 속도가 다름.
2. Institutinal Access Networks (기관용 접속망)
- Ethernet : 벽에서 나온 랜선을 이더넷 스위치에 꽂는 방식
기관들에서는 전용 회선을 아주 굵게 쓰기 때문에 속도가 매우 빠르다(1Gbps~10GGbps).
수많은 PC가 스위치들에 묶여서 거대한 망을 이룬 뒤, 단체로 Edge Router에 연결된다.
3. Mobile Access Networks
선 없이 전파로 연결되는 방식임.
- WiFi : 건물 안의 AP가 전파를 받아서 유선망에 전달함. 자세한 내용은 이전 게시물 참고.
- 4G/5G : 야외의 거대 기지국(Base Station)이 전파를 받아서 통신사 망에 전달한다.
이렇게 연결하는 방식은 유선이 아니기 때문에 장소에 구애받지 않고 이동하면서도 Edge Router에 연결할 수 있다는 것!
4. Data Center Networks
보통 네트워크라고 하면 사용자가 인터넷에 접속하는 길을 생각하지만,
반대로 서버들이 인터넷에 연결되는 길도 접속 네트워크의 한 종류라는 예시를 보여준 네트워크이다.
Data Center Network = 수백에서 수천 대의 서버를 하나로 묶어 인터넷에 연결하는 초고속 네트워크
우리가 아는 구글, 네이버, AWS 같은 대기업의 Data Center 안에 구축되어 있다.
3-3) Network Core
Network Core는 데이터가 네트워크의 끝에서 출발해서 접속망을 통해 도달하는 마지막 지점인 것이다.
위의 Access Network가 Edge system에서 CO까지만 가는 길이라면,
그 CO를 지나면 전 세계로 뻗어나가는 고속도로가 나온다.
전 세계에 흩어져 있는 수만 대의 router들이 서로 거미줄처럼 Interconnected되어 있다.
Interconnedcted Router들은 packet이 들어오면 destination을 보고 어디로 갈지 길을 안내해준다.
인터넷은 한 명이 관리할 수 있는 단일망이 아니다.
개별적인 네트워크들이 서로 연결해서 데이터를 주고받자는 합의를 통해 만들어진 거대한 연합체이다.
* FDM (Frequency Division Multiplexing)
:은 데이터의 방향(upstream/downstream)에 따라 주파수 대역을 다르게 설정하는 기술
3-5) Host: sends packets of data
What does the Host do?
ㄴ break down messages in to small peices called L bits. And we call them "Packet".
한 번에 너무 큰 덩어리를 보내면 데이터를 보내는 도중에 에러 발생할 수 있음.
효율적인 메시지 전송을 위함.
Transmission Rate = How much of bit we can send per second
단위가 bps
자 그렇다면 패킷 하나를 링크 위로 다 밀어넣는 데는 시간이 얼마나 걸릴까?
(패킷의 모든 데이터가 전선을 타는데 걸리는 시간은?)
아래와 같다.
Links: Physical media
지금까지는 인터넷으 가장 중요한 네트워크 접속 기술을 다루었고,
이제는 그 기술에 사용되는 물리 매체를 설명할 것이다.
packet의 비트가 출발지에서 목적지로 전달될 때, 일련의 송신기-수신기 쌍을 거친다.
각 송신기-수신기 쌍에 대해 이 비트는 physical media상에 전자파나 광 펄스를 전파하여 전송한다.
physical media는 여러 형태이며 경로상의 각 송신기-수신가 쌍에 대해 같은 유형일 필요는 없다.
physical media는 크게 guided media와 unguided media로 나눌 수 있다.
guided media - 광섬유 케이블, 꼬임쌍선, 동축케이블
unguided media - 무선 랜, 디지털 위성 채널
1) 꼬임쌍선
가장 싸고 많이 사용하는 전송 매체이다. 오랫동안 전화망에서 사용됨.
한 쌍의 선이 하나의 통신 링크를 구성한다.
(*링크Link : 두 장치를 물리적으로 연결해주는 길)
UTP는 빌딩의 컴퓨터 네트워크, 즉 LAN에 가장 많이 이용하는 매체이다. (*UTP : 기관의 랜선)
가격이 광섬유보다 훨씬 싸고, 설치가 매우 쉬워서. 그리고 속도도 ㄱㅊ음 굳이 비싼 Fiber 안 써 건물 내부만 본다면 충분.
2) 동축케이블
: 동축케이블도 꼬임쌍선처럼 2개의 구리선으로 되어 있으나, 두 구리선이 평행하지 않고 동심원 형태를 이룬다.
이러한 구조는 꼬임쌍선보다 더 높은 데이터 전송률을 얻을 수 있다.
*여러 end system은 케이블에 직접 연결할 수 있고 모든 end system은 다른 end system이 전송하는 모든 것을 수신함.
3) 광섬유
: 광섬유는 비트를 나타내는 빛의 파동을 전하는 가늘고 유연한 매체이다.
단일 광섬유는 매우 놀라운 Transmission Rate를 자랑한다.
이들은 전자기성 간섭에 영향을 잗지 않으며 100km까지는 신호 감쇠 현상이 매우 적고 도청이 어렵다.
이런 특성 때문에 광역 유도 전송 매체로 널리 이용되는데, 특히 해저 링크에 광섬유를 이용.
하지만 가격이 비싸서 LAN이나 가정처럼 근거리 전송에는 이용하기 어렵다.
4) Wireless Radio
: 지상 라디오 채널은 전자기 스펙트럼으로 신호를 전달한다. 라디오 채널은 물리 선로를 설치할 필요가 없고,
이동 사용자에게 연결성을 제공하고, 먼 거리까지 신호를 전달할 수 있다.
라디오 채널의 특성은 전파 환경과 신호가 전달되는 거리에 많은 영향을 받는다는 점이다.
주변 환경은 경로 손실(Path Loss)과 Shadow Fading, Multipath Fading, 간섭을 결정한다.
*Path Loss: 거리가 멀어질수록 신호의 세기가 기하급수적으로 약해지는 것.
*Shadow Fading: 큰 건물 뒤로 가거나 터널에 들어가면 갑자기 라디오가 지직거리는 현상.
*Multipath Fading: 신호 여러 개가 동시 들어와 서로 상쇄기켜 신호가 0이 되는 현상.
*Interference: 같은 주파수를 쓰는 다른 기기가 근처에서 신호를 쏘고, 내 신호랑 섞여서 수신기가 구분을 못하는 현상.
5) 그외....
1. 근거리 대장: Wireless LAN (WiFi)
- 특징: 우리 집, 카페에서 쓰는 그거입니다.
- 성능: 속도는 꽤 빠르지만(10~100 Mbps), 전파가 미치는 거리가 수십 미터밖에 안 됩니다. 문 하나만 닫아도 속도 줄어드는 '방 안의 여포'라고 보시면 됩니다.
2. 광역 대장: Wide-area (4G/5G Cellular)
- 특징: 핸드폰 기지국이랑 통신하는 겁니다.
- 성능: 속도는 와이파이랑 비슷하거나 더 빠른데, 거리가 약 10km까지 커버됩니다. 기차 타고 가면서도 유튜브를 볼 수 있는 이유입니다.
3. 무선의 본능: Broadcast & Half-duplex (중요!)
이게 시험에 잘 나오는 개념입니다.
- Broadcast (방송): 전파는 공중으로 퍼지기 때문에, 근처에 있는 모든 놈이 일단 다 듣습니다.
- Half-duplex (반이중): 무전기랑 똑같습니다. 내가 말할 땐 못 듣고, 들을 땐 말을 못 합니다. 한 채널에서 동시에 보내고 받기가 안 된다는 소리입니다.
4. 선 없애기 용: Bluetooth
- 특징: 마우스, 이어폰 연결할 때 씁니다.
- 성능: 속도도 느리고 거리도 짧습니다. 말 그대로 거추장스러운 **'케이블을 대체'**하는 용도입니다.
5. 지상 거점 연결: Terrestrial Microwave (지상 마이크로파)
- 특징: 산꼭대기나 건물 위에 달린 커다란 접시 안테나끼리 통신하는 겁니다.
- 성능: **Point-to-point(1:1)**로 신호를 쏘기 때문에 장애물이 없어야 합니다. 주로 멀리 떨어진 건물끼리 선을 깔기 힘들 때 씁니다.
6. 하늘 위의 기지국: Satellite (위성)
- 특징: 우주에 떠 있는 위성이랑 대화하는 겁니다.
- 속도: 요즘 스타링크 같은 건 100 Mbps도 나옵니다.
- 270 msec 지연(Delay): 이게 핵심입니다! 지상에서 우주(정지궤도 위성)까지 신호가 갔다 오는 거리가 너무 멀어서(약 36,000km), 빛의 속도로 가도 0.27초나 걸립니다. 게임 하면 렉 걸려서 못 합니다.