1. Introduction

컴퓨터 네트워크

정의: 독립적인 컴퓨터가 단일 기술(single technology)로 상호 연결된 집합

상호 연결: 두 대의 컴퓨터가 서로 정보를 교환할 수 있음 => 동선, 광섬유, 적외선, 통신위성 등으로 연결

분산 시스템(distributed system)

: 네트워크 위에서 동작되는 소프트웨어 시스템

차이점)
- 분산시스템에서는 독립된 컴퓨터들이 함께 동작하더라도 사용자에게는 결합된 하나의 시스템으로 보여야 함
- 네트워크는 단말의 일관성, 모델 및 SW가 없음

Ex) WWW: 인터넷 상단에서 실행되고, 모든 것이 문서(한페이지)처럼 보임, Cloud computing

1.1 컴퓨터 네트워크의 용도

Client-Server Paradigm

: 서버는 DB를 갱신하고자 하는 클라이언트 요청에 응답하는 DB 기반의 웹 페이지 생성 -> 역할 분리

단) 정보 공유는 효율적이나 서버에 Bottleneck 발생 가능

Peer to Peer Paradigm

: 모든 사람은 여러 사람과 통신할 수 있고, 클라이언트 서버가 고정되어 있지 않음 -> 역할 동일 중앙 DB를 가지고 있지 않음

단) 병목 현상은 없지만 특정 정보를 찾기 힘듦

자원이 뭉쳐있으면 C-S, 흩어져 있으면 P-P

1.2. 네트워크 하드웨어

4개의 기준: 전송 기술, 크기, 매개체, 전환 기술

전송 기술로 나눈 네트워크

Broadcast Networks

  • 하나의 통신 채널만 공유
  • 네트워크 상의 모든 기기 공유 -> 임의의 패킷을 보내면 다른 모든 기기들이 수신(수신지 지정)
  • 유지 보수가 쉽고 저렴함

// 멀티 캐스팅: 브로드 캐스팅 시스템 중 일부로, 네트워크에 연결된 기기들 중 일부에게만 전송 지원

Point-to-point Networks

  • 개별적인 기기의 쌍을 연결
  • Relay device가 필요

// 유니 캐스팅: 하나의 송신자와 하나의 수신자의 point-to-point 연결

작은 네트워크는 Broadcast Network
큰 네트워크는 Point-to-point (Relay 필요)

크기로 나눈 네트워크

PAN (Personal Area Networks)

: 개인의 범위에서 통신하는 장치

Ex) 주변 장치와 컴퓨터를 연결하는 무선 네트워크

Master-slave 관계: 가장 간단한 형태의 블루투스 네트워크 -> Collision 문제 해결 방법

LAN (Local Area Networks)

: 사무실이나 공장과 같은 단일 건물 내에서 동작

Ex) Ethernet(유선 LAN, 점대점) , WIFI(무선 LAN, 브로드)

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  • Master가 없기 때문에 다음에 누가 보낼지 결정해주는 Arbitration(중재자) 필요 -> 충돌 발생 가능
  • 유/무선 브로드 캐스트 네트워크 할당 방법은 정적(라운드로빈), 동적이 있으나 채널 낭비를 막기 위해 동적이 일반적
  • 동적 할당 방법은 채널이 중앙(베이스 스테이션이 결정)/분산(기기 스스로 전송 여부 결정)

MAN (Metropolitan Area Networks)

: 도시를 커버

Ex) 케이블 TV 네트워크

  • 초기에 Ad hoc 시스템으로 설계
  • LAN을 확장해서 MAN으로 사용 불가

// Ad hoc: 클라이언트는 액세스 포인트 없이 두 대의 인접한 컴퓨터가 직접적으로 통신하기 위한 무선 거리를 보장하는 배열

WAN (Wide Area Networks)

: 나라, 대륙 간 전 지구 연결

WAN = Subnets + Hosts(LANs)
서브넷) 호스트를 연결하는 네트워크의 나머지
Subnet=Transmission line + Switching Element

전송 선로) 기기 간의 비트 전송/ 구리선, 광섬유, 무선으로 구성

스위치) 둘 이상의 전송 선로를 연결
-> 대부분 라우터라고 부름
  • 점대점 네트워크와 Store-and-Forward 서브넷과 LAN으로 구성

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스위칭 기술로 나눈 네트워크

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Circuit-Switched Network

: End-to-end Resource가 “call”에 의해 보존됨

  • Call이 끝날 때까지 그 Resource 사용(공유 X)
  • 링크 대역폭이 조각으로 나눠짐(Reservation 단위)

Packet Switched Network

: 각 End-to-end 데이터 스트림이 “패킷”으로 나눠짐

  • 각 패킷은 Full 링크 대역폭 사용
  • 유저 A,B 패킷은 네트워크 Resource 공유
  • Resource는 요청할 때마다 사용됨
  • 패킷 스위치는 더 많은 유저가 네트워크를 사용하게 함

Four sources of packet delay

  1. nodal processing: 패킷이 도착하면 비트 에러를 체크하고 output link를 정함
  2. Queuing: output link에서 전송을 기다리는 시간, 라우터의 혼잡 정도에 따라 다름(Circit에는 존재하지 않음)

  3. Transmission delay R=link bandwidth(bps)/ L=packet length (bits)
    Time to send bits into link = L / R (용량/스피드)

  4. Propagation delay

    D=length of physical link (거리의 비례)
    S=propagation speed in medium(~2x10^8 m/sec) (매체에 비례)
    Propagation delay = d / s
    //S와 R 헷갈리지 말 것

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1.3 네트워크 소프트웨어

: 네트워크 소프트웨어는 Stack of Layers로 구성되며 각 layer은 프로토콜에 의해 원격 위치에 있는 각 해당 layer와 통신

Network software 계층: 각 레이어는 상위 레이어에 function call로 service 제공

용어 정리

  • Layering: 정보 은닉, 데이터 캡슐화의 개념 “Divide and conquer approach”-> 복잡성 감소
  • Protocol: Define how to implement the service 통신 객체 사이에 어떻게 대화를 수행할 것인가
  • Interface: Tell how to access the service 인접한 계층의 각 쌍 사이
  • Service: Defines what the layer does

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프로토콜 계층 구조

How to define Protocol?

  • Syntax of message) 어떤 field 에 어떠 내용이 담겨야 하는지, 어떤 format을 취하는지
  • Semantics of a message) msg가 어떤 걸 뜻하는지

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계층 설계 시 쟁점

  • Reliability: 받은 오류를 탐지하기 위해 오류 검출 코드를 사용하고 올바른 메시지 받을 때까지 계속/ 네트워크의 다중 경로에서 몇몇 링크와 라우터가 동작되지 않을 때 자동 결정을 함-> 라우팅
  • 진화: 지속성이 있어야함
  • 자원 할당: 어떻게 효율적으로 쓸 것인가
  • 보안

연결형 서비스(Connect-Oriented)

각 layer는 위 layer에 연결형/ 비연결형 서비스를 제공할 수 있음

통신 연결 전/후에 연결 설정 후 해제 (연결 필요)
Ex) 전화망 모델, tube나 circuit처럼 동작

  • 비트 나 패킷이 보낸 순서대로 도착
  • Reliable Message sequence: 페이지 단위로 전달
  • Reliable Byte Stream: 메시지 경계가 없음, 쪼개서 가도 됨

비연결형 서비스(Connectless)

: 연결을 설정하지 않고 개시됨 (연결 필요 x)
Ex) 우편망 모델

  • 항상 같은 통로로 거치지 않고, 순서가 지켜지지 않음

//네트워크 계층에서 메시지를 패킷이라고 하는데, 다음 노드에 전송되기 전에 중간 노드가 전체 메세지를 받을 때 이것을 store-and-forward 스위칭이라고 함.

Some Service Variations

  • Reliability: 유실이 있느냐 없느냐, 신뢰성이 없는 서비스는 패킷 유실이 있다고 해도 빠른 전달이 중요한 real-time시스템 등에서 사용됨
  • Message sequence vs Byte stream: 전달하는 단위의 경계 유무 => 두개 다 Reliability o

Service Primitives(동작)

: a set of primitives (a.k.a. system calls) defines a service

//어떻게 protocol과 연결되는지 Ex) LISTEN, CONNECT, RECEIVE, SEND, DISCONNECT

서비스와 프로토콜의 관계

서비스) 한 개의 계층이 자기 상위 계층에게 제공하는 primitive들의 집합(동작의 구현 방법에 대해 알리지x)

프로토콜) 한 계층 상에서 피어들 간에 교환되는 패킷 에 대한 형식과 의미를 규정하는 규칙들의 집합

//서비스는 계층 간의 인터페이스와 관련이 있는 반면 프로토콜은 피어 엔티티 간에 전송된 패킷

프로토콜은 서비스를 구현함

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1.4 참조 모델

OSI
개념만 있고 동작하지는 않음
  • 각 계층에 사용되어야 하는 서비스와 프로토콜을 정확하게 규정하지 않고 각 계층이 수행해야하는 기능만 규정
TCP/IP
개념은 없으나 동작하고 특정한 서비스와 프로토콜이 있음