1. What Is the Internet
Nuts & Bolts Description
<구성 요소로 본 인터넷>
인터넷은 수많은 computing devices가 연결되어 있으며, 모든 디바이스는 host 혹은 end system이다.
이런 end system들은 통신 링크(communication link)와 패킷 스위치(packet switch)를 통해 네트워크로 연결된다.
1. 통신 링크들이 데이터를 전송할 때의 속도는 전송률(transmission rate)이라고 하며, 단위는 bps(bit per second)이다.
2. 패킷 스위치로는 라우터(router), 링크 계층 스위치(link-layer switch)가 있다.
이들의 목적은 패킷의 전송이며, 링크 계층 스위치는 액세스 네트워크에 쓰인다. 라우터는 네트워크 코어에 쓰인다.
end system은 ISP(internet service provider)를 통해 인터넷에 접속하며, 각 ISP는 패킷 스위치와 통신 링크로 이루어진 네트워크다.
네트워크 통신에는 규약이 존재하는데, 이를 프로토콜(protocol) 이라고 하며, 그 예시로 유명한 것으론 TCP/IP 가 있다.
IP 프로토콜은 라우터와 종단 시스템 사이에서 송수신되는 패킷 포맷을 기술한다.
Internet standards (RFC: IETF에서 만든 인터넷 스탠다드)
Services Description
<서비스 측면에서 인터넷>
인터넷이란 애플리케이션 서비스를 제공하는 Infrastructure이다.
distributed application (분산 애플리케이션) 형태로 인터페이스를 제공한다.
What is a Protocol ?
TCP 연결 요청 → TCP 연결 응답 → 파일 요청 → 파일 제공
→ 3 way hand shacking
Protocols define the format, order of messages sent and recieved among network entities, and actions taken on message transmission, receipt.
프로토콜은 둘 이상의 통신 개체 간에 교환 되는 메시지 포맷과 순서 뿐만 아니라, 메시지의 송수신과 다른 이벤트에 따른 행동들을 정의한다.
2. The Network Edge
host = end system
- clients: 서비스를 요청한다.
- server: 서비스를 제공한다. 보통 데이터 센터에 있다.
Access Networks
Home Access 홈 액세스
- DSL (digital subscriber line)
- 로컬 전화 기지국이 중심국으로 사용한다.
- 기존의 전화선을 활용해 송수신했다.
- 데이터(over DSL line)은 인터넷으로 감
- 목소리(over DSL line)은 전화 네트워크로 감
- 25 - 52 Mpbs → down stream
- 3.5 - 16 Mbps → up stream
- Cable based access
- 케이블 모뎀과 CMTS (케이블 모뎀 터미네이션 시스템)에 연결
- FDM (frequency division multiplexing) : 다른 채널은 다른 주파수 대역(밴드)을 통해 전송한다.
- HFC (hybrid fiber coax) 하이브리드 동축 섬유
- 케이블 네트워크는 집의 ISP 라우터에 접속한다.
- FTTH (Fiber to the Home)
- Wide-Area Wireless Network
- (wireless local area network) Ethernet & Wifi 이더넷 & 와이파이
- wide area cellular access network
- 넓은 지역 전화망 네트워크
Host Sending Function
L : 보내는 비트
R: 전송 비트 / sec(초) = transmission rate(전송률) = link capacity(용량) = link bandwidth
Physical Media
- Twisted pair (TP) 꼬임쌍선
- Coaxial cable 동축 케이블
- Fiber optic cable 광섬유 케이블
- Wireless radio <half-duplex>
- Wireless LAN (WiFi)
- wide-area (4G)
- Bluetooth
- Terrestrial Radio Channels (지상파 라디오 채널)
- Satellite Radio Channels (위성 라디오 채널)
+) Simplex, Half Duplex, Full Duplex
Simplex
데이터의 흐름이 한 방향으로만 한정되어 있는 통신 방식으로, 일방적인 송수신, 데이터를 수신만 할 수 있다.
예 ) TV, 라디오 : 듣는다. 응답못한다.
Half Duplex
양쪽 방향으로 송수신 가능한 양방향 통신이지만, 한 번에 하나의 전송만 이루어짐.
예 ) 무전기 : 번갈아가며 소통
Full Duplex
전이중 전송 방식
예 ) 전화기 : 같이 말할 수 있음.
3. The Network Core
Network Core Function
- Forwarding = Switching 출발지(출발 포트) ~ 도착지(도착 포트) 패킷을 이동 시키는 것
- Routing (길 찾기) 어떤 경로가 가장 빠를 것인지 찾는다.
포워딩Forwarding은 도착한 패킷을 라우터의 입력 링크에서 적절한 라우터 출력 링크로 이동하는 로컬 작업인 반면, 라우팅Routing은패킷이 사용하는 소스-대상 경로를 결정하는 글로벌 작업입니다.
Packet Switching
네트워크는 소스에서 목적지까지의 경로에 있는 링크를 통해, 한 라우터에서 다음 라우터로 패킷을 전달한다.
커뮤니케이션 링크를 통해 패킷을 스위칭한다.
packet transmission delay
L : 보내는 비트
R : 전송 비트 / sec(초) = transmission rate(전송률) = link capacity(용량) = link bandwidth
store & forward transmission
Circuit Switching (회선 교환 방식)
시작 노드부터 도착 노드까지 통신하기 전 연결 링크를 할당해두는 방식
주로 전화망에서 사용된다.
FDM (Frequency Division Multiplexing) 주파수 분할 다중화
TDM (Time Division Multiplexing) 시분할 다중화
| Packet switching | Circuit switching |
| 메세지 순서가 맞지 않고, 목적지에서 어셈블 | 메세지 순서 동일하게 수신 |
| 전용 경로 필요X (on demand) | 전용 경로 필요 (효율→ 유휴자원) |
| 사용량이 몰릴 때 유용하다.(on demand) | 일정한 전송 속도를 보장한다. |
| 요청 할당 | 예약해서 사용 |
| 네트워크 계층 구현 | 물리 계층 구현 |
4. Delay, Loss, Throughput (in Packet - Switched Networks)
Overview of Delay in Packet-Switched Networks
Packet delay의 타입은 4가지
- Processing Delay: 비트 에러 체크
- Queueing Delay: 전송할 때 큐잉 딜레이
- Transmission Delay: L/R
- Propagation Delay: d/s
Caravan analogy
- 차량 1개 = 1bit
- 차량 10(caravan) = 1packet
- tol booth 사이의 거리 = 100km
- prop(전파 속도) = 100km/h
- bit transmission time = 12sec
차량 1대가 12sec이면, 10대는 120sec (trans delay)
(거리/속력=시간)이므로 100km / (100km/h) = 1h (prop delay)
따라서 한 패킷이 두번째 톨게이트에 도착하는 시간은 62min(1h + 2min)이다.
Queing Delay (Paccket Queing Delay(revisited))
traffic intensity : 트래픽 강도
a: 패킷 도착률 평균
L: 패킷의 길이(bits)
R: 링크 밴드 넓이 (bit transmission rate)
La/R ~ 0 큐잉 딜레이가 적다
La/R → 1 큐잉 딜레이가 크다
La/R > 1 평균 딜레이가 무한대
Packet Loss
패킷은 전송되기 기다리면서, 라우터 버퍼에서 큐잉된다.
라우터 버퍼에 큐가 꽉 차서 용량을 넘어가면, 패킷 손실이 일어난다.
+) traceroute: 어떤 네트워크로 가야하는 지 경로를 알려준다.
Throughput in Computer Networks
throughput(처리량): rate(bits / time unit) 속도율
- instananeous: 순간 처리량(전송률)
- average: 평균 전송률
+) bottleneck link(병목 링크): throughput을 결정하는 중요 요소! 병목 링크의 전송 용량이 전체 전송률을 결정한다.
5. Protocol Layers and Their Service Models
Layered Architecture
프로토콜 스택(Protocol Stack)의 5개의 계층
- Application Layer 응용 계층
- message 전달
- HTTP, SMTP, IMAP, DNS
- Transport Layer 전송 계층
- segment 전달 <encapsulate>
- TCP, UDP
- Network Layer 네트워크 계층
- datagram 전달 <encapsulate>
- IP, routing protocols
- Link Layer 링크 계층
- frame 전달 <encapsulate>
- on the wire
- Physical Layer 물리 계층
+) 캡슐화(Encapsulate)
위의 레이어에서 데이터를 가져와 이 레이어에 적합한 헤더 필드를 추가한 다음 해당 레이어에 대한 "패킷"의 페이로드 필드에 데이터를 배치한다.
6. Networks Under Attack
packet sniffing
- 난잡한 네트워크 인터페이스는 지나가는 모든 패킷(암호 포함)을 기록
- 패킷을 가로챔 당할 수 있다.
IP spoofing
- 잘못된 소스 주소를 포함한 패킷을 주입
Denial of Service (DOS)
- 서비스를 안되게 한다.
- 다량에 트래픽을 발생 시켜 서비스 접속을 제한한다.
Lines of defense
- authentication(로그인)
- confidentiality: 암호화
- integrity checks: 무결성 체크 (내용이 바뀌지 않았는지 확인)
- access restrictions: 접속 제한 (보호된 네트워크 사용, VPN)
- firewalls (방화벽: 라우터에 기능이 있음)
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