Chapter 1

protocols

컴퓨터 네트워크에서 통신을 위해 사용되는 규약이나 규칙

데이터를 주고받는 과정에서 어떤 식으로 데이터를 보내고 받아야 하는지, 데이터의 형식과 크기는 어떻게 되어야 하는지, 데이터를 보내고 받는 시점과 순서 등을 정의 

 

Network Edge 

hosts: 네트워크 사용자(clients and servers)

servers

 

Access Network

사용자가 인터넷 서비스 제공자(ISP)와 연결되는 네트워크의 일부분, 사용자가 인터넷에 접속하기 위한 진입 지점, 사용자가 인터넷을 사용하기 위해 거주하는 지역에 설치된 장비를 통해 인터넷 서비스 제공자(ISP)의 네트워크와 연결, Access Network는 ISP가 제공하는 인터넷 대역폭을 사용자에게 전달하는 중간 매개체 역할을 하며, 사용자가 인터넷에 접속하고 데이터를 송수신하는데 필요한 인프라를 제공

host들이 직접 연결되는 네트워크 -> access network -> 인터넷에 접속하기 위한 수단을 제공 -> physical media(유선 or 무선)

 

Network Core

host가 access network에 접속해도 인터넷에 되지 않는다. 인터넷이 되려면 network core가 존재해야함

network들의 network

network끼리 통신을 하려면 network core가 필요하다 

interconnected router로 구성되어 있다 

 

Router

두 개 이상의 네트워크를 연결하는 네트워크 장비(network core의 구성요소이니까)

 

Packet

host가 인터넷에 data를 보낼 때, 어플리케이션이 전송하길 바라는 data 그대로 보낼 수는 없다.

왜? 인터넷에서 한번에 보내줄 수 있는 data 크기가 제한되어 있다. 데이터가 크면 잘라야함 그 자른 data

 

데이터 통신에서 전송되는 데이터의 단위, 통신 매체에 따라 데이터를 작은 단위로 분할하여 전송해야 하는데 이때 분할된 작은 데이터 단위 

 

Packet Switching

데이터 통신에서 전송할 데이터를 작은 단위의 패킷으로 분할하여 전송하는 방식 

인터넷에서 가장 일반적으로 사용되는 방식 

 

Forward Packet

네트워크에서 출발지에서 목적지로 전송되는 데이터 패킷 

패킷이 라우터에서 라우터로 전달되는 것 

 

Full Link Capacity

네트워크에서 한 링크가 전송할 수 있는 최대 데이터양

라인 사이에 전송될수 있는 속도를 패킷이 전송되는 순간에는 full로 혼자 쓸 수 있다

 

Store-and-Forward

패킷 스위칭에서 사용되는 전송 방식 중 하나

하나의 패킷이 다른 라우터로 전달될 때 라우터는 지한테 저장한 이후 다시 다음 라우터에게 전달

수신된 패킷의 오류를 검사하고, 전송 중 손실되거나 손상된 패킷을 재전송할 수 있는 기회를 제공

일반적으로 전체 패킷을 수신하고 검사한 후에만 목적지로 패킷을 전송하므로, 송신자와 수신자 간의 전체 패킷을 안정적으로 전송할 수 있는 장점

 

Queueing Delay

패킷이 라우터에서 대기하면서 발생하는 지연다음 라우터로 전달될때 까지 기다림 -> 기다릴 때 쓰는 버퍼 queue에 저장 -> 저장되어서 자기 순번을 기다리는 시간이 큐잉 딜레이이다라우터 안에 queue가 있다 queue가 꽉차서 더이상 패킷이 들어갈 수 없으면 손실될 가능성도 있

 

Network Core Fuctions

1. Forwarding

라우터나 스위치와 같은 네트워크 장비에서 수행되는 패킷 처리 기능, 수신된 패킷의 목적지 주소를 참조하여 해당 패킷을 적절한 출력 링크(Output Link)로 전송하는 것선택된 경로에 따라 패킷을 전달하는 과정local action

 

2.Routing

목적지까지 가장 효율적인 경로를 선택하는 과정, 패킷의 이동 경로를 결정하는 기술 global action

 

ex. 내 택배가 -> a -> b-> c-> 최종목적지까지 간다고 하면a에서 b로가는 트럭으로 내 물건을 옮김 : forwarding이렇게 경로로 가라 : routing

 

Circuit Switching

통신하는 두 단말 간에 물리적 연결을 설정하고, 이 연결을 유지하여 데이터를 전송하는 방식

link들과 router의 사용을 미리 예약하여 사용한다 -> 나만 쓸 수 있음 ! 그러니까 성능이 보장되는 장점이 있다. 하지만 예약하두고 안나타나거나 안쓰면? 아무도 못쓰는 단점이 있다주로 전화에 사용

 

FDM: Frequency Division Multiplexing

하나의 라인에 서로 다른 주파수를 사용해서 동시에 서로 다른 주파수로 보낼 수 있는 기술

다수의 신호를 하나의 전송 매체를 통해 동시에 전송하는 기술 

 

TDM: Time Division Multiplexing

정해져 있는 시간동안 이 대역폭 전체를 내가 쓴다

다수의 신호를 하나의 전송 매체를 통해 동시에 전송하는 기술 이를 위해 각각의 신호를 일정한 시간 간격으로 번갈아가며 전송한다

사람이 인지하는 시간보다 더 짧은 시간을 할당하면 -> 연속적이지 않아도 연속적으로 움직이는 것처럼 보임

 

Bursty data

일정한 주기나 양식으로 발생하지 않고, 갑작스럽고 불규칙하게 발생하는 데이터

뜨문뜨문 데이터가 있는거

bursty data를 전송할때는 packet switching이 좋다

-> 패킷 스위칭이 데이터를 분할하여 전송하고 대역폭을 공유하여 사용할 수 있기 때문에 

반면, circuit switching은 전용 회선을 예약하여 사용하므로 대역폭이 일정하게 예약되어 있다. 따라서, bursty data의 경우에는 회선의 일부분만 사용하는 경우에도 전체 대역폭을 예약해야 하므로 비효율적

 

excessive congestion

link에 적정 사용자(인원)이 정해져있는데 특정사용자들이 확 늘면 보낼 수있는 데이터는 한정되어 있어서 발생 할 수 있음 

 

인터넷 서비스 제공자(Internet Service Providers)

인터넷에 연결된 사용자에게 인터넷 접속 서비스를 제공하는 기업이나 조직

인터넷에 연결시켜주는 통신사 같은곳??

일반 가정이나 기업 등에서 인터넷을 사용하려면 ISP를 통해 인터넷에 접속해야 한다

인터넷 상에서 데이터를 전송하는 역할 

 

 

Q) ISPs랑 access network는 다른건가?

ISPs는 인터넷 상에서 데이터를 전송하는 역할

access network는 사용자가 인터넷에 접속하기 위한 첫번째 단계인 사용자의 컴퓨터나 모바일 기기 등이 인터넷에 접속하는 네트워크이다 사용자가 인터넷에 접속하기 위해 필요한 물리적인 접촉 수단임 

 

 

How do packet loss and delay occur?

패킷 교환 네트워크에서 지연 4가지

 

전체 노드 지연(total nodal delay) =  노드 처리 지연(nodal processing delay) +  큐잉 지연(queuing delay) + 전송 지연(transmission delay) + 전파 지연(propagation delay) 

 

1. 노드 처리 지연(nodal processing delay)

패킷 헤더를 조사하고 그 패킷을 어디로 보낼지를 결정하는 시간 

업스트림 노드에서 라우터 A로 패킷의 비트를 전송하면서 발생하는 패킷의 비트 레벨 오류를 조사하는데 필요한 시간과 같은 요소를 포함 

typically < msec

고속 라우터에서의 처리 지연은 일반적으로 수 마이크로초다 

data를 보내기 위한 준비작업 ? 

이 노드 처리 후에 라우터는 그 패킷을 라우터 B에 이르는 링크에 앞선 큐에 보낸다 

 

2. 큐잉 지연(queuing delay)

패킷은 큐에서 링크로 전송되기를 기다리면서 큐잉 지연을 겪는다 

큐잉 지연 길이는 큐에 저장되어 링크로 전송되기를 기다리는 다른 패킷의 수에 의해 결정된다 

 

3. 전송 지연(transmission delay)

라우터가 패킷을 내보내는데 필요한 시간

L(패킷의 길이) / R(라우터A에서 라우터B까지 링크의 전송률)

패킷의 모든 비트를 링크로 밀어내는 데 (또는 전송하는데) 필요한 시간 

 

4.전파 지연(propagation delay) 

비트가 한 라우터에서 다음 라우터로 전파되는 데 걸리는 시간

d(라우터A와 B사이의 거리) / s(링크의 전파 속도) 

링크의 처음부터 라우터B까지의 전파에 필요한 시간 

비트는 링크의 전파 속도로 전파된다 

 

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큐잉지연(queuing delay)

R: 전송률, 비트가 큐에서 밀려나는 비율(비트/초)

L: 모든 패킷은 L비트 

a: 패킷이 큐에 도착하는 평균율

 

La비트/초 : 비트가 큐에 도착하는 평균율 

La/R > 1 : 비트가 큐에 도착하는 평균율이 비트가 큐에서 전송되는 비율을 초과 -> 큐는 끝 없이 증가하고 큐인 지연은 무한대에 도달 (들어오는 길 3개 나가는길 1개?)

La/R <= 1 :

패킷이 주기적으로 도착한다면 모든 패킷은 빈 큐에 도착하고 큐잉 지연은 없다

패킷이 몰려서 도착한다면 평균 큐잉 지연이 생긴다. 처음에 전송된 패킷은 큐잉 지연이 없고 두번째 전송된 패킷은 L/R초의 지연을 갖는다 

결국 N번째 전송된 패킷은 (n-1)L/R초의 큐잉 지연을 겪는다 

 

손실 패킷의 비율은 트래픽 강도가 클수록 증가한다 

 

 

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Throughput

종단 간 처리율, 초당 받을 수 있는 data의 양, 네트워크에서 전송되는 데이터의 양, 단위 시간당 전송되는 데이터의 양 

 

순간적인 처리율(instantaneous throughput) : 호스트 B가 파일을 수신하는 비율(비트/초)

평균 처리율(average throughput) 

 

병목 링크(bottleneck link) : 네트워크에서 데이터 전송 시 데이터 전송 속도를 제한하는 가장 좁은 지점 즉, 데이터가 흐르는 경로 중에서 가장 작은 대역폭을 가진 링크