1. Introduction

(1) 인터넷이란 무엇인가?

인터넷은 수많은 호스트들이 커뮤니케이션 링크로 연결되어있는 네트워크들을 연결시켜 주는 것. 즉 네트워크들을 네트워킹 해주는 것

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· 호스트(Host) : 맨 끝단에 달려 있는 end-device(end-system)들

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· 커뮤니케이션 링크(Communication link) : 광섬유, 구리선, 무선, 위성 등으로 이루어져있으며 대역폭(Bandwidth)로 정의를 한다.

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· 대역폭(Bandwidth) : 대역폭은 본질은 모두 동일하나, 사실 어느 관점에서 보느냐에 따라 정의가 약간 달라진다. 본인은 학부를 전자공학을 나왔기에 대역폭 = 주파수 범위라고 알고있었으나 본 과목에서는 데이터의 최대 전송 속도(Transmission rate)로 정의한다. 즉, 대역폭 = bps

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그리고 패킷들은 라우터(Router)나 스위치(Switch)를 통해서 엔드 시스템에서 엔드 시스템으로 전달되게 된다.

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인터넷은 어떤 사람 하나가 체계를 세우기는 쉽지 않다. 그래서 IETF(Internet Engineering Task Force)라고 하는 기관에서 인터넷 표준을 정한다. 그러나 이 표준을 그냥 정하는 것이 아닌 요청이 들어왔을 때 심사를 통해 정한다. 이때, RFC(Request for Comment)라는 포맷에 맞춰서 요청을 한다. 그 뒤, IETF에서 그 요구사항을 보고 인터넷 프로토콜로 정의를 한다.

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· 프로토콜 : 컴퓨터 또는 전자기기 간의 원활한 통신을 위해 지키기로 약속한 규약. 프로토콜에는 신호 처리법, 오류처리, 암호, 인증, 주소 등을 포함한다.

사람들은 만났을 때 예의, 관습, 규정이라는 것이 있다. ex) 만나면 인사하기, 자기소개하기

다만 여기서 주체가 사람에서 기계인 것이라고 이해하면 쉽다.

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(2) 네트워크 엣지(Network Edge)

네트워크는 크게 엣지 파트(Edge Part)와 코어 파트(Core Part)로 나뉜다.

· 네트워크 엣지(Network Edge) : 쉽게 말해서 눈에 보이는 파트. 인터넷의 맨 끝단을 구성하고 있는 엔드 호스트들을 의미한다.

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· 네트워크 코어(Network Core) : 눈에 보이지 않는 파트. 스위치, 라우터, 백본망으로 연결되서 구성이 되어있는 파트를 의미한다.

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그리고 이 엣지와 코어를 연결시켜주는 것이 바로 링크이다.

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패킷을 전달할 때에는 딜레이를 계산해야 하는데, 패킷 사이즈와 transmission Rate를 고려해서 계산할 수 있다.

Delay = L / R (L : Packet Size, R : Transmission Rate) 즉, 사이즈와 비례관계, 전송 속도와는 반비례 관계에 있다.

 

라디오(Radio)는 쉽게 말해서 무선을 의미한다.

무선 통신에서 어려운 점은 반사(Reflection), 장애물(Obstruction), 간섭(Interference)이 통신 성능에 영향을 미치기 때문에 이를 관리하는 것이 중요하다.

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(3) 네트워크 코어(Network Core)

네트워크 코어를 움직이는 메커니즘은 패킷 스위칭 방법과 서킷 스위칭 방법으로 2가지가 있다. 요즘은 거의 패킷 스위칭 방법을 사용한다.

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(1) 패킷 교환(Packet-Switching) 방법 : 어떤 메시지가 패킷 단위로 잘게 쪼개진 다음에 그 패킷이 step by step으로 전달되는 메커니즘

즉, 패킷들을 전송할 때, 이 전송된 패킷들이 중간에 임시 저장소(ex. 라우터)에 완전히 저장이 된 뒤에 다시 다음 홉으로 전송을 하는 방식이다.

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패킷 스위칭의 단점 : 딜레이가 생긴다. 딜레이에는 여러 딜레이가 있지만 큐잉 딜레이(Queueing Delay)가 가장 중요한 딜레이이다. 그리고 딜레이보다 더 문제가 되는 것이 손실(Loss)이다.

만약 도착하는 속도가 링크의 캐패시티를 넘어버리게 되면 이를 오버플로우라 하는데 오버플로우가 발생하였을 때 넘친 패킷들을 드랍을 시키는 것을 손실이라 한다.

오버플로우가 일어날 정도는 아니지만 캐패시티가 꽉 차게 되면 버퍼에 패킷을 넣어두고 패킷들이 처리될 때까지 기다리는 시간이 바로 큐잉 딜레이가 된다.

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라우팅(Routing) : 출발지와 목적지를 안 상태에서 경로를 결정하는 것으로 라우팅 알고리즘을 사용해서 결정한다. 라우터가 이 역할을 한다.

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포워딩(Forwarding) : 라우팅보다 더 밑의 단으로 가서 오직 한 홉(Hop)만 생각하는 것이다. 하나의 라우터에서 패킷이 들어왔을 때, 이 패킷을 어느 포트로 내보낼 것인가를 결정하는 것이다. 스위치가 이 역할을 한다.

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(2) 회선 교환(Circuit-Switching) 방법

회선 교환 방법은 출발지에서 목적지까지 연결을 하는데 특정 링크를 자기 전용으로 사용해서 통신한다. 이때문에, 네트워크 자원 면에서 비효율적이다.

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1Mbps 링크가 있고, 각 사용자들이 100 kbps를 사용한다고 가정해보자.

이때, 회선 교환 방법에서는 딱 10명의 사용자만이 사용할 수 있다. 특정 사용자에게 특정 링크를 보장해줘야 하기 때문이다.

반면에, 패킷 교환 방법에서는 35명의 사용자가 사용할 수 있다. 10명의 사용자가 동시에 패킷을 보낼 확률은 극히 낮다. 또한 이 패킷을 전송되는 속도가 아주 빠르고 필요에 따라 링크 사용을 할당하기 때문에 효율적으로 사용할 수 있기 때문이다.

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(4) Delay, Loss, Throughput in networks

패킷을 전송할 때에는 여러가지 딜레이가 존재한다. 그 중에서 큐잉 딜레이가 딜레이의 가장 큰 요소이자 문제를 차지한다.

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큐잉 지연(Queueing Delay)

특정 라우터에 순간적으로 패킷이 많이 몰릴 수 있다. 특정 라우터에 패킷이 들어오는 속도가 output link에 밀어넣는 속도보다 빠르면, 패킷들을 버퍼에 저장하게 된다.

만약 10개의 메모리가 구비된 라우터에 10개의 패킷이 들어있다면, 1번째 패킷은 대기시간 없이 다음 노드로 전달된다.

반면에 마지막 패킷은 앞의 9개 패킷이 모두 전달된 후에 갈 수 있다.

이것이 큐잉 지연이다.

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손실(Loss)란

만약 들어오는 패킷이 버퍼를 초과하게 되면 이 패킷들을 버려야한다. 이것이 손실이다.

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처리량(Throughput)이란

송신단과 수신단사이의 전송 속도 즉, 내가 시간당 얼마만큼의 데이터를 전송하는가를 의미하는 것으로 시스템의 커패시티(Capacity)를 판단하는 척도이다.

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처리량을 측정하는 법은 2가지가 있다.

Instantaneous Throughput : 특정 시간의 나타나는 네트워크 속도를 의미한다. 특수한 경우에만 쓰인다.

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Average Throughput : Time period를 정하고 그 시간 동안의 데이터 전송량을 측정한다. 즉 데이터 전송 속도의 평균을 나타낸다.

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처리량은 용량이 작은 Throughput에 의해서 용량이 결정된다.