데통 공부 v.01 (Internet overview, network edge, access network, network core)

Internet overview

1. 단말
   • computing devices 예시
     • Amazon Echo
     • Security Camera
     • Internet Phones
     • Internet refrigerator
     • Pacemaker & Monitor : 의료기기
     • sensorized, bed mattress
     • Web-enabled toaster + weather forecaster
     • Fitbit
     • AR devices
     • Tweet-a-watt: monitor energy use
     • 무선 스위츠 on/off
     • UANET: 멀리서 안보여도 network로 정보 전달 가능
       • Round Side Unit
     • 자동 선풍기
     • 자동 커튼
2. 구성 요소
   • computing devices
     • hosts = end systems
     • devices(internet의 edge)에서 apps가 실행
   • packet switches
     • 패킷을 청크의 데이터로 전달(forward)
     • ex) routers(동그라미), switches(네모)
   • communication links
     • 패킷(라우터)을 연결하는 기술
     • fiber(광선), copper(전선), radio(전파), satellite(위성)
     • transmission rate(전송률) = bandwidth (대역폭) → 전송률이 링크 종류에 따라 다름
   • networks
     • devices, routers, links
3. 링크 기술
   • ISP(Internet Service Provider) : 네트워크와 네트워크를 연결해주는 것
     • 데이터 차별을 두지 않는 개념을 망 중립성이라고 한다. 예를 들어 Neflix가 ISP를 통해 데이터를 제공받는데 사용자 급증에 따른 비용은 그대로기에 ISP측은 불만이다.
     • ex) SKB, LG U+, KT
   • Protocols (프로토콜)
     • 메세지를 보내고 받는데 사용한다.
     • ex) e.g. , HTTP, streaming video, Skype, TCP, IP, WiFi, 4G, Ethernet
   • Internet standards
     • RFC: Request for Comments
     • IETF: Internet Engineering Task Force (국제 인터넷 표준화 기구) → IETF에서 RFC 문서에 숫자를 붙여서 표준 문서를 만들었다.

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   • 서비스 측면의 인터넷
     • 인프라를 통해 APP 서비스를 제공하고 인프라는 Socket API를 통해 데이터를 읽고 라우터를 통해 전달 (
     • 소켓 API로 데이터 읽기 → 라우터로 전달 → APP 서비스 제공
     • B의 주소와 메세지를 읽기 → 우체국(소켓)에서 주소와 데이터를 전달 → A의 APP 서비스를 제공

network protocol

1. 의미
   • 형식, 메세지를 보내고 받는 순서, 메세지 전송을 받은 행동
2. 전체적 구성
   • TCP 연결 요청 → TCP 연결 응답 → GET URL → file 제공

network edge, access network, network core

1. network edge
   • hosts : client, servers(중요)
     • host가 보내는 기능
       • 데이터를 보내기위해서는 작은 단위(smaller chunks)의 패킷으로 쪼개야한다
       • 단위: packet, 비트 L
       • 링크 전송률 = 링크 베어폭 = 링크 용량
       • L bit 패킷 → R 링크 전송률 → 패킷 전달
   • access network & physical media : 무선, 유선 링크들
     • access network: 단말들에 연결된 첫번째 라우터까지의 전체
     • end systems ↔ edge router (가장자리 라우터)
       • 주택 네트워크 : residential access nets
       • 기관 네트워크 : insitutional access networks (school, company)
       • 모바일 네트워크 : mobile access networks (WiFi, 4G/5G)
   • 네트워크 접근 방식인 링크에 따라 달라지는 transmission rate(전송률) + 다중사용자&전용 (미디어 링크 증가시 전송률 감소)
2. access network
   • 유선(cable-based)
     • TV1[SBS] → splitter(알아서 데이터 분리) → 공유 회선 → cable headend
     • 다양한 전기신호
       • 구성 요소: 전기세기, 위상(phase), 주파수(frequency) → FDM(주파수 분할 다중화) = 한번에 보낸 주파수를 서로 다른 주파수로 나눠 분리하여 다른 데이터들을 넣을 수 있고 다시 합쳐 하나의 데이터로 바꿀수 있다.
     • home networks
       • wireless devices ↔ 공유기(WiFi / router, firewall, NAT / cable or DSL)
       • NAT: Network Address Translator(네트워크 주소 변환) → 외부 IP를분석해서 올바른 디바이스 IP로 도달하도록 바꿔준다. 그래서 디바이스 수가 증가해도 IP는 외부에서 하나로 보인다!
     • Coaxial cable (동축 케이블, 안테나선) [ pysical media ]
       • 동심 (구리)
       • 양방향
       • 광대역 : 다양한 주파수를 전달 가능, 채널당 100’s Mbps
     • Fiber optic cable (광섬유)
       • 데이터를 빛으로 전달 (속도 증가 에러 감소)
       • 데이터 전송에 있어서 에너지가 모두 반사되는 전반사 때문에 에너지 소모가 감소되고 이로 인해 에러률 감소

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   • 무선(wireless) → AP(access point)에 연결해서 인터넷 연결
     • Wireless local area networks (WLANS = WiFi)
       • ~100ft
       • IEEE에서 802.11 (영어) 으로 규정했다. 그중 최고를 와이파이로 함. 최근에는 ac,ax까지 증가했다. (영어가 증가할수록 높은 버전)
     • Wide-area cellular access network
       • 하나의 기지국이 10’s km까지 커버할수 있음
       • 10’s Mbps로 데이터 전송
       • 2G( voice text ) → 3G ( Multimedia )→ 4G ( LTE-A ) → 5G
     • enterprise networks
       • wired(Ethernet) + wireless(WiFi)
       • ex) companies, universities
     • Wireless radio [ pysical media ]
       • 전기기파
       • 선 없음
       • half-duplex : 일방적인 듣기만 가능 (동시에 쓸수 없고 한사람만 말하기 가능
       • Full-Duplex : 무선 연구 (신호의 방향이 있어서 A의 값을 알면 B도 안다)
       • 환경 요소 : 반사, 장애물로 인한 장애, 간섭(다른전파에 의한)주파수 대역 높으면 장애물 투과력 증가 주파수가 높으면 외부 영향도 증가
       • 2.4GHz(속도 감소, 범위 증가) VS 5GHz(속도 증가, 범위 감소)
     • Radio link types
       • 지상 마이크파 (45Mps 까지)
       • WiFi (100Mps 까지)
       • wide-area (e.g., cellular) → 4G cellular ~10Mps 까지
       • satellite (45Mps 까지)
3. network core
   • 라우터 혹은 네트워크 코어는 mesh 되어 있다 (n개씩 연결 / 망)
   • 두개의 주요한 네트워크 코어 기능
     • Routing
       • routing algorithm은 local fowading table을 만들고 주변 정보를 보고 output line을 결정한다. 이를 통해 길을 제공! (이 결정 알고리즘만 라우팅이 함)
     • Forwarding
       • 라우터의 입력 링크에서 적절한 출력 링크로 도착하는 패킷을 이동
   • packet-switching versus circuit-switching
     • packet-switching
       • 패킷을 주고 받는 방식
       • 최대 속도로 패킷 전달
       • 장점: 자원을 공유할수 있고 간단하다.
       • 단점: packet delay와 loss로 인해 혼잡도 발생 → 그래서 혼잡을 제어 필요 (reliable data transfer[TCP] , congestion control)
       • store-and-forward : 패킷을 보내는 역활
         • 패킷을 받으면 라우터는 버퍼에 저장하고 전달한다.
         • Lbit 패킷 → Rbps 전송률에 따라 L/R초 동안 전달
         • Store and forward : 다음링크에 전송되기 전에 라우터에 전체 패킷이 도달해야함
       • End-end delay : 2L/R → 빛의 속도로 전달되므로 거리가 0과 같다. 즉, 시간은 전송률의 비율이 크다
       • L/R: Transmission delay
       • queueing delay : 꽉찬 queue(=대기열, 버퍼)에 기다리는 패킷들
       • First in first out = First come first Service (FCFC)
       • loss : TCP가 보낸 패킷에 응답이 없으면 loss 취급후 다시 보낸다 → 즉, 허수에 꽉참
     • circuit-switching
       • 전형적인 전화 방식
       • SRC → 4개의 회선중 하나 골름(FDM&TDM) → DRC
       • FDM (주파수를 나눈다)
       • TDM (모든 주파수를 시간으로 나눈다) → 90도 돌리면 동일한 양 적용
       • → 둘다 하나의 링크를 나눠서 사용한다.
     • 둘의 차이점
       • 가정: 링크전송률(1Gb/s), 각유저 전송률(100Mb/s), 활성화 10퍼센트
       • circuit-switching: 10명이 끝
       • packet switching: 35명 > 10명(0.0004)
       • 35명 이상되면 0.0004 증가, 오류 증가, 혼잡도 증가, loss 증가
   • internet structure
     • 호스트가 ISP 접근을 통해 인터넷 연결을 한다. → ISP끼리 연결 필요
     • 전체 네트워크 연결은 혼잡도 증가 시키기 때문에 global ISP 사용
       • IXP: ISP와 ISP 연결할때 사용
       • peering link: 직접 연결할때 사용
       • regional ISP: global ISP 말고도 regional ISP도 있음 (협약을 통한 연결)
       • Google, Microsoft: 직접 설치도 있음
     • 해외(national or global) + 국내(local or regional) ISP 연결 (상호작용된 라우터들)

출처 : Hoorin Park Assistant Professor, Department of Information Security, Seoul Women’s University