컴퓨터 네트워크 1장(1)

1. 인터넷이란 무엇인가?

2. 네트워크의 가장 자리

    2-1. 접속 네트워크
    2-2. 물리 매체

이 글은 컴퓨터 네트워킹 하양식 접근 8판(최종원) 책을 보고 정리한 글입니다.

1. 인터넷이란 무엇인가?

1) 구성요소로 본 인터넷

● host, 통신 링크, 패킷 스위치

- 인터넷이란 전세계 컴퓨팅 장치를 연결하는 컴퓨터 네트워크이다.

컴퓨팅 장치 : PC, 스마트폰, IoT, 서버, 클라이언트...

컴퓨팅 장치 = 종단 시스템 = host

host는 “통신 링크”, “패킷 스위치”의 네트워크로 연결된다.

통신 링크 : 동축 케이블, 구리선, 광케이블 등등 다양한 물리적 매체를 말한다.

host에서 다른 host로 데이터를 보낼 때 데이터를 세그먼트로 나누고 세그먼트에 헤더를 붙여 패킷을 만든다. (패킷 = 세그먼트 + 헤더)

host -> host 데이터 전송시 패킷 단위로 전송되며 목적지 host에서 원래의 데이터로 다시 조립된다.

 

● 패킷 스위치란?

○ 정의

패킷 교환기는 입력 통신 링크의 하나로 도착하는 패킷을 받아 출력 통신 링크의 하나로 전송하는 역할을 한다.

패킷 스위치의 종류 : 라우터, 링크 계측 스위치

 

○ 링크 계측 스위치

보통 접속 네트워크에서 사용된다.

 

○ 라우터

네트워크 코어에서 사용된다.

 

● ISP(Internet Service Provider)

각 ISP는 패킷 스위치, 통신 링크로 이루어진다.

ISP는 host에게 케이블 모뎀, DSL, LAN 접속 등 다양한 네트워크 접속을 제공한다.

쉽게 말해서 텔코, DSL, LAN 등을 모두 ISP라고 함.

 

2) 서비스 측면에서 본 인터넷

● 애플리케이션 서비스를 제공하는 인프라 스트럭처로 인터넷을 기술하면?

애플리케이션은 서로 데이터를 교환하는 많은 host를 포함하기 때문에 분산 애플리케이션이라고 부른다.

 

 

3) 프로토콜이란?

●  프로토콜은 둘 이상의 통신 개체 간에 교환되는 메시지 포맷과 순서뿐만 아니라, 메시지의 송수신과 다른 이벤트에 따른 행동들을 정의한다.

---

2. 네트워크의 가장자리

2.1 접속 네트워크(DSL 접속 유형) 
1) 접속 네트워크(DSL 접속 유형)

● 네트워크의 가장 자리에는 종단 시스템(host)가 존재한다.

host는 클라이언트와 서버로 분류된다.

 

● 접속 네트워크란?

host에서 다음 host까지 통신 링크와 패킷 스위치(라우터, 스위치)로 연결되는데 송신하는 host에서 첫 번째 라우터에 연결하는 네트워크를 접속 네트워크라고 한다.

(송신 host와 첫 라우터 사이의 네트워크 및 수신 hsot와 첫 라우터 사이의 네트워크 모두를 접속 네트워크라고 한다. 미리 설며하면 접속 네트워크 사이의 네트워크를 코어 네트워크라고한다.)

 

● 가정 접속 네트워크

가정이 host이고 이때의 “가정 접속 네트워크”에서 가장 많이 사용되는 접속 유형은 1) DSL, 2) 케이블이다.

 

● telco란?

가정에서는 유선 로컬 전화 서비스를 제공하는 같은 지역 전화 회사(telco)로부터 DSL 인터넷 접속 서비스를 받는다. 지역의 가정들 입장에서는 telco가 ISP가 된다.

 

● DSL 인터넷 접속

○ 가정에는 가정 PC의 데이터, 집전화 이렇게 두 가지로 볼 수 있다. 그리고 가정은 위 이미지에서 가운데 하나의 선인 기존 전화선으로 CO와 연결된다.

 

○ 집 전화에서 발생하는 데이터는 기존 전화선을 통해 CO로 전송된다. 가정 PC에서 발생하는 데이터는 DSL 모뎀 통신 링크 -> 기존 전화선을 통해 CO로 데이터가 전송된다.

 

○ 가정 PC에서 발생하는 데이터는 DSL 모뎀을 통해 고주파 신호로 변환되어 DSL 모뎀 링크 -> 기존 전화선 -> CO(텔코)의 DSLAM으로 전송된다.

○ <기존 전화선>

가정의 기존 전화 회선은 가정 PC에서 발생하는 데이터와 전화 신호를 전달하는데 이때 서로 다른 주파수 대역에서 인코딩 된다.

 

고속 다운 스트림 채널 : 50kHz~1MHz 대역

중간 속도의 업스트림 채널 : 4~50 kHz 대역

일반적인 양방향 전화 채널 : 0~4 kHz 대역

 

을 사용한다. 단일 DSL 링크가 3개의 분리된 링크인 것처럼 보인다. 따라서 하나의 전화 회선과 인터넷 연결이 동시에 DSL 링크를 공유할 수 있게 된다. (=주파수 분할 다중화)

 

○ 고객(가정)쪽의 스플리터는 가정으로 도착하는 “데이터”와 전화 신호를 분리하여 데이터 신호는 DSL 모뎀으로 전송한다.

 

○ DSL 표준(비대칭 접속 방식)

DSL 표준은 다운 스트림과 고속 스트림을 포함하는 여러 전송률을 정의한다. 최신 표준은 이 둘을 결합하여 1Gbps 속도를 정의한다. 고속 스트림과 다운 스트림의 속도가 다르기 때문에 이 방식을 비대칭이라고 한다.

 

2) 접속 네트워크(케이블 인터넷 접속)

● 위에서는 DSL 접속 네트워크 방식을 정리하였다. -> 테콜의 기존 로컬 전화
infrastructure를 이용한 방식이다. 케이블 인터넷 접속 방식은 케이블 TV 회사의 기존 케이블 TV infrastructure를 이용한다.

각 가정은 케이블 TV서비스를 제공하는 같은 회사로부터 인터넷 접속 서비스를 받는다. 케이블 헤드 엔드의 CMTS에는 이웃 레이블 junction과 연결되는데 이때 광케이블이 사용되며 junction들은 동축케이블로 구성된다.

이와 같이 광케이블과 동축 케이블 모두가 이 시스템을 채택하고 있기 때문에 HFC(hygrid fiber coax)라고 부른다.

 

● 케이블 모뎀이란?

케이블 인터넷 접속 방식에서는 “케이블 모뎀”이 필요하다. DSL 모뎀과 비슷하다.

케이블 모뎀은 보통 외장형 장치이며, 이더넷 포트를 통해 가정 PC에 연결된다.

 

케이블 모뎀은 HFC 접속 네트워크를 2개의 채널(다운, 업스트림)로 나눈다. 따라서 비대칭 접속이라고 할 수 있다. 다운 스트림을 통해 데이터를 받고 업스트림을 통해 데이터를 전송한다.

 

● 케이블 인터넷 접속의 1가지 특징

“공유 방송 매체”이다. 헤드 엔드가 보낸 모든 패킷은 모든 링크의 다운 스트림을 통해 전송된다. 따라서 모든 가정으로 전송된다고 할 수 있다.

따라서 여러 가정에서 동시에 다운 스트림을 통해 비디오 파일을 수신하고 있다면 실제 수신율을 다운 스트림 전송률보다 상당히 낮아진다.

 

※ FTTH

미국은 대부분 DSL 접속 방식, 케이블 인터넷 접속 방식을 현재 사용 중이며 미래에는 FTTH(fiver to the home)이 유망하다.

 

3) 접속 네트워크(기업(가정) 접속 : 이더넷과 와이파이)

● 이더넷 기술

기업 대학 캠퍼스, 점지적으로 가정 환경에서 LAN은 host를 가장 자리의 라우터에 연결하는데 사용된다. LAN 기술 중 “이더넷 기술”이 가장 널리 사용된다.

이더넷은 이더넷 스위치에 연결하기 위해 꼬임쌍선(구리선)을 이용한다.

 

4) 접속 네트워크(광역 무선 접속 : 3G와 LTE 4G와 5G)

● 스마트폰은 이동 장치이다. 이런 장치들은 이동 전화망 사업자들이 운영하는 기지국을 통해 패킷을 송수신하는데 사용하는 것과 같은 무선 infrastructure를 채택하고 있다. 와이파이와 달리 사용자는 기지국의 수십 킬로미터 반경 내에 있으면 된다.

전송 매체로 라디오 스펙트럼을 사용한다.

 

2.2 물리 매체

● 개요

HFC = 광섬유 케이블 + 동축 케이블 병합해서 사용하고 있다.

DSL과 이더넷은 구리선을 사용한다.

이동 접속 네트워크는 라디오 스펙트럼을 이용한다.

 

한 비트가 host -> 가장 자리 라우터 -> 라우터2 -> ... -> 도착 host로 전송된다고 가정해보자. 비트는 물리 매체 상에서 전자파나 광 펄스를 전파함으로써 전송된다.

 

경로 상의 각 송신기-수신기 쌍에서 물리 매체가 모두 같을 필요는 없다.

 

물리 매체는 2가지 종류를 가진다. => “유도 매체”, “비유도 매체”

 

○ 유도 매체

고아섬유 케이블, 꼬임쌍선, 동축 케이블과 같은 견고한 매체를 따라 파형을 유지한다.

 

○ 비유도 매체

무선 랜, 디지털 위성 채널의 경우처럼 대기와 야외 공간으로 파형을 전파한다.

 

● 꼬임쌍선

- 가장 싸고 많이 사용된다. 100년 넘게 전화망에서 이용한다.

- 구리선을 꼬아서 만드는데 이웃하는 쌍들 간에 전기 간섭을 줄이기 위해 꼬여서 만든다.

- 한 쌍의 선이 통신 링크가 된다.

- 꼬임쌍선은 고속 LAN 네트워킹의 주요 솔루션이다.

 

● 동축 케이블

2개의 구리선으로 되어있다. 두 구리선이 평행하지 않고 동심원 형태를 이루고 있다.

이러한 구조와 특수 절연 및 차폐를 가진 동축 케이블은 꼬임쌍선보다 더 높은 데이터 전송률을 가진다.

- 동출 케이블은 또한 케이블 TV 시스템에 흔히 사용된다.

 

● 광섬유

비트 = 빛의 파동으로 표현한다. 이 빛의 파동을 전하는 가늘고 유여한 매체로, 전자기성 간섭에 영향을 받지 않고, 100km까지는 감쇠 현상이 매우 적다. 또한 도청이 어렵다.

세계 많은 광역 전화 네트워크에서 사용된다.

해저 링크에 광섬유를 주로 이용한다.

연결되는 라우터 및 장비들이 고가여서 LAN이나 가정처럼 근거리 전송에는 사용이 어렵다.

 

● 지상 라디오 채널

전자기 스펙트럼으로 신호를 전달

물리 선로가 필요 없고 벽이 관통, 먼 거리까지 전달 가능

특성으로 전파 환경과 신호가 전달되는 거리에 영향을 많이 받는다.

경로 손실, 섀도 페이딩(신호 강도가 약해지는 현상), 다중경로 페이딩(간섭 물체의 신호 반사), 간섭을 결정한다.

지상 라디오 채널은 크게 3개의 그룹으로 나뉜다.(1~2m, 십에서 수백 미터, 수십 킬로미터)

무선 헤드셋 등은 짧은 거리에서 동작한다.

---