[네트워크응용설계] ch01. 컴퓨터 네트워크와 인터넷

목표

컴퓨터 네트워킹과 인터넷의 개요

 

1) Internet

2) protocol

3) network edge

4) network core

5) performance

6) security

7) protocol layers, service models

8) history

9) wireshark -> 과제

 

Ch1.1

 

0. 인터넷이란?

1) 인터넷의 구성요소를 기술하는 것으로, 인터넷을 구성하는 기본적인 하드웨어와 소프트웨어를 기술하는 것

2) 분산 애플리케이션에 서비스를 제공하는 네트워킹 인프라 구조 관점에서의 인터넷을 기술하는 것

 

[용어 정리]

네트워크- 서로 통신이 가능한 단말들의 연결

네트워킹- 단말들이 서로 통신 가능 하도록 연결해주는 것

 

인터넷(Inter Network) - 여러 개의 네트워크가 연결된 것(TCP/IP라는 하나의 통신 프로토콜만을 사용함)

 

인트라넷 - 내부에서 사용하기로 한 네트워크(내부의 사용자끼리만 통신하기 위한 네트워크, 외부의 네트워크 사용자는 접근불가)

 

1) network ≠ computer network
- roadnetwork,railwaynetwork,electricnetwork,socialnetwork,etc.

 

2) computer network ≠ Internet

 

3) internet ≠ Internet
- a internet vs the Internet

 

*소문자로 된 인터넷인 internet 은 공통 프로토콜을 쓰는 복수의 네트워크를 접속한 것을 의미한다.

즉, 같은 프로토콜을 쓰며 컴퓨터가 2개이상 연결된 것은 소문자로된 internet 이라고 할 수 있습니다.

*대문자로 된 인터넷인 Internet 은 TCP/IP를 이용하여 전세계 호스트와 상호통신이 가능한 대규모의 네트워크를 의미한다.
이 때 대문자로된 인터넷은 소문자로 된 인터넷도 되지만 그 역은 성립되지 않습니다.

 

- internet 인터넷 vs intranet 인트라넷

 

* We will learn “the Internet” not only because “the Internet” is important, but also to learn fundamental concepts and principles of computer networking in general

 

 

1. whar is the Internet? : a component view  구성요소로 본 인터넷

 

network edge
- billions of connected computing devices

- 컴퓨터 네트워크는 수십억 개의 연결된 컴퓨팅 장치이다.
 

1) hosts(호스트) = end systems(종단 시스템) 

- 인터넷의 가장자리를 차지하고 있다는 점에서 종단 시스템이라 한다.

- 종단 시스템은 웹 브러우저 프로그램, 웹 서버 프로그램, 전자메일 클라이언트 프로그램 또는 전자메일 서버 프로그램 등과 같은 애플리케이션을 수행하므로 호스트라고도 부른다.

* 종단 시스템: 인터넷에 연결되는 컴퓨터와 다른 장치

 

2) clients and servers

- 호스트는 클라이언트와 서버로 구분된다.

- 클라이언트: 데스크토, 모바일pc, 스마트폰 등

- 서버: 웹 페이지 저장/분배, 비디오 스트림 등 강력한 기능을 갖춘 컴퓨터

 

3) running network applications
네트워크 응용 프로그램 실행

 

 

access networks, physical media 접속 네트워크, 물리 매체

- 접속 네트워크: 종단 시스템을 그 종단 시스템으로 부터 다른 먼 거리의 종단 시스템까지의 경로상에 있는 첫 번째 라우터에 연결하는 네트워크(가장자리 라우터)

- 물리 매체:  한 종단 시스템에서 여러 링크와 라우터를 거쳐 다른 종단 시스템으로 한 비트가 전돨되는 과정에서 일련의 송신기-수신기 쌍에 대해 이 비트는 물리매체상에서 전자파나 광 펄스를 전파하여 전송한다.

 

1)  wired/wireless communication links 유선/유선 통신 링크
- fiber, copper, radio, satellite  물리매체는 광섬유 케이블, 꼬임쌍선, 동축케이블 / 무선LAN, 디지털 위성 채널 등이 있다

network core

- 네트워크의 코어: 인터넷의 종단 시스템을 연결하는 패킷 스위치들과 링크들의 연결망

 

1) interconnected packet switches 패킷 스위치

- 송신 종단 시스템에서 목적지 종단 시스템으로 메시지를 보내기 위해, 송신 시스템은 긴 메시지를 패킷에 분할한다.

- 송신 측과 수신 측 사이에서 각 패킷은 통신 링크와 패킷 스위치를 거치게 된다.

- routers, switches and cables
- forward packets 패킷 전달

 

2) network of networks 

Internet

- “network of networks”

-  internet working of networks
- Interconnected ISPs(internet service provider 상호 연결된 ISP  ex. KT, SKT, LG ...

protocols control sending, receiving of messages
- e.g.,TCP, IP, HTTP, Skype, 802.11

 

Internet standards
- RFC: Requestforcomments

o RFC 791 - Internet Protocol (IP)
o RFC 793 - Transmission Control Protocol (TCP)
o RFC 2616 - Hypertext Transfer Protocol -- HTTP/1.1 (HTTP)
o ... etc.

 

- IETF: Internet Engineering Task Force

 

 

2. What's the Internet: a service view

 

infrastructure that provides services to applications 

- Web,VoIP,email,games,e-commerce,socialnets,...

provides programming interface to applications
- hooks that allow sending and receiving application programs to “connect” to the Internet 보내고 받음
- provides service options, analogous to postal service 우편서비스와 유사한 서비스 제공

 

3. What's a protocol?

- 어떤 일을 수행하려면 둘 이상의 통신 개체가 함께 인식하는 프로토콜이 필요함

- 통신하는 둘 이상의 원격 개체가 포함된 인터넷에서의 모든 활동은 프로토콜이 제어한다.

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

- protocols define format, order of messages sent and received among network entities, and actions taken on message transmission, receipt, or other events.

 

 

Ch1.2 network lecture slide - end systems, access networks, links

 

1. Access networks and physical media

 

Q: How to connect end systems to edge router?
- residential access nets 주거용 접속망 (그림 위에서부터 1)
- institutional access networks(school,company) 기관 접속 네트워크 (그림2)

- mobile access networks 모바일 접속 네트워크 (그림3)

 

keep in mind!!
- bandwidth(bitspersecond)ofaccessnetwork?

- shared or dedicated?

 

2. Access network: digital subscriber line(DSL) & cable network

- 접속 네트워크: 종단 시스템을 그 종단 시스템으로부터 다른 먼 거리의 종단 시스템까지의 경로상에 있는 첫 번째 라우터에 연결하는 네트워크(가장자리 라우터)

- 광대역 가상 접속 유형(DSL, 케이블)

 

1) DSL

- 일반적으로 유선 로컬 전화서비스를 제공하는 같은 지역 전화 회사로부터 DSL 인터넷 접속 서비스를 받는다.

따라서 DSL을 사용할 때, 고객의 텔코가 ISP도 된다.

- 각 고객의 DSL 모뎀은 텔코의 지역 중앙국(central office, CO)에 위치한 DSLAM과 데이터를 교환하기 위해 기존 전화 회선을 이용한다.

- 가정의 DSL 모뎀은 디지털 데이터를 받아서 전화선을 통해 CO로 전송하기 위해 고주파 신호로 변환한다.

- 여러 가정으로부터 아날로그 신호는 DSLAM에서 디지털 포맷으로 다시 변환된다.

- 가정 전화 회선은 데이터와 전통적인 전화 신호를 동시에 전달하며, 이들은 다른 주파수 대역에서 인코드된다.

 1) 고속 다운스트림 채널: 50kHz  1 MHz 대역

 2) 중간 속도의 업스트림 채널: 4~50 kHz 대역

 3) 일반적인 양방향 전화 채널: 0~4 kHz 대역

 

- 이 방식은 단일 DSL 링크가 3개 분리된 링크인 것처럼 보이게 하여, 하나의 전화 회선과 인터넷 연결이 동시에 DSL 링크를 공유할 수 있게 한다.(주파수 분할 다중화)

- 고객쪽에 있는 스플리터(splitter)는 가정에 도착하는 데이터와 전화 신호를 분리하고 데이터 신호를 DSL 모뎀으로 전송한다.

- 털코(지역 전화 회사)쪽의 CO에 있는 DSLAM은 데이터와 전화 신호를 분리하고 데이터를 인터넷으로 송신한다.

- 수백 혹은 수천 개의 가정들이 하나의 DSLAM에 연결된다.

 

- DSL 표준은 12 Mbps 다운스트람과 1.8 Mbps 업스트림, 그리고 55 Mbps 다운스트림, 15 Mbps 업스트림의 다중 전송속도를 정의한다.

- 다운스트림과 업스트림의 전송속도가 다르기 때문에 접속이 비대칭(asymmetric)이라고 한다.

- 실제 다운스트림과 업스트림 전송속도는 위에 기술한 속도보다는 작을 수 있다.

- why? DSL 제공자가 계층 서비스(가격마다 다른 전송속도)를 제공하는 경우 전송속도를 의도적으로 제한할 수 있기 때문이다.

 

*Use existing telephone line 기존 전화선

- frequency division multiplexing 주파수 분할 다중화(FDM)

: different channels transmitted indifferent frequency bands 각 회선을 지속적으로 대역폭의 일부를 얻음

 

*참고

시분할 다중화(TDM): 각 회선은 짧은 시간 동안 주기적으로 전체 대역폭을 얻음

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line): 비대칭 디지털 가입자 회선

- voice over DSL phone line goes to telephone net  DSL 전화선을 통한 음성 전화선 ->  전화망으로 전송
- data over DSL phone line goes to Internet DSL 전화선을 통한 데이터 -> 인터넷으로 전송

- < 2.5 Mbps upstream transmission rate (typically < 1 Mbps) < 2.5Mbps 업스트림 전송 속도(일반적으로 1Mbps 미만)
- < 24 Mbps downstream transmission rate (typically < 10 Mbps) < 24Mbps 다운스트림 전송 속도(일반적으로 10Mbps 미만)

 

* 둘이 다름

 

 

2) 케이블 인터넷 접속

- 케이블 TV 회사의 기존 케이블 TV 기반구조를 이용한다.

- 케이블 TV 서비스를 제공하는 같은 회사로부터 인터넷 접속 서비스를 받는다.

- 광케이블은 케이블 헤드엔드(head end)를 이웃-레벨 정션(juncti예)에 연결하며, 이로부터 개별 가정과 아파트에 도달하는 데 전통적인 동축케이블이 사용된다.

- 각 이웃 정션은 보통 500〜5,000 가정을 지원한다.

- 광케이블과 동축케이블 모두 이 시스템에서 채택하고 있기 때문에 흔히 HFC (hybrid fiber coax)라고 부른다.

- 케이블 인터넷 접속은 케이블 모뎀이라고 하는 특별한 모뎀이 필요하다.

- DSL 모뎀과 마찬가지로, 케이블 모뎀은 보통 외장형 장치이고 이더넷 포트를 통해서 가정 PC에 연결된다.

- 케이블 헤드엔드에서 CMTS (cable modem termination system)는 DSL 네트워크의 DSLAM과 유사한 기능을 제공한다.

- 많은 다운스트림 가정에 있는 케이블 모뎀으로부터 송신된 아날로그 신호를 다시 디지털 포맷으로 변환한다.

- 케이블 모뎀은 HFC 네트워크를 2개의 채널, 다운스 트림과 업스트림 채널로 나눈다.

- DSL에서와 마찬가지로 접속은 비대칭이며, 보통 다운스트림 채널이 업스트림 채널보다 빠른 전송속도가 할당된다.

- DOCSIS 2.0 표준은 다운스트림 속도를 최대 42.8 Mbps 그리고 업스트림 속도를 최대 30.7 Mbps로 정의 하고 있다.

- DSL 네트워크의 경우와 마찬가지로，낮은 전송속도 계약 혹은 미디어 손실로 인해 최대 가능 속도가 실현되지 않을 수도 있다.

- 케이블 인터넷의 한 가지 중요한 특성은 공유 방송 매체라는 것이다.

- 특히 헤드엔드가 보낸 모든 패킷이 모든 링크의 다운스트림 채널을 통해 모든 가정으로 전달된다.

- 그리고 가정에서 보낸 모든 패킷은 업스트림 채널을 통해 헤드엔드로 전달한다.

- 이러 한 이유로, 여러 사용자가 다운스트림 채널에서 다른 비디오 파일을 동시에 수신하고 있다면, 각 사용자가 비디오 파일을 수신하는 실제 수신율은 다운스트림 전송률보다 상당히 작아진다.

- 반면에, 단지 몇 명만 접속하고 그들 모두가 웹을 탐색 중이라면 각 사용자는 전체 다운스트림 전송률로 웹 페이지를 수신할 수도 있다.

- why? 사용자 가 동시에 웹 페이지를 요구하는 경우는 많지 않기 때문이다.

- 업스트림 채널도 공유되므로 분산 다중 접속 프로토콜은 전송을 조정하고 충돌을 피하기 위해 필요하다.

*Use existing cable TV line 기존 케이블 TV 회선 사용
- frequency division multiplexing 시분할 다중화(FDM)
: different channels transmitted indifferent frequency bands

network of cable, fiber attaches homes to ISP router
- homes share access network to cable headend
- unlike DSL, which has dedicated access to central office

 

3. 기업 접속(가정): 이더넷과 와이파이

 

- 가정환경에서 LAN(local area network)은 일반적으로 종단 시스템을 가장자리 라우터에 연결하기 위해 사용된다.

- 여러 유형의 LAN 기술이 있지만 이더넷 기술이 기업, 대학, 홈 네트워크에서 가장 널리 사용되는 접속 기술이다.

- 이더넷은 이더넷 스위치에 연결하기 위해 꼬임쌍선을 이용한다.

- 이더넷 스위치 혹은 상호연결 된 스위치들의 네트워크는 이제 다시 더 큰 인터넷으로 연결된다.

- 이더넷 접속에서 사용자들은 보통 이더넷 스위치에 100 Mbps 혹은 1 Gbps로 접속하고, 서버는 1 Gbps 혹은 10 Gbps로 접속한다.

 

- 그러나 점차적으로 사람들은 인터넷을 랩톱, 스마트폰, 태블릿 그리고 다른 “사물 들”에서 무선으로 접속하고 있다.

- 무선 랜 환경에서 무선 사용자들은 기업 네트워크(대부분 유선 이더넷을 포함)에 연결된 AP (access point)로 패킷을 송신/수신하고, 이 쇼모는 유선 네트워크에 다시 연결된다.

- 무선 LAN 사용자들은 일반적으로 AP의 수십 미터 반경 내에 있어야 한다.

- 와이파이라 고 더 잘 알려진 IEEE 802.11 기술에 기반한 무선 LAN 접속은 이제 거의 모든 곳에 존재한다一대학교，사무실, 카페，공항，가정 그리고 심지어 비행기 내부.

- 많은 도시의 길모퉁이에 서 있을 경우 10개 혹은 20개 정도의 기지국(base station, BS) 내에 있게 된다.

- 802.11은 오늘날 100 Mbps 이상의 공유 전송속도를 제공한다.

- 이더넷과 WiFi 접속 네트워크가 초기에 기업(회사，대학교) 환경에 구축되었지만, 이들은 최근에 상대적으로 홈 네트워크의 공통 요소가 되었다.

 

- 많은 가정은 광대역 가정 접속(즉, 케이블 모뎀 혹은 DSL)과 강력한 홈 네트워크를 만들기 위해 이들 값싼 무선 LAN 기술을 결합한다.

- 아래 그림과 같이 홈네트워크는 유선 PC뿐 만 아니라 로밍랩톱, 무선 PC와 가정 내의 다른 무선 장치들과 통신하는 기지국(base station)(무선 AP), 광대역 인터넷 접속을 제공하는 케이블 모뎀, 그리고 기지국과 케이블 모뎀을 가진 고정 PC를 연결하는 라우터 등 으로 구성된다.

- 이 네트워크는 가구 구성원 한 명이 부엌에서 뒤뜰로 그리고 침실로 로밍하더라도 다른 가구 구성원들이 광대역 인터넷에 접속할 수 있게 해준다.

 

* Access network: home network

 

*Enterprise access networks(Ethernet)

 

typically used in companies, universities, etc.
• 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps transmission rates
• today, end systems typically connect into Ethernet switch 엔드 시스템은 일반적으로 이더넷 스위치에 연결

 

*Wireless access networks

 

- shared wireless access network connects end system to router 
- via base station a.k.a.“access point”

공유 무선 액세스 네트워크가 엔드 시스템을 라우터에 연결
• 기지국을 경유하여"액세스 포인트"

 

1) wireless LANs 무선랜
- within buildings
- 802.11b/g/n (WiFi): 11, 54, 450 Mbps transmission rate

2) wide-area wireless access 광역 무선 접속: 3G와 4G(LTE)
- provided by cellular operator 
- 10’s km
- between 1 and 10 Mbps
- 3G, 4G: LTE

- 점점 더 아이폰，블랙베리, 안드로이드 장치와 같은 장치들이 메시지 전달，소셜 네트워크에서의 사진 공유, 영화 감상，그리고 달리면서 음악 듣기에 이용되고 있다.

- 이들 장치는 이동 전화망 사업자들이 운영하는 기지국을 통해 패킷을 송수신하는 데 사용하 는 것과 같은 무선 기반구조를 채택하고 있다. - 와이파이와 달리，사용자는(수십 m 반 경과 달리) 기지국의 수십 km 반경 내에 있으면 된다.

- 전화 회사들은 1Mbps 이상의 속도로 패킷 교환 광역 무선 인터넷 접속을 제공하 는 소위 3세대(3G) 서비스에 많은 투자를 하였다. 그러나 더 빠른 고속의 광역 접속 기술 4세대(4G) 광역무선 네트워크一이 이미 구축되고 있다.

- LTE (“Long-Term Evolution”一BAYA (Bad Acronym of the Year Award 수상 후보)는 3G 기술에 그 뿌리를 두고 있으며，잠재적으로 10 Mbps 이상의 전송속도를 얻을 수 있다.

- 수십 Mbps의 LTE 다운스트림 속도가 여러 상업적 구축환경에서 보고되었다