[컴퓨터네트워크] 1-2 Network edge: hosts, access network, physical media

출처: 최종원 교수님, 컴퓨터네트워크1 수업,

Computer Networking:  A Top-Down Approach Featuring the Internet by James F.Kurose and Keith W.Ross 8th,

컴퓨터 네트워킹 하향식 접근 8판

 

Internet Structrue: 인터넷 구조

 인터넷 구조는 (1) Network edge, (2) Access Network (3) Network Core 세가지로 나뉜다. 

왼쪽부터 network edge, access network, network core에 대한 이미지이다.

(1) Network edge

 가장 왼쪽에 있는 그림이다. 인터넷에 연결되는 컴퓨터와 그 밖의 장치들을 의미하고, hosts 라고 한다.

host는 크게 clients(데스크톱, 이동PC, 스마트폰 등)와 servers(웹 페이지를 저장하고 분배하고 비디오를 스트림하며 전자메일을 릴레이하는 더 강력한 기능을 갖춘 컴퓨터)로 나뉘어진다. 

(2) Access Networks: 접속 네트워크

• 위 이미지의 가운데에 있는 그림이다. 종단 시스템(end-system)을 그 종단 시스템으로부터 먼 거리에 있는 다른 종단 시스템까지의 경로상에 있는 첫 번째 라우터(=edge router)에 연결하는 네트워크
• Access Networks의 종류
  • 가정접속 : DSL, 케이블, FTTH, 5G 고정 무선
  • 기업 접속: 이더넷과 와이파이
  • 광역 무선 접속: 3G, LTE, 4G, 5G
• 한 비트는 여러 라우터를 거쳐, 종단시스템까지 전송된다. 비트가 출발지에서 목적지로 전달될 때, 일련의 송신기-수신기 쌍을 거친다. 각 송신기-수신기 쌍에 대해 이 비트는 물리 매체상에 전자파나 광 펄스를 전파하여 전송한다.
• 물리매체는 여러 형태이며, 경로상의 각 송신기-수신기 쌍에 대해 같은 유형일 필요는 없다.
• 물리 매체는 광섬유 케이블, 꼬임쌍선, 동축 케이블 같은 견고한 매체를 따라 ‘파형을 유도하는’ 유도매체와 무선랜 혹은 디지털 위성 채널의 경우처럼 대기와 야외 공간으로 파형을 전파하는 비유도 매체로 나눈다.

(3) Network core

 가장 오른쪽에 있는 그림이다. 인터넷의 종단 시스템을 연결하는 패킷 스위치와 링크의 그물망(mesh)을 의미한다. 이 부분들은 Network of networks 라고도 부른다. 

 

Host: sends packets of data

 application message를 패킷(packets, 작은 조각)으로 나누어서 보낸다. 

각각의 패킷이 Lbits 라고 가정하고, 전송속도(transmission rate)가 R이라고 한다면, 

패킷 전송지연 = L-bit의 패킷을 link로 전송하는 데 필요한 시간 = L(bits) / R(bits/sec)이다. 

link transmission rate는 link capacity라고도 하고 link bandwidth 라고도 한다. 즉, bandwidth가 크면 클수록, 전송속도가 빠르다. 

 

Links: physical media

bit: 송신기와 수신기 쌍 간 전파

pyhsical link(물리적 링크): 송신기와 수신기 사이에 있는 것

guided media와 unguided media 두가지로 나뉜다. 

 

(1) Twisted Pair (TP, 꼬임쌍선) 

• 가장 싸고 가장 많이 이용하는 전송매체.
• 2개의 절연 구리선이고 약 1mm의 굵기로 규칙적인 나선형태로 배열. 여러 쌍이 보호물에 싸여 한 케이블 안에 함께 묶여있다.
• Category 5(보통 집에서 사용): 100Mbps, 1Gbps Ethernet
• Category 6: 10Gbps Ethernet

(2) Coaxial cable (동축케이블)

• 2개의 구리선으로 되어 있으나, 구리선이 평행하지 않고 동심원 형태를 이룬다.
• 꼬임쌍선보다 더 높은 데이터 전송률을 얻을 수 있다.
• 유도 공유 매체(shared medium)로 사용할 수 있다. 특히, 여러 종단 시스템은 케이블에 직접 연결할 수 있고 모든 종단 시스템은 다른 종단 시스템이 전송하는 모든 것을 수신한다.
• bidirectional = 양방향으로 데이터가 흐른다.
• broadband: multiple frequency channels on cable, 100’S Mbps

(3) Fiber Optic cable (광섬유)

• 비트를 나타내는 빛의 파동을 전하는 가늘고 유연한 매체
• 빠르고 장거리에 유리: 초당 10~100기가 비트에 이르는 비트율을 지원
• 전자기성 간섭에 영향을 받지 않으며 100km 까지는 신호 감쇠 현상이 매우 적고 태핑(도청) 하기가 어렵다. → 광역 유도 전송 매체로 이용, ex) 해저 케이블
• 광케이블 하나 자체가 엄청 길수는 없고, 광끼리 연결하는 방법(연결장치인 repeators)이 메인기술이다.

(4) Wireless radio (지상 라디오 채널)

• 전자기 스펙트럼으로 신호를 전달해서, 물리 선로를 설치할 필요가 없고 벽을 관통할 수 있고 이동 사용자에게 연결성을 제공하고 먼 거리가지 신호를 전달할 수 있다.
• 전파 환경과 신호가 전달되는 거리에 많은 영향을 받는다. 주변 환경은 **reflection(반사), obstruction by objects(장애물), interference(간섭)**에 방해 받는다.
• broadcast and half-duplex
• Radio Link types: terrestrial microwave(적외선) - 프린터기, 리모컨 등에서 사용되며 직진성이 있다. Wireless LAN(WiFi), wide-area cellular 등, satellite - end to end delay 값이 약 270~280 m/s이다.

기타

💡broadband vs baseband

broadband: 주파수를 변조해서 보내는 방식 → 라디오마다 주파수가 다른 것처럼, 채널마다 다르게 보낸다.

baseband: 주파수를 변조하지 않고 보내는 방식

 

💡동축케이블과 광섬유

하는 역할(멀리 전달)은 같지만, 방법이 달라서 품질이 다르다.

amplifier(동축케이블) 같은 경우는 잘못된 데이터를 그대로 가져가지만, repeators(광섬유)는 판단해서 새로운 것을 만들어서 보낸다. → repeators 를 사용해서 디지털 신호에서는 오류를 많이 줄인다.

 

💡 통신 방법

(1) unicast(일대일 통신), (2) broadcast(모두에게 통신) ex. radio, TV, (3) multicast 방법이 있다.

(1) sinplex(한쪽만 통신) ex. radio, TV, (2) half-duplex(한쪽만 얘기하는데 양방향 통신, 반이중 통신) ex) 무전기, (3) full-duplex (두사람이 통신, 전이중 통신)