Roadmap (2) - Computer Network

강의: 이화여대 KOCW 컴퓨터 네트워크
교안: Computer Networking: A Top Down Approach

 

중요하다고 생각되는 부분 위주로 복기하였습니다.

 

Circuit switching

physical media 중 guided media로 통신할 때, 사용할 수 있는 자원이 한정되어 있습니다.

 

자원 예약 ( set up & reserve ) 시 다른 host는 그 링크를 사용할 수 없습니다.

한 host가 독점하면 OS에서의 starvation 과 같은 현상이 발생할 것입니다.

 

따라서 자원 분할 이 필요합니다.

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FDM versus TDM

" 자원 분할 방법 "

 

Frequency Division Multiplexing:

주파수 대역을 기준으로 사용자를 자원을 점유합니다.

 

Time Division Multiplexing:

시간을 기준으로 사용자가 자원을 점유합니다.

FDM (위) vs TDM (아래)

 

전화 네트워크의 경우 세션이 열리면 연속적으로 데이터가 오고 가기 때문에 자원을 점유하고 사용하는 것이 좋습니다.

 

하지만 인터넷에서는 필요할 때만 데이터가 오고가기 때문에 점유하는 것은 적절하지 않습니다.

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Aleternative core: Packet Switching

 

전화와 달리 인터넷은 자원이 항상 필요하지 않으며 잠깐만 사용하고 아예 사용하지 않을 때도 있습니다.

 

독점 점유를 하고 있으면 그만큼 낭비 입니다.

 

그래서 패킷 스위칭 (Packet Switching) 이 등장하였습니다.

 

패킷 스위칭 방식에서 host는 application-layer의 메시지를 패킷(packets)이라는 작은 단위의 chunk로 쪼개서 통신합니다.

 

하나의 패킷이 보내질 때 full link capacity로 보내집니다. ( 보내는 시간 동안 대역폭을 전부 사용한다는 의미로 이해하였습니다.)

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Packet Switching

패킷 스위칭의 가장 큰 특징 : store-and-forward , congestion

 

1. Circuit switching과 달리 예약이 필요 없습니다.

  "No call set up" , " No resource reservation "

 

2. 필요할 때만 자원을 사용합니다.

 

3. 누군가 사용 중이면 끝날 때까지 기다리고, 이후 데이터를 전달합니다. ( 링크 대역폭 전체를 사용)

 

4. 패킷이라는 chunk를 사용하는 이유

= 정보 한 덩어리가 너무 크면 한 host 가 자원을 너무 오래 점유하게 됩니다.

 

5. 패킷에는 목적지 주소가 담겨 있습니다

 

+ 각 라우터는 하나의 패킷 전체를 받기 전까지 일단 받아 놓았다가, 다 받으면 이후 주소를 파싱 하여 전달할 링크를 정하여 forward 합니다 = 이것을 store & forward라고 합니다.

" Entire packet must arrive at router before it can be transmitted on next link "

 

6. 자원을 reserve 하지 않아 요청이 들어오는 대로 서비스를 해주기 때문에  Queueing delay, loss 가 발생합니다.

 

더 엄밀히 이야기하자면 host에서 패킷을 보내는 속도와 router가 forward 하는 속도에 괴리가 있어 그만큼 router의 버퍼에 패킷들이 쌓이는데, 버퍼는 한정되어 있으므로 overflow 되는 순간 이후 패킷들은 버려집니다.

 

이것을 Congestion이라고 합니다.

Packet queueing & loss

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Packet switching versus circuit switching

패킷 스위칭은 자원을 공유하고, call set up 이 없기 때문에 간헐적으로 몰려오는 data를 처리하기에 좋습니다.

" great for `bursty` data - sometimes has data to send, but at other times not "

 

그렇다고 이 Packet switching이 무조건 좋은 것은 아닙니다.

 

Router buffer overflow 때문에 패킷의 delay와 loss 가 발생하기 때문입니다.

 

이런 것들을 보완하기 위해 reliable data transfer, conestion control 과 같은 이슈를 프로토콜로 해결해야 합니다.

 

따라서  packet switching을 "circuit-like" 과 같이 동작하도록 할 수 있는 다양한 테크닉들이 등장했고, 우리는 그것을 배울 것 입니다.

 

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Internet structure: network of networks

Internet은 flat 하지 않고 굉장히 복잡한 구조를 가지고 있습니다.

" Multi-tier hirearchy! "

 

전 세계의 access network들이 모두에게 서로 연결되어 있다면 대략 N^2 개수의 연결이 필요합니다. 매우 비효율적!!

"connection each access ISP to each other directly doesn't scale: O(n^2) connections."

 

하지만 이것이 라우터 그룹을 구성하고 있는 globasl ISP에만 연결되어 있다면,

다른 access net들도 global ISP 에 연결되어 있으므로 다른 모든 access net과 통신하기 위해 한 개의 연결만 있으면 될 것입니다.

 

global ISP

 

 

이런 서비스를 하는 여러 개의 global ISP 가 생겨나게 되고, global ISP 간 연결 역할은 IXP (Internet Exchange Point)가 맡게 되었습니다.

 

예외적으로 같은 tier의 ISP 간 peering link를 맺기도 합니다. 

" 처음에는 보통 자신보다 상위 계층으로만 link 가 연결된다고 배웠지만, settlement- free라는 이유 때문에 맺게 됩니다"

" 즉, 직접 송수신하는 것이 위 계층을 통해서 통신하는 것보다 cost를 줄일 수 있는 경우입니다 "

 

또한 global ISP 가 모든 지역을 cover 할 수 없기 때문에, global ISP와  access net 사이에 regional ISP 가 들어가게 됩니다.

이 Regional ISP 또한 규모별로 계층이 있다고 합니다.

 

IXP & regional ISP

 

 

추가적으로 큰 회사들이 content provider network (e.g., Google, Microsft )라는 독자적인 네트워크를 구성하여

소비자에게 안정적인 데이터 전달과 ISP 이용 비용 부담을 줄이려고 시도하게 됩니다.

" AWS seoul Region 같은 것이 예가 되지 않을까요? "

 

Content provider network

 

 

최종적으로 아래 그림과 같은 "Multi-tire hierarchy"가 구성되었습니다!

 

 

 "tier-1" commercial ISPs (e.g., Spring, AT&T, NTT) : 국제적 & 국가적 커버리지를 가지고 있는 ISP들입니다.

 

content provider networks (e.g., Google, Facebook) : private network으로  보통 IXP 나 lower-tier ISP를 통하여 access net에 바로 접근합니다. 즉, Tier 1 ISP이나, regional ISPs 들을 자주 bypassing 합니다.

 

참고 자료: Tier 1 ISP list

 

 

 

끝!

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