Chap1. Introduction to Network

in algorithm / Study on 자율 모바일 네트워크, 학부 Last modified at:

본 게시글은 개인 공부자료로, Computer Networking: A Top Down Approach 책을 활용합니다.

인터넷을 보는 관점 [nuts and bolts view 와 service에 대하여]

- nuts and bolts view

    **많은 host들이 중간에 router등을 통해서 communication link로 연결된 형태를 의미한다.**
      - **수백만 개의 연결된 컴퓨터 장치**
        hosts = end systems
        running network apps

      - **communication licks**
        종류 : fiber, copper, radio, satelite
        **transmission rate(전송률)** : bandwidth

      - **packet switches**: 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비
        종류에는 routers and switches가 있다.

      - **Internet : "network of networks"**
        네트워크의 네트워크로, ISP(Internet Service Provider)로 연결되어 있다.

      - **Protocol**
        프로토콜은 메세지의 송신 수신을 담당한다.
        데이터를 주고 받기 위해 정의해 놓은 약속이다.
        인터넷에서 가장 중요한 프로토콜은 TCP , IP이다.

      - **Internet Standars** : 기업간의 협의해서 결졍된다.
        RFC : request for comments
        IETF : Internet Enginerring Task Force

      + 한 end system에서 다른 end system으로 데이터를 보낼 때, 데이터를 세그먼트 단위(transpory layer에서의 메모리 단위)로 자르고, 이 세그먼트에 헤더 바이트를 붙힌다. 이렇게해서 완성된 패키지를 패킷이라고 부른다. 패킷은 목적지에 도착해서 다시 재조립된다.

- service view

    -인터넷은 어플리케이션들에게 서비스를 제공하는 기반시설이다.
    -이러한 어플리케이션들은 Web, VoIP, email, games 등이 존재한다.
    -인터넷은 application 위에서 돌아간다.
    -패킷 스위치들이 end system끼리의 데이터 교환을 활성화시키지만, 패킷 스위치들이 데이터를 자체적으로 생성하거나 소모하는 application과는 관계가 없다.

Protocol

  • 프로토콜은 메세지의 형식, 주고받는 순서, 메세지를 받았을 때 취해야하는 행동을 정의한다. 즉, 통신하기 위해 정해진 규약이다.

network structure

  • Network edge : 우리와 가까운 네트워크를 의미한다.

    • hosts : 클라이언트와 서버
    • server들은 종종 data center에 위치한다.

  • Access networks, Physical media : network edge와 network core를 연결시켜주는 역할

    • wired, wireless communication links

  • Network core

    • interconnected routers(라우터들이 서로 연결되어있다.)
    • 네트워크의 네트워크

Access Network의 종류

  1. Cable network

    • 같은 communitcation을 공유해서 같지만 다른 frequency 공유

  2. Enterprise access networks (Ethernet)

    • 아래 그림과 같이 여러 host들이 switch, switch들이 router, routr는 인터넷에 연결되어 있는 형태이다.

SmartSelect_20220413-094342_Samsung Notes

  1. Wireleess acess networks
  • 공유된 무선 access network들은 access point를 통해서 host에서 router에 연결된다.
  • Local area로 불리는 작은 범위의 wireless LANs와 lte,4G와 같이 넓은 지역을 포함할 수 있는 wide-area wireless access가 있다.

HOST

Host

  • application으로부터 message를 받아서 더 작은 chunk인 bit를 가진 packet으로 나눈다.
  • transmission rate가 r인 패킷을 access network로 전송한다.
  • link transmission rate는 link capacity, link bandwidth라고 불린다.ㅣ

Packet transmission delay

  • 패킷의 딜레이 시간은 L(bits) / R(bits/sec)로 나타낸다. [이때, L은 packet의 길이, R은 전송률을 나타낸다.]

Packet Switching : Queueing delay, loss

  • 들어오는 속도 > 나가는 속도 : Queue delay, loss
    • queue에 쌓이게 되고, 패킷 delay 발생
    • queue에서 들어오는 속도가 더 빨라서 queue가 full되는 경우

Forwarding , Switching, Routing

Forwarding

  • 라우터의 입력포트에서 출력포트로 패킷을 이동시킨다.
  • 하나의 라우터에서 어느 라우터로 보낼지 결정하는 것

Switching : 노드와 노드간 연결을 중개해준다.

Routing : 출발지에서 목적지까지의 경로를 설정해준다.

  • 어떤 network의 packet의 전체 루트를 결정해 주는 것이다.

패킷이 하나의 source -> destination을 위해서는 경로를 선택하는 과정이 필요한데, 이때 routing algorithm을 사용한다.
routing algorithm을 통해 forwarding packet이 만들어진다.
하지만 경로에는 고장이나 속도 변화같은 다양한 상태들이 변경됨에 따라, 경로를 갱신하는 것이 불가피해진다. 따라서, Forwarding table에는 목적지 주소에 대응하는 포트가 존재한다.

Circuit Switching vs Packet Switching

Circuit Switching (회선 교환)

  • 하나의 회선 전체를 전달받아 데이터를 주고 받는 방식
  • Packet으로 통신하지 않고, network bandwidth를 이용
  • 속도와 성능이 일정하다.
  • 출발지와 목저지로의 경로가 결정되고, 다른 host의 데이터가 접근하지 못하도록 막는다.

SmartSelect_20220412-135555_Samsung Notes

  • 위의 그림과 같이 FDM, TDM 방식이 있다.

Packet Switching(패킷 교환)

  • 송신할 데이터를 packet 단위로 쪼개서 보낸다.

  • 이 경우, 더 많은 사용자가 network를 사용할 수 잇도록 해준다.

  • 예를 들어, 1Mb/s link , 각 사용자들이 100kb/s (즉 전체 링크의 0.1%사용)하는 경우를 생각해보자.
    Ciruit Switching을 사용하게 될 경우, 10명의 사용자만 이용이 가능하다.(자원을 미리 정해둠) 따라서 FDM을 사용하게 된다면 10명이 동시에 데이터를 보내기 때문에, delay가 발생하게 되고 TDM을 사용하게 되면 특정 시간동안 해당 host만 보낼 수 있게된다.

    이 경우 패킷 교환 방식을 사용하게되면 유저가 35명일 때, 10명이 동시에 사용할 확률이 0.004로 동시에 link할 확률이 적어 더 많은 유저들이 사용가능하게 된다.

  • 중요한 점은 그렇다면 패킷 교환이 회선 교환보다 항상 좋은지에 대해서 묻는다면 아니다. 왜냐하면 동영상 전화 파일과 같이 일정한 속도 보장을 위해서는 회선 교환이 효율적이기 때문이다.

Four source of packet delay

SmartSelect_20220412-140147_Samsung Notes

  • 다음과 같이 패킷 지연 시간을 측정하는 식이 있다.

  • d[proc] : 처리시간으로서, 들어온 패킷이 어디로 보낼지 결정하는 시간이다.

  • d[queue] : output link에서 전송되기 위해 기다리는 시간이고, 라우터에 쌓인 패킷의 혼잡도에 따라 시간이 결정된다.

  • d[trans] : 패킷의 모든 bit를 내보내는데 걸리는 시간으로 L/R ( L은 packet length, R은 link bandwidth)

  • d[prop] : signal -> physical로 변하는 시간(즉, signal이 보내지는데 걸리는 시간)으로, d/s (d는 physical link의 길이 s는 propagation speed를 의미)

Througput(처리량)

처리량은 단위 시간 당, 보낼 수 있는 정보의 양이다.

  • instaneous : 한 순간에 발생한 처리량
  • average : 일정 시간 동안 측정

SmartSelect_20220412-140726_Samsung Notes

SmartSelect_20220412-141120_Samsung Notes

  • 위의 그림에서 RS < RC의 경우 average는 RS가 되고, RS > RC의 경우 average는 Rc가 된다.
  • 우리는 이러한 처리량의 기준을 되는 link의 처리량을 bottle neck라고 부른다.

bottle neck

  • 여러 링크가 있을 때, 작은 용량을 갖는 link의 throughput이 end-end throughput이 된다.

Layering

복잡한 시스템을 다루기 쉽게 하기 위해서 모듈단위로 나누어서 관리를 쉽게 한다.

TCP/IP 5계층 모델

SmartSelect_20220412-142122_Samsung Notes

  • application : network application 지원(FTP, SMTP, HTTP)

  • transport : process 간의 통신 (TCP, UDP)

  • network : source -> destination datagram routing (IP, routing proctocols)

  • link : 근접해있는 network 요소들 전송 (WIFI, Ethernet)

  • physical : 장치의 비트 신호

ISO/OSI 7계층 모델

SmartSelect_20220412-142132_Samsung Notes

  • presentation : data의 의미를 해석할 수 있도록 해준다.

  • session : 데이터 복구, 동기화 등

** Internet은 5계층으로 구성되어 있다 (presentation, session기능이 필요한 경우, application단에서 구현)

Network Security

일반적으로 우리 인터넷은 같은 네트워크에 접속한 사용자를 신뢰하였다.

Bad guys

  1. 인터넷을 통해 mulware를 host로 넣음

    • virus : email과 같은 object를 수신/실행으로 감염
    • worm : 자체적으로 실행되는 object를 수동적으로 수신하는 것으로 감염
    • spyware mulware는 key stroke 저장, 웹 사이트 기록을 저장할 수 있다.

  2. attack server, network interface

SmartSelect_20220412-150046_Samsung Notes

  • 다음과 같이 타겟을 정해서, 여러 공격자들이 타켓이 감당할 수 없을 정도의 트래픽을 발생시킨다.
  1. sniff packets

SmartSelect_20220412-150055_Samsung Notes

  • 다음과 같이 A에서 B로 전송되는 모든 것을 C가 기록한다.
  1. use fake address

SmartSelect_20220412-150107_Samsung Notes

  • 다음과 같이 C가 B의 ip address를 사용해서 pcaket을 만들어 보낸다.