Internet, and the Network Edges

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[CN] 인터넷과 네트워크 엣지

전반적인 큰 그림에 대한 이해
Reference Computer Networking A Top-Down Approach 7th-Edition

Internet

기본적인 통신부터 시작해서 IoT까지, 수많은 분야의 가장 근본이 되는 컴퓨터 네트워크를 공부하며 전반적인 큰 그림을 그려 나가고자 한다. 여러분이 이 글을 보고 있는 지금도, 글자 하나 하나를 기기에서 받아 들이기 위해 인터넷을 통한 수많은 정보가 오가고 있다. 아마 컴퓨터 네트워크 하면 가장 먼저 떠오르는 키워드 중 하나일 것이다. 인터넷은 무엇일까?

internet

Nuts-and-Bolts view

  • Internet: 수억 개의 host를 연결하는 네트워크. network of networks

  • host(= end systems): 사람들이 사용하는 각각의 devices

  • communication links: end systems를 연결하는 유, 무선의 통신 링크

    fiber, copper, radio, satellite 등. link 별로 서로 다른 bandwidth를 사용한다.

  • packet: 통신 과정에서 전달되는 데이터의 묶음

  • packet switches: packet을 목적지까지 잘 배달하기 위해서 사용되는 routers, switches.

    어떤 host에서 packet이 출발했을 때 이 패킷을 다음 단계로 어느 라우터로 보낼 것인지 결정하는 역할을 한다.

  • protocols: 주고 받는 message들을 관리하는 약속

    TCP, IP, HTTP 등. RFC, IETF 등의 기관에서 인터넷 표준을 정립한다.

Services view

  • 다양한 응용 프로그램들을 제공

    Web, VolP, email, games, SNS 등 수많은 service를 인터넷을 통해 제공한다.

  • 응용 프로그램에게 programming interface를 제공

    app의 connection을 허용하고, mailing system과 유사한 service옵션을 가진다.

Protocol

수업 시간에 손을 드는 행위 자체도 흐름을 방해하지 않고 내가 무언가를 발언하고 싶다는, 사람들 사이의 사회적 약속이다. 사람은 눈치라도 있지, 눈치 제로인 기계는 이런 약속들이 더욱 필요하다. 그렇게 만든 약속들을 protocol이라 한다. protocol에는 다음과 같은 내용들이 포함된다.

  • 주고 받는 message의 format, order
  • send/receive 시 수행되는 action

Network Edge

network-edge

network edge는 왼쪽 그림에서 빨간 색으로 표시한 hosts 들을 뜻하며, clients와 servers로 이루어진다. access network와 physical media의 경우, 오른쪽 그림의 빨간 부분인 유, 무선 communication links라고 보면 된다.

Access Networks

주거지역, 학교나 회사, 모바일 네트워크 등이 존재하며, 우리는 이러한 access network들의 속도가 얼마나 빠른지 찾아보곤 한다. 옛날에는 인터넷 보다는 PC통신을 사용했는데, 외부 서버와 통신을 위해서는 전화 통신을 사용하기도 했다고 한다. 그래서 인터넷을 하면 집전화가 안되고, 그런 시절이 있었다고 한다. 요즘은 광케이블이 널리 보급되어 전국 어디서든 기가급 인터넷을 사용할 수 있다.

  • Digital Subscriber Line(DSL): 전화선을 사용하는 방식이다. 어떻게 보면 구시대의 유물이라고도 할 수 있다.

    전송률을 보면 upload 속도는 최대 2.5Mbps, download 속도는 최대 24Mbps 정도로 접속이 비대칭이다. upload보다는 download 속도를 중요시 한 것을 알 수 있다. 또한 data를 동시에 전송할 수 있는 dedicated link 형태라고 볼 수 있다.

  • Cable Network: 전용 cable을 사용하는 방식이다. 여기서 활용된 기술이 frequency division multiplexing이다.

    Frequency Division Multiplexing이란 주파수를 분리하여 한 medium에서 여러 정보를 한 번에 전송할 수 있는 기술이다. DSL과 마찬가지로 비대칭 접속이지만, 반대로 전송 형태는 동시에 데이터를 보낼 수 없는 shared link이다.

  • Home Network: 일반적으로 사용되는 모뎀과 연결된 공유기 등을 사용하는 방식이다.

  • Enterprise Access Networks(Ethernet): bandwidth가 매우 높아 이전에는 가정용으로 개발한 것은 아니지만 최근에는 모두 사용하곤 한다.

  • Wireless Access Networks: Access point를 사용한 무선 네트워크이다.

    • wireless LANs: Wifi라고도 불리며, 일반적으로 특정 공간(Local Area)에서 사용된다.

    • wide-area wireless access: 3G, 4G:LTE, 5G. 이동 통신, 광대역 통신이라고도 불리며, 수~수십 km까지 통신 가능하도록 설계되어 있다.

      미국 같은 경우는 땅이 넓어서 수십km당 기지국이 하나씩 있는 경우가 다반사라고 한다. 우리나라의 인터넷이 빠른 것은 그만큼 촘촘한 이동 통신망 때문인 것. 영국만 하더라도 지하철에서 인터넷이 안된다는….

Host

host는 data packets을 전송한다. 이때 packet의 길이를 L (bit), 전송률을 R (bit/sec) 이라 할 때,

  • packet transmission delay (sec) = L (bit) / R (bit/sec) 이다.
  • 결국 delay라고 하는 것은 특정 packet을 전송하는 데 걸리는 시간이라 볼 수 있다.

Physical Media

그렇다면 실제로 communication link를 만드는 데 사용되는 물리적인 매체들에는 어떤 것들이 있을까?

  • Guided media: 흔히 말하는 cables, wired LANs 등을 이야기한다. cable 밖으로 나올 수 없고, 선이 유도하는 대로 전송된다는 뜻이다.

  • Unguided media: 공유기, radio 등 신호가 자유롭게 퍼져 나가는 매체를 이야기한다.

  • Twisted Pair(TP): ‘꼬인 쌍선’이라고도 한다. 일반적인 LAN을 들여다 보면 잘 꼬여 있는 선들을 선을 볼 수 있다. category 6의 경우 10Gbps까지 지원한다.

  • Coaxial Cable: ‘동축 케이블’이라 하며, 예전에 cable TV를 지원하기 위해 많이 사용되었다. 일반적으로 인터넷 사용을 위해서는 거의 볼 일이 없다.

  • Fiber Optic Cable: 광섬유 케이블이다. 말 그대로 빛의 pulse 신호를 통해 정보를 전달하게 된다. 만들기도 까다롭고 비싸지만 매우 빠르다.

  • Radio: 일반적으로 가장 흔하게 볼 수 있는 ‘전파’이다. 정보를 전파에 담아 전달한다. 무선이며, bidirectional 통신이 가능하지만 주변 상황(reflection, interference 등)에 많이 영향을 받는다는게 특징이자 단점이다. Link type에 따라 LAN(WiFi), wide-area(Cellular), satellite 등으로 나눌 수 있다.

    최근에는 SpaceX starlink라고 해서 일론 머스크가 광범위 위성 인터넷을 위한 위성군을 건설하고 있다고 한다. 이 사람.. 대단하다.

Network edge부터 시작해서 어떤 Access Network를 사용해서 인터넷에 접속할 수 있는지, 어떤 물리적 매체(Link)를 통해 End System에서 Core System으로 정보를 전달할 수 있는지 알아보았다. 다음 포스팅에서는 Networe Core에 대해 다뤄볼 예정이다.