Network Fundamentals

Communication Networks(통신 네트워크)

• 노드 간 메시지 교환을 위해 통신링크에 의해 상호 연결되어 있는 노드의 그룹

 

통신 네트워크의 구성 요소

Host(or End-system)

• 데이터를 만들어 송신하거나 데이터를 수신하는 장치
• 2017년 기준 18억의 호스트가 존재. 2022년에는 28.5억의 호스트가 있을 것으로 예상
• 호스트의 4.7억은 인터넷 유저. 4.3억은 모바일 유저로 파악됨

Communication links

• 광섬유, 구리, 무선 연결 등으로 이루어진 노드 간 통신 링크

Switch or Router

• 데이터가 목적지까지 도달하도록 적절한 링크로 연결해주는 장치

Protocols

• 네트워크에서 정보를 주고 받기 위해 정해 놓은 통신 규약

 

통신 네트워크의 분류

• Switched networks: 특정 Device로 데이터 전달
  • Circuit-switched networks. ex) telephone
  • packet-switched networks. ex) Internet
• broadcast networks: 다수의 Device로 데이터를 전달. ex) TV, radio

 

Switch

• 데이터를 최종 목적지 Device로 보내기 위해 네트워크에 장치들을 연결하는 통신 장치
• Types
  • Circuit switching
  • Packet switching

 

Circuit switching vs Packet switching

Circuit swiching

• 연결된 동안 전송하는 데 사용되는 회선을 자원을 보내는 데 모두 할당한다.
• 독점적인 통신 path: 예약제라고 생각. 다른 데이터는 해당 채널을 사용하지 못한다.
• 채널 독점 -> 대역폭 보장 -> 통신 품질 보장. but 평소에 채널을 쓰지 않으면 채널 활용도↓
• 채널 독점 -> 채널 접속시간만큼 과금. (a fee per time unit of connection time)

Packet swiching

• 데이터를 패킷이라는 작은 단위로 나누어 보낸다.
• 각 패킷에는 목적지로의 주소가 담겨있고, 여러 링크의 cost를 판단하여 path를 결정한다.
• 패킷을 보내면서도 다른 데이터를 동일 path로 보낼 수 있다. (다수 사용자 공유 가능)
• sender가 패킷을 보내려고 할 때 receiver가 ok 신호를 보내면 그 때부터 쓸 수 있는 채널을 찾아 패킷을 전송.
• 채널 독점 x -> 통신 자원에 대한 활용성↑ but 네트워크 용량 대비 감당할 수 없는 데이터 전송 시 네트워크 혼잡
• 보낸 데이터 크기만큼 과금. (a fee per unit of information)

 

과거와 현재의 통신 네트워크의 차이

	과거	현재
트래픽(traffic)	데이터 지향적(Data oriented)	다양한 트래픽(data, video, etc)
서비스 원칙(Service Principle)	Best-effort service	Quality of service

• Best-effort service
  • 최선을 다해 데이터를 보내지만 성능은 보장하지 않는다는 의미
  • 대역폭은 고려하지 않는다.
• Quality of service
  • 각 Data 유형마다 전송에 대한 서비스 요건이 다르므로, 하나의 네트워크로 여러 Data를 보낼 때 Data마다 차별화를 둘 필요가 생김 -> Data 특성마다 우선순위를 둔다.
  • 만약 방대한 양의 Video Data를 가장 빨리 보내야 할 경우 Video Data에 가장 큰 대역폭을 할당한다.

 

현재의 무선 네트워크 구성

• Core Network
  • pstn, internet 등
• Access Network
  • Core Network에 접속하기 위한 망
  • cellular, WLAN(Wireless LAN), WPAN(Wirless PAN) 등

 

Cellular Networks

• 서비스 구역을 기지국(BS, base station) 단위의 영역으로 나눈다.
• 높은 채널 용량을 제공하기 위해 동일 주파수가 계속해서 다시 사용된다. (셀마다 동일 주파수 다시 사용)
• 하나의 기지국이 전체 도시를 커버하는 것이 아니라 여러 개의 기지국을 사용함으로써 기지국들은 각 셀만 커버하면 된다.
• 만약 기지국의 채널 용량(ex 동시 통화 가능 수)이 4였을 때, 하나의 도시를 모두 커버하는 경우 그대로 4이지만, 16개의 셀로 나누는 경우 채널 용량은 16x4 = 64로 늘어난다.

 

Wireless LAN

• 무선 인터페이스와 함꼐 확장된 버전의 무선 환경의 LAN
• WLAN의 주목적은 데이터 전송(Data transfer)이다.
• 100 ~ 9608 Mbps의 데이터 전송률을 갖는다. 곧 40,000Mbps 전송률을 가진 WiFi가 적용될 예정
• Technologies
  • IEEE 802.11 Wireless LAN: WiFi의 공식적인 표준 명칭
  • HiperLAN(유럽): 같은 명칭

 

Wireless PAN

• 사람들의 개인 공간 수준에서 적은 전력으로 데이터를 전송하는 작은 범위의 네트워크
• 데이터와 음성 전송이 주목적
• ~2Mbps의 전송률을 가짐. (Bluetooth 2.0+EDR의 경우)
• WPAN 기술로는 Bluetooth와 ZigBee 등이 있다.

 

Ad Hoc Networks

• 즉석으로 네트워크를 구성. 단말기가 네트워크를 스스로 새로 조직한다.
• 모바일이라는 특성때문에 인프라가 고정되어 있지 않고, 즉각적으로 계속 변화한다.
• 각 모바일 호스트들이 라우터 역할을 하며, Multihop Routing을 사용하여 peer-to-peer(노드 간 통신)을 통해 정보를 전달한다.
• Multihop Routing - 소스와 목적지가 다이렉트로 연결되지 않은 경우, 여러 노드 간이 상호 연결되어 소스와 목적지를 이어주는 방식. 이런 경우의 Ad Hoc을 Mobile Ad Hoc Network(MANET)이라고 한다.
• 회의실, 전쟁, 재난 지역 등에서 사용할 수 있다.

 

Wireless Sensor Networks

• 센서와 통신 모듈이 연결되어 있는 네트워크
• 불을 감지하는 센서가 화재를 감지하여 통신 장치로 이를 알리는 경우를 예로 들 수 있다.

 

Vehicular Ad Hoc Networks (VANET)

• VANET은 차량 등에서 이루어지는 Ad Hoc 네트워크이다.
• 자율주행 자동차나 스마트 시티 등에 대한 발전이 이루어지면서 같이 발전하고 있는 네트워크이다.

 

Satellite Systems

• 위성 시스템
• 기상, 라디오, TV 송출, 군사적 목적으로 사용된다.
• 국제 전화 서비스, Backbone for global network, GPS 등이 있다.