[Network] 인터넷의 개념과 프로토콜, 접근 네트워크

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인터넷이란 무엇인가?

• 2가지 방법이 존재
  1. 인터넷의 구성요소를 기술하는 것
     • 인터넷을 구성하는 기본적인 하드웨어와 소프트웨어 구성요소 기술
       
       
  2. 분산 애플리케이션에서 서비스를 제공하는 네트워킹 인프라스트럭처 관점에서 서술
     • 인프라스터럭처(infrastructure)
       • 컴퓨터와 사용자들을 연결하는 데 사용되는 물리적인 하드웨어를 말한다.
         ← 정보 기술과 인터넷의 관점으로 본 인프라스럭처
         
         
       • 줄여서 “인프라”라고 많이 부름

 

 

 

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구성요소로 본 인터넷

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중요한 3가지 키워드

• 인터넷(network of networks) : 네트워크들이 모인 네트워크
• 프로토콜(protocol) : 네트워크에서 메시지 송수신을 제어하는 일련의 규칙
• 표준화(Internet standards) : 네트워크는 표준화가 굉장히 중요
  
  

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종단 시스템(end System) or 호스트(host)

• 인터넷의 가장자리를 차지하고 있기 때문에 종단 시스템으로 불림
  • 웹 브라우저, 서버, 전자 메일 같은 애플리케이션을 수행 → 호스트라고 불리는 이유
    • 호스트는 클라이언트(client)와 서버(server)로 구분
      
      
      • 클라이언트 : 데스크톱, 노트북, 스마트폰 등
      • 서버 : 웹 페이지를 저장하고 분배하고 비디오를 스트림/전자 메일을 릴레이
        → 클라이언트보다 더 강력한 기능을 갖춘 컴퓨터
        
        
• 종단 시스템은 통신 링크와 패킷 스위치의 네트워크로 연결
• 한 종단 시스템이 다른 종단 시스템으로 보낼 데이터를 갖고 있을 경우
  • 송신 시스템은 보낼 데이터를 세그먼트(segment)로 나누고 헤더를 붙임
  • 패킷(packet) : 컴퓨터 네트워크에서의 정보 패키지
    • 세그먼트(segment) + 헤더(header)
      
      
  • 패킷은 목적지 종단 시스템으로 네트워크를 통해 보내짐
    → 도착하면 목적지에서 원래의 데이터로 다시 조립됨
    
    
  • 패킷은 컴퓨터 네트워크를 통한 경로를 따른다.

 

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통신 링크(communication link)

• 동축 케이블, 구리선, 광케이블, 라디오 스펙트럼 등의 다양한 물리 매체로 구성됨
  
• 각각의 링크들은 다양한 전송률(transmission rate, 링크 대역폭)을 이용하여 데이터 전송
  • 데이터 전송의 단위 → bps(bit per second): 초당 비트 수를 사용

 

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패킷 교환기(스위치)

• 입력 통신 링크의 하나로 도착하는 패킷을 받은 후, 출력 통신 링크의 그 패킷을 전달
• 가장 많이 사용되는 패킷 스위치 → 라우터(router)와 링크 계층 스위치(link-layer switch)
  • 해당 두 형태의 스위치는 최종목적지 방향으로 패킷을 전달
  • 링크 계층 스위치 : 보통 접속 네트워크에서 사용
  • 라우터 : 네트워크 코어에서 주로 사용
    
    
• 네트워크 상의 경로(router 혹은 path)
  • 패킷이 송신 → 수신 종단 시스템에 도달하는 동안 거쳐온 통신 링크와 패킷 스위치를 의미

 

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패킷 교환 네트워크 - 패킷 전송

1. 전송할 데이터를 세그먼트 화하고 네트워크를 통해 수신 종단 시스템으로 도달
2. 도착한 패킷은 같이 왔던 여러 데이터들과 함께 그룹화됨

 

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ISP(Internet Service Provider)

• ISP : 패킷 스위치와 통신 링크로 이루어진 네트워크
• 종단 시스템은 여러 가지 형태의 ISP를 포함
  • 종단 시스템에 접속을 제공하는 ISP들도 서로 연결되어있어야 함
    → 인터넷은 종단 시스템을 서로 연결하는 것
    
    
• ISP는 종단 시스템에게 다양한 네트워크 접속을 제공
• 인터넷을 직접 연결하도록 CP(Computer provider)에게 인터넷 접속을 제공
  • 인터넷 직접 연결 이유 → 웹사이트와 비디오 서비스를 하기 위해
    
    
• 하위 계층 ISP는 국가 또는 국제 상위 계층 ISP를 통해 서로 연결
• 상위 계층 ISP는 서로 직접 연결
  • 상위 계층 ISP는 광 링크로 연결된 고속 라우터로 구성됨
    
    
• ISP 네트워크는 따로 관리되고 IP 프로토콜을 수행, 네이밍과 주소배정 방식을 따름

 

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TCP/IP 프로토콜

• 인터넷의 다른 구성요소는 인터넷에서 정보 송수신을 제어하는 여러 프로토콜을 수행
  • 인터넷의 다른 구성요소 → 종단 시스템, 패킷 스위치 등
    
    
• TCP/IP : 인터넷의 주요 프로토콜을 통칭
  • TCP/IP는 인터넷에서 가장 중요한 프로토콜
  • IP 프로토콜 : 라우터와 종단 시스템 사이에서 송수신되는 패킷 포맷을 기술

 

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인터넷 표준을 만드는 이유

• 각각의 프로토콜이 무엇을 수행하는지 합의하는 것은 매우 중요
  → 그렇게 함으로써 상호 호환되는 시스템과 제품을 만들 수 있기 때문
  → 표준을 만드는 이유
  
  
• 인터넷 표준은 IETF에서 개발하며, 이 표준 문서를 RFC라고 한다.
  • RFC(requests for comment) : TCP/IP, HTTP, SMTP 등의 프로토콜 정의
    
    
• IEEE 802 LAN 표준위원회 → 이더넷과 무선 와이파이 표준을 기술

 

 

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서비스 측면에서 본 인터넷

• 애플리케이션은 서로 데이터를 교환하는 많은 종단 시스템을 포함
  → 분산 애플리케이션(distributed application)이라고 부름
  
  
• 중요한 것은 인터넷 애플리케이션은 종단 시스템에서 수행됨
  • 네트워크 코어에 있는 패킷 교환기에서 수행되지 않는다.
    ← 패킷 교환기는 데이터 교환을 쉽게 해 주지만, 애플리케이션에는 관심(연관)이 없음

 

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소켓 인터페이스

• 소켓 인터페이스(socket interface) : 송신 프로그램이 따라야 하는 규칙의 집합
  • 인터넷에 접속한 종단 시스템이 제공하는 인터페이스
  • 한 종단 시스템에서 수행되는 프로그램이 목적지 프로그램으로 데이터를 전달하는 방법을 명시
    • 이때 특정 목적지 프로그램은 다른 종단 시스템에서 수행되는 프로그램을 뜻함
      • 다른 종단 시스템으로 가기 위해서는 인터넷 인프라스트럭처를 거쳐야 한다.
        
        
• 인터넷이 소켓 인터페이스를 가지고 있는 이유
  → 송신 프로그램이 데이터를 목적지 프로그램에 전달할 수 있도록 해야 하기 때문
  • 인터넷은 여러 서비스 애플리케이션을 제공

 

 

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프로토콜이란 무엇인가

• 프로토콜은 통신 개체 간에 교환되는 메시지 포맷과 순서 정의
• 프로토콜은 메시지의 송수신과 다른 이벤트에 따른 행동들을 정의
• 메시지 교환과 메시지를 송수신할 때의 행동은 프로토콜의 요소를 정의하는 주요인
  

 

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네트워크 프로토콜

• 어떤 일을 수행하려면 둘 이상의 통신 개체(entity)가 함께 인식하는 프로토콜이 필요
  • 통신하는 원격 개체가 포함된 인터넷에 모든 활동은 프로토콜이 제어
    • 프로토콜은 컴퓨터 사이에 연결된 선로상의 비트 흐름을 제어
      • 여기서 프로토콜 → 물리적으로 연결된 컴퓨터의 네트워크 접속 카드에서 하드웨어로 구현
        
        
• 메시지를 교환하고 행동을 취하는 개체 → 장치의 하드웨어나 소프트웨어 구성요소
  • 여기서 장치 → 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿, 네트워크 가능 장치 등

 

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네트워크 프로토콜 예시

• 종단 시스템에 있는 혼잡 제어 프로토콜 : 송수신자 간에 전송되는 패킷 전송률 조절
• 라우터에서 프로토콜 : 출발지에서 목적지까지 패킷 경로를 설정

 

 

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접속 네트워크(access network)

• 한 종단 시스템을 다른 종단 시스템까지의 경로상에 있는 첫 번째 라우터에 연결하는 네트워크
  • 첫 번째 라우터 → 가장자리 라우터(edge router)라고도 함
    

 

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여러 종류의 네트워크와 이들이 사용되는 환경 - 가정 접속

• 가장 널리 보급된 광대역 접속 유형은 DSL과 케이블
  • 가정은 지역 전화 회사(telco)로부터 DSL 인터넷 접속 서비스를 받음
    → 따라서 DSL을 사용할 때 고객의 telco가 ISP도 된다.
    
    • 지역 전화 회사(telco) : 유선 로컬 전화 서비스를 제공하는 회사
      
      
• DSL모뎀은 CO에 있는 DSLAM과 데이터 교환을 위해 기존 전화 회선을 이용
  • 가정이 CO(텔코의 지역 중앙국)과 8 ~ 16km 내에 있지 않으면 해당 방식 사용 x
    
    
• 케이블 인터넷 접속은 케이블 회사의 기존 케이블 TV 인프라스트럭처를 이용
  • 케이블 모뎀이 필요
    • 케이블 모뎀은 데스크톱과 splitter과 연결되어 있음
    • splitter : 케이블 모뎀 데이터와 방송 데이터를 멀티플렉싱(나눠줌)
      
      
  • splitter에 연결된 회선을 통해 케이블 회사에 있는 cable headend로 연결
  • 케이블 인터넷 방식은 모든 가정이 하나의 회선을 공유하는 경우가 많음
    • 대역폭이 큰 하나의 회선을 두고 해당 링크를 여러 집으로 나눔(shared link)
      
      
  • HFC(Hybrid fiber coax) : 케이블 회사가 제공하는 접속 네트워크
    • 여러 cable headend를 묶기 위해 더 큰 대역폭 필요 → fiber cable로 연결
    • 가정에서 cable headend로 가는 회선 → coax cable로 연결
      
      
    • 비대칭 접속을 유지
      • 다운 스트림(DownStream) : 최대 30 Mbps 전송률
        • 다운 스트림 → 다운로딩
      • 업 스트림(UpStream) : 2 Mbps 전송률
        • 업 스트림 → 업로딩

 

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여러 종류의 네트워크와 이들이 사용되는 환경 - 이더넷과 와이파이

• 와이파이를 통해 가정에서 home network라고 불림
  • 와이파이에 직접적으로 연결 → 유선 통신
    
    
• 라우터에 데스크톱과 wifi-access Point가 직접적으로 연결되어 있음
  • 라우터 : 가정에 있는 여러 종단 시스템들을 묶어 네트워크에 전달(연결)
    → 네트워크 전달을 위해 cable 모뎀이나 DSL 모뎀에 연결됨
    
    
• 기업에서 네트워크를 구성할 때 → 이더넷 스위치를 이용
  • 여러 데스크톱과 wifi-access point가 이더넷 스위치에 연결되어 있음
  • 이더넷 스위치는 하나가 아니라 여러 개
    → 기업에는 종단 시스템이 매우 많기 때문에 여러 개가 필요
    
    
  • 여기서 라우터는 모든 이더넷 스위치와 연결됨
    → 해당 네트워크 자체를 ISP에 전달
    • 이때 dedicated line을 이용, 이는 ISP 자체에서 연결시켜 줌
      • 케이블 회사나, 전화 회사에서 연결시켜 주는 것이 아님

 

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여러 종류의 네트워크와 이들이 사용되는 환경 - 셀룰러 네트워크

• wireless access network : 와이파이나 셀룰러 네트워크를 통해 연결하는 네트워크
  • 셀룰러 네트워크 : 3G, 4G, LTE 등
    
    
• 와이파이와 셀룰러 네트워크 차이
  • 와이파이 → 주로 한정된 장소에서만 사용 가능(대역폭이 높음)
  • 셀룰러 네트워크 : 넓은 지역에서 사용 가능(장소 제한이 거의 없음)
    • 셀룰러 네트워크는 shared network임