[정보통신공학] 1.Data Communication, Data Networking, and the Internet

-What is the Internet?

1. nuts and bolts의 관점에서의 인터넷

• computing devices=hosts=end systems=apps at Internet's edge
• packet(data의 단위) switches [routers,switches]
• communication links(edges 연결)[fiber,copper(wire) / radio,satellite(wireless)] *transmission rate(전송속도) 중요 - bandwidth(대역폭)
• networks (devices,routers,links의 collection) :조직에서 관리

 

Internet : network of networks - interconnected ISPs (상호연결된 ISPs)

*ISP(internet service provider) - 인터넷 서비스 제공자(ex. KT, SKT, ..)

 

Protocol(통신 규약) *everywhere

- 수신 control, 메시지 receive

- HTTP(웹), 비디오 스트리밍, Skype, TCP(transmission control protocol), IP(internet protocol), Wifi, 4G, Ethernet

 

Internet Standards(인터넷 표준)

-RFC(request for comments) - 인터넷에서 기술을 구현하는데에 필요한 절차등을 제공하는 standard 문

-IETF(internet engineering task force) - internet standard를 개발하는 국제 인터넷 표준화 기구 

 

2. service의 관점에서의 인터넷

 

- 어플케이션에 서비스 제공하는 'infrastructure'  [웹, email, youtube, sns, ...]

 

- distributed 어플리케이션에 'programming interface' 제공

  [sending/receiving apps을 connect 할 수 있는 hooks , internet transport service 사용]

  [postal(우편) 서비스와 유사한 서비스 제공 ]

 

-What is a protocol? 

Network protocols

- 통신 devices 사이 message를 주고 받는 양식과 규칙의 체계

- 인터넷에서 모든 통신 활동은 protocol을 준수함 

 

Protocols define the format, order of messages sent and received among network entities,

and actions taken on msg transmission, receipt [데이터 형태, 메시지 전달 순서, 행동 정의]

 

-Network edge : hosts, access network, physical media

Network edge

- hosts :

*clients(요청함) / server(요청에 응답)* in 데이터 센터

*sends packets of data (패킷 전송)

*데이터가 L bits 길이의 패킷형태로 쪼개서 access network로 보냄

=>packet transmission delay = L(packet의 길이)/R(transmission rate = 초당 전송할 수 있는 양)

 

- Access networks, physical media

- wired,wireless communication links (유,무선 통신 연결) ex. wifi

*end systems 과 edge router 연결 방법 

- ①residential(주거용) ②institutional(기관용) ③mobile(ex. wifi, 4G,5G)  access nets

 

살펴볼 것 => transmission rate / shared(packet switching) or dedicated(circuit switching) access

 

1. access networks : cable-based access (케이블 기반)

- FDM(frequency division multiplexing) - 주파수 대역을 나누어 동시다발적 전송 ex. radio

*cable modem에 TV, Computer 등 연결

*splitter : channel(주파수대역)을 구분해 보내고 읽음

*cable headend를 통해 밖으로 전송 

- HFC(hybrid fiber coax) - cable

*asymmetric(비대칭) downstream : 40Mbps ~1.2Gbs >> upstream : 30~100Mbps

- Network of cable, fiber : home을 ISP router에 연결 ( home은 cable headend에 access network를 공유)

 

2. access networks : DSL(digital subscriber line) *예전에 사용

-이미 존재하는 전화선 이용  1.data-Internet 연결 2.voice-telephone net 연결

*asymmetric(비대칭) downstream : 24~52Mbps >> upstream : 3.5~16Mbps

 

3. access networks : home networks

   Wifi wireless access point , wired Ethernet , ..

 

4. wireless access networks

- Wireless local area networks(WLANs) - wifi

- Wide-area cellular access networks - 데이터  *wifi보다 넓은 영역

 

5. access networks : enterprise networks

Ethernet(wired,100Mbps~10Gbps), WiFi(wireless, 11~450Mbps) 혼합 사용

 

Links : physical media

- transmitter & receiver physical link로 연결되어 bit를 전달

- guided media : solid media 내에서 전달 = 안전, 손실↓  ex.copper, fiber, coax

1. Twisted pair (TP) -두개의 구리선 

2. Coaxial cable - 동축케이블  

*양방향성(downstream & upstream), 비대칭

*broadband - multiple 주파수 사용 

3. Fiber optic cable - 광케이블 *가장 효율

 

- unguided media : freely 전달 ex. radio

1. Wireless radio

*단방향성

*반사, 왜곡, 굴절 등 환경적 요인에 취약

[radio link types]

-terrestrial microwave (bluetooth)

-Wireless LAN (wifi)

-wide-area (cellular)

-satellite (인공위성)

 

-Network core : packet/circuit switching, internet structure

Network core 

- interconnected routers (상호 연결된 라우터)

- packet-switching : host가 application layer의 message를 packet으로 break

*source에서 destination까지의 link를 통해 한 라우터에서 다음 라우터로 패킷 전달 

 

Two key network-core functions

1. Forwarding(local action)

packet의 header를 읽고 local forwarding table에 따라 전달 (한 router 내의 input->output)

2. Routing(global action)

전체 네트워크에서 packet이 source-destination 까지 지나야할 경로 설정 - routing algorithm

 

Packet-switching

-"Store-and-forward" : 하나의 패킷이 온전히 도착하면 forward

*transmission delay: R bps의 link에 L bit 패킷을 보내면 L/R 초 delay 

*end-end delay: 2L/R(왕복) (propagation delay 를 0으로 가정할때)

- Queueing delay, loss 

[arrival rate >> transmission rate] => queue로 buffer에 대기, router의 메모리가 차면 삭제 될 수 있음(=loss)

 

Circuit-switching: source and destination 사이 call을 위해 예약된 end-end 자원 할당 

*dedicated resource(지정된 자원) = 공유하지 않음 

*physical links - 빠른 전송

 

다중화 기술 *reserve를 유지하면서 사용가능하도록 다중화 

- FDM (frequency division multiplexing) : 주파수를 divided

- TDM (time division multiplexing) : time을 devided *더 쉬움

 

Packet VS Circuit

packet : 많은 사용자 ex.data 

모든 사용자들이 동시에 active 할 확률이 적으므로 more user 가능함

- resource sharing이고 간단한 통신에 적합

- excessive congestion에선 오히려 buffer overflow로 delay and loss 생김

- audio/video등 시간 지연에 민감한 application에 bandwidth를 보장함 (circuit-like behavior) 

 

circuit : 적은 사용자 ex.voice call

 

Internet structure -network of networks

host - access ISP를 통해 internet 연결

access ISPs - IXP(internet exchange point)로 interconnect 되어있음 => host 사이 packet 전달 가능 

 

Simplified Data Communications Model

source

-digital bit stream->

transmitter - 변조(modulation) =아날로그신호 ->

transmission system

-아날로그 신호->

receiver - 복조(demodulation) =digital bit stream->

destination

 

-Performance : loss, delay, throughput

-Security

-Protocol layers, service models

why layering?

-

-History