해당 글은 건국대학교 김기천 교수님의 컴퓨터네트워크1 수업 내용을 정리한 글입니다.
Notable Trends of Computer Networks
(1) Trend toward faster and cheaper, in both computing and communication: 컴퓨터 및 통신 모두에서 더 빠르고 저렴해지는 추세입니다. 더 강력한 컴퓨터가 더 까다로운 application들을 지원하고 있으며, 광섬유 및 고속 무선 기술의 사용 증가는 전송 가격을 낮추고 통신 용량을 크게 늘렸습니다.
(2) Today's networks are more "intelligent": 네트워크가 다양한 수준의 서비스 품질(QoS, Quality of Service)을 제공할 수 있게 되었습니다. 이는 단순한 데이터 제공을 넘어서 특정 application(예: 실시간 음성/영상 통화)에 필요한 안정성과 성능을 보장할 수 있는 능력이 강화되었음을 의미합니다. 또한 네트워크 관리 및 보안 분야의 다양한 맞춤형 서비스를 제공합니다. 이는 네트워크의 '지능화' 추세의 일환으로, 기업이나 개인이 자신의 특정 요구에 맞춰 네트워크 관리 및 보안 서비스를 맞춤 설정할 수 있는 기능이 강화되었습니다.
(3) The Internet, the Web and associated applications have emerged as dominant features for both business and personal network landscapes: 인터넷, 웹 및 관련 application이 비즈니스 및 개인 네트워크 환경에서의 지배적인 특징으로 부상하고 있습니다. 이는 모든 것을 IP(Everything over IP)로 처리하는 경향이 강해졌음을 의미하는데, 음성, 영상, 데이터 등 모든 종류의 통신이 인터넷 프로토콜(IP)을 기반으로 통합되고 있음을 의미합니다.
(4) Mobility: 이동성 또한 트렌드 중 하나입니다. iPhone과 같은 모바일 기기들이 비즈니스 네트워크의 진화와 사용을 이끄는 주요 동력이 되었습니다. 또한 다양한 기업 application이 모바일 기기에서도 일상적으로 제공되기 떄문에 비즈니스 환경에서 모바일 접근성이 필수적인 요소가 되었습니다.
Emergence of High-speed LANs
고속 근거리 통신망(LAN)이 등장하게 된 배경은 다음과 같습니다:
Personal computers and microcomputer workstations have become an essential tool for office workers: 개인용 컴퓨터와 마이크로컴푸터 워크스테이션이 사무실 환경에서 없어서는 안 될 도구가 되면서, 이들 기기 간의 효율적인 통신과 자원 공유의 필요성이 증대되었습니다. 자세한 내용은 다음과 같습니다:
(1) Explosive growth of speed and computing power of personal computers: 개인용 컴푸터의 속도와 컴퓨팅 성능이 폭발적으로 성장함으로써 이들 컴퓨터가 더 많은 데이터를 처리하고 더 복잡한 application을 실행하게 되었고, 이는 곧 네트워크를 통해 전송해야 할 데이터의 양과 속도 요구사항을 증가시켰습니다.
(2) LANs have been recognized as a viable and essential computing platform: LAN이 실행 가능하고 필수적인 컴퓨팅 플랫폼으로서 인식되는 것도 중요합니다. 초기에는 독립적인 컴퓨터 사용이 주를 이루었으나, 점차적으로 여러 컴퓨터를 연결하여 자원을 공유하고 협업하는 LAM의 가치가 인식되었습니다.
빠른 LAN을 야기한 요구사항은 다음과 같습니다:
(1) Centralized server farms: 여러 사용자가 대규모의 중앙 서버에 접근하여 데이터를 주고 받는 한경에서 병목을 방지하기 위해 고속 LAN이 필수적이었습니다.
(2) Power workgroup: 고성능 작업을 수행하는 소규모 팀 내에서 대용량 파일을 신속하게 공유하고 협업하기 위한 고속 연결의 필요성이 대두되었습니다.
(3) High-spped local backbone
Corporate Wide Area Networking(WAN) Needs
이 섹션은 기업 환경에서 고속 광역 네트워크(WAN)의 필요성이 증가된 배경과 그 원동력을 설명합니다. 이때 "Changes in corporate data traffic patterns are driving the creation of high-speed WANs"라는 말이 대두되는데, 이는 기업 내부 및 외부에서 발생하는 데이터 양과 종류가 변하면서 기존의 WAN으로는 감당하기 어려워져 더 빠른 WAN의 필요성이 커졌다는 의미입니다.
Digital Electronics
이 섹션은 디지털 전자 기술의 급속한 발전이 인터넷과 기업 인트라넷에 미치는 영향에 대해 설명합니다:
Image and video traffic carried by networks is dramatically increasing: 디지털 기술의 발달로 인해 고품질의 이미지와 비디오 콘텐츠를 쉽게 생성하고 공유할 수 있게 되면서(예: DVD, 디지털 캠코더), 네트워크 트래픽에서 이미지 및 비디오 트래픽의 비중이 극적으로 증가했습니다.
Convergence
The merger of previously distinct telephony and information technologies and markets: convergence는 과거에는 별도로 존재했던 전화 통신(telephony) 기술과 정보 기술(information technologies), 그리고 이들이 서비스하는 시장이 하나로 합쳐지는 현상을 말합니다. 이는 다음과 같은 내용들을 포함합니다:
(1) Moving voice into a data infrastructure: 음성을 데이터 인프라로 이동. 전통적인 전화망(PSTN)을 통한 음성 통신 대신, 인터넷 프로토콜(IP) 기반의 데이터 네트워크를 통해 음성 신호를 전송하는 VoIP(Voice over IP)와 같은 기술을 의미합니다.
(2) Integrating all the voice and data networks insice a user organization into a single data network infrastructure: 사용자 조직 내부의 모든 음성 및 데이터 네트워크를 단일 데이터 네트워크 인프라로 통합.
(3) Then extending that into the wireless arena: 이를 무선 영역으로 확장.
이러한 convergence를 가능하게 하는 기반 기술은 인터넷 프로토콜(IP)을 사용하는 "패킷" 기반 전송입니다. 패킷 교한 방식은 음성, 데이터, 영상 등 모든 종류의 정보를 작은 "패킷"으로 나누어 전송함으로써 자원을 효율적으로 공유하고 유연한 통신을 가능하게 합니다. 또한 convergence는 인프라의 기능과 범위를 넓히고, 그 위에 동작하는 application base의 기능과 범위 또한 증가시킵니다.
다음은 통신 시스템의 계층 구조입니다:
Applications: 최종 사용자가 보는 부분입니다.
Enterprise services: application을 지원하기 위해 정보 네트워크가 제공하는 서비스입니다.
Infrastructure: 기업이 사용할 수 있는 통신 링크를 의미합니다.
아래는 통신의 기본적인 구성요소인 source, transmitter, transmission system, receiverm destination을 포함하는 간단한 통신 다이어그램입니다:
Transmission Lines
"The basic building block of any communications facility is the transmission line" 이는 데이터가 실제로 이동하는 물리적인 경로(transmission line)가 통신 시스템의 근간임을 강조합니다. 비즈니스의 관점에서 transmission line을 선택하거나 관리할 때 고려해야할 세 가지 요소는 다음과 같습니다:
(1) Capacity: 용량. 얼마나 많은 데이터를 얼마나 빠르게 전송할 수 있는가.
(2) Reliability: 신뢰성. 얼마나 오류 없이 안정적으로 데이터를 전송할 수 있는가.
(3) Cost: 비용. 이러한 용량과 신뢰성을 제공하는 데 드는 비용은 얼마인가.
실제로 전송하는 매체(transmission medium)은 광섬유나, 무선, 구리선 등이 존재합니다.
Transmission Services
전송 서비스(transmission service)는 통신 예산에서 가장 비용이 많이 드는 구성 요소입니다. 이에 대한 효율성을 높이기 위한 두 가지 접근이 존재합니다:
(1) Multiplexing: the ability of a number of devices to share a transmission facility. transmission 기기를 사용하는 기기의 수를 늘림으로써 효율을 늘릴 수 있습니다.
(2) Compression: Squeezing the data down so that a lower capacity, cheaper transmission facility can be used. 사용하는 data의 크기를 압축시킴으로써 가성비 있게 transmission 기기를 유지할 수 있습니다.
Networks
스마트폰, 태블릿, PC 등 다양한 종류의 장치들이 네트워크에 연결되고, 이러한 장치 수의 증가는 트래픽 볼륨에 여러 방식으로 영향을 줄 수 있습니다:
(1) It enables a user to be continuously consuming network capacity. 사용자가 지속적으로 네트워크 용량을 소비하게 됩니다.
(2) Capacity can be consumed on multiple devices simultaneously. 여러 장치에서 동시에 용량을 소비할 수 있습니다.
(3) Different broadband devices enable different applications which may have greater traffic generation cpapbility. 다양한 광대역 장치가 더 큰 트래픽 생성 능력을 가질 수 있는 다른 application을 가능하게 합니다.
Networking
network에는 음성, 데이터, 이미지, 비디오와 같은 다양한 형태의 통신이 존재합니다. 이는 서로 다른 종류의 데이터를 하나의 통합된 네트워크를 통해 전송하고 처리하는 convergence 개념과도 연결됩니다. 즉, 과거에는 음성, 데이터 등이 각각의 전용 네트워크를 사용했지만, 이제는 기술 발전에 힘입어 하나의 네트워크 인프라에서 이 모든 것을 동시에 처리할 수 있게 된 것입니다.
WANs
WAN은 넓은 지리적 영역을 포괄한다는 점에서 건물이나 캠퍼스처럼 제한된 지역을 다루는 LAN과는 차별점을 갖습니다. 또한 WAN은 사유지를 넘어 공공 도로, 도시, 국가 등 광범위한 지역을 연결해야하기 떄문에 공공 인프라를 사용하거나 인허가를 받아야합니다. common carrier는 통신 서비스를 제공하는 회사(ISP)를 의미하며, WAN을 구축할 때 이러한 ISP의 회선 서비스에 의존하는 경우가 많습니다.
일반적으로 WAN은 여러 개의 상호 연결된 스위칭 노트(switching node)로 구성됩니다. 스위칭 노드는 데이터를 올바른 목적지로 전달하기 위한 경로를 설정하고 전환하는 역할을 수행합니다.
WAN의 기술로는 다음이 존재합니다:
(1) Circuit switching
(2) Packet switching
(3) Frame relay
(4) ATM(Asynchronous Transfer Mode)
Circuit Switching
이는 통신이 시작되기 전에 송신자와 수신자 사이에 물리적이거나 논리적인 전용 경로가 설정되며 이 경로를 통해 통신이 이뤄지는 동안 다른 트래픽은 이 경로를 사용할 수 없다는 뜻입니다. 또한 물리적 link는 여러 논리 채널로 나뉠 수 있지만, 일당 할당된 채널은 통신이 끝날 때까지 해당 통신만을 위해 사용됩니다. 전용 경로가 존재하기 때문에, 일단 경로가 설정되면 데이터가 지연 없이 빠르게 전송될 수 있습니다.
Packet Switching
데이터는 패킷(packets)이라는 작은 덩어리로 나뉘어 순차적으로 전송됩니다. 이때 패킷은 송신원에서 수신처로 이어지는 경로를 따라 노드에서 노드로 전달됩니다. 회선 교환(circuit switching)이 전용 경로를 설정하는 것과 달리, 패킷 교환은 전체 메시지를 작은 단위로 나누어 전송합니다. 각 패킷은 독립적으로 네트워크를 통해 최적의 경로를 찾아 이동합니다.
패킷 교환 네트워크는 terminal-to-terminal 컴퓨터 통신 및 computer-to-computer 통신에 일반적으로 사용됩니다. 이는 데이터 통신에 특히 적합하며, 인터넷의 기반 기술 중 하나이기도 합니다. 여러 사용자가 네트워크 자원을 공유할 수 있어 효율적이고 유연하다는 장점이 있습니다.
Frame Relay
이는 높은 데이터 전송 속도와 낮은 오류율을 활용하기 위해 개발되었습니다. 최대 2Mbps의 데이터 전송 속도로 작동하며, 높은 데이터 전송 속도를 달성하는 핵심은 오류 제어와 관련된 대부분의 오버헤드를 제거하는 것입니다. 기존의 X.25와 같은 패킷 교환 방식이 오류 제어 및 흐름 제어에 많은 오버헤드를 가졌던 반면, frame relay는 전송 매체의 신뢰성이 향상(광섬유의 발전과 디지털 기술의 발전)됨에 따라 이러한 오버헤드를 줄이는 방향으로 설계되었습니다.
Asynchronous Transfer Mode (ATM)
cell relay라고도 불립니다. 이는 패킷 교환의 일종이지만, 고정 길이의 작은 데이터 단위(cell)를 사용합니다. 짧고 고정된 길이의 cell을 사용하기 때문에 하드웨어적으로 빠르게 처리할 수 있고, 지연 변동(jitter)를 최소화하여 실시간 트래픽 전송에 유리합니다. 이는 회선 교환과 패킷 교환의 정점으로 회선 교환의 실시간성과 패킷 교환의 유연성의 장점을 결합하고자 한 결과입니다.
매우 높은 속도(10-100Mbps, Gbps 범위)에서 동작합니다. 또한 각 채널의 데이터 전송 속도를 필요에 따라 동적으로 설정할 수 있는 여러 채널을 허용함으로써 자원의 효율적인 할당과 QoS 보장을 가능하게 합니다.
Local Area Networks (LAN)
The Internet
인터넷은 미국의 ARPA에서 개발한 ARPANET에서 진화했습니다. 이는 여러 개의 패킷 교환 네트워크를 가로질러 통신하는 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다. 즉, 서로 다른 기술과 프로토콜을 사용하는 네트워크들이 어떻게 서로 정보를 주고 받을 수 있는가(Internet = Network of Networks)하는 문제를 해결하는 것이 핵심 목표였습니다. 기반 프로토콜은 TCP/IP protocol suite입니다. 이때 suite는 관련된 여러 프로토콜들의 집합 또는 모음을 의미합니다.
TCP/IP는 단일 프로토콜이 아닌, 인터넷을 통해 통신을 가능하게 하는 다양한 프로토콜들이 계청적으로 조직된 프로토콜 아키텍처입니다.
Internet Terminology
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