[CS] 네트워크 - 네트워크 기술

교환 시스템

교환 시스템의 종류

교환 회선 방식을 이용한 네트워크 구성은 호스트, 교환기, 전송 선로로 이루어진다.
회선 교환(Circuit switching): 연결 설정 및 해제 과정이 필요하다.
메시지 교환(Message switching): 저장 및 전달(Stroe and forward), 다음 중계기에 모든 메세지를 보내고 저장한다. 메세지를 전부 받으면 다음 노드로 메세지를 보내는 걸 반복한다.
패킷 교환(Packet Switching): 패킷이라는 일정한 크기로 교환하는 방식이다. 종류는 가상회선과 데이터그램이 있다.

• 종류
  • 가상 회선: 연결 설정 및 해제 과정이 필요하다.
  • 데이터그램: 패킷 단위로 교환한다.
• 장점
  • 전송대역의 공유로 인해 전송 대역을 효율적으로 사용한다.
  • 고정대역이 아니기때문에 이론적으로 호스트를 무한으로 수용이 가능하다.
  • 패킷에 우선순위를 부여할 수 있다.
• 단점
  • 내부 버퍼 보관, 큐 관리, 연산 과정이 있기 때문에 전송지연이 크다.
  • 패킷 별로 전송지연이 가변적으로 발생한다.

 

교환(Switching)

회선 교환

• 하드웨어적인 교환이다.
• 고정 대역을 할당한다.
• 안정적인 전송률을 가지고 있다.

패킷 교환

• 패킷 단위로 나누어 전송하는 경우 패킷을 기준으로 교환한다.
• 가변 크기의 전송률을 가지고 있다.
• 종류로는 가상회선과 데이터그램이 있다.

프레임 릴레이(Frame Relay)

프레임 릴레이는 다음과 같은 등장 배경을 가진다.

• 이전의 통신 환경에 비해 물리적 전송 오류의 가능성이 줄어들었다
• 전송계층 프로토콜의 과도한 오류 제어 기능은 낭비적 요소로 작용했다.
• 오류 제어 기능을 축소하여 전송 속도를 향상했다.

 

ATM(Asynchronous Transfer Mode)

셀 교환은 회선 교환과 패킷 교환의 중간 형태이다. 고정된 크키의 패킷을 사용하며 header를 5byte Payload는 48byte로 결정했다.

하드웨어 교환이 가능하다.

 

LAN, MAN, WAN

네트워크의 분류

네트워크의 분류는 연결 정도에 의한 분류와 크기에 의한 분류로 나뉠수 있다.
1. 연결 정도에 의한 분류

• 강한 연결 (ex) 병렬컴퓨터 내부망)
• 느슨한 연결 (ex) 전산망)

2. 크기에 의한 분류

• LAN(Local Area Network)
  • 구성형태는 버스형 또는 링형 토폴로지이다.
  • 대표적인 LAN의 기술은 Ethernet(이더넷), Token Ring, Token Bus가 있다.
• MAN(Metropolitan Area Network)
  • 도시 정도 규모에서 사용된다.
  • DQDB(Distributed Queue Dual Bus) 구조를 사용한다.
• WAN(Wide Area Network)
  • 국가 이상의 넓은 지역에서 사용된다.
  • 점대점(Point-to-point) 환경이다.
  • 전송 및 교환 기능이 필요하다.

 

인터네트워킹

인터네트워킹이란 둘 이상의 네트워크를 연결하는 기능이다. 네트워크 차이를 분석하여 전송 데이터를 적절히 중계한다.
게이트웨이: 네트워크 계층보다 상위계층에서 동작하는 경우를 말한다.
라우터: 네트워크를 연결하는 장비이며, 일반적으로 계층 3기능을 수행한다.
브리지: 데이터링크 계층, 목적지의 주소가 같은 네트워크에 속한 경우 아무런 행동도 하지 않는다. 서로 다른 네트워크에 해당하면 중계 기능을 수행한다.
리피터: 비트 신호를 증폭한다.

 

브리지

좌우에 위치하는 LAN이 같은 종류인 경우 프레임 헤더 해석 후에 중계한다.
좌우에 위치하는 LAN이 다른 종류인 경우 프레임 해석과 변환이 필요하다. LAN1의 헤더 해석 후 제거하고, LAN2헤더를 붙여서 중계한다.
연결되는 LAN 종류만큼 MAC 계층과 물리계층을 해석할 수 있어야 한다.
동작방식에 따라서 2가지로 분류가 가능하다.

트랜스페런트 브리지 (a, b, c, d, e, f, g는 호스트를 의미한다.)

사용자한테 투명하다는 뜻이며, 송신 호스트는 경로에 관한 내용을 알 필요가 없으며, 브리지가 자동으로 수행한다.

수신호스트가 송신호스트와 동일한 방향인 경우에 임의의 LAN으로부터 프레임이 도착하는 경우 무시한다.

수신호스트가 송신호스트와 다른 방향인 경우에 임의의 LAN으로부터 프레임이 도착하는 경우 중계한다.
각 호스트가 어느방향에 있는지 알아야 한다.

CSMA/CS 방식과 토큰 버스 방식에서 사용한다.
사용자 입장에서는 간편하나, 비효율적일 수 있다.
ex) a -> b : 무시, a -> c : 포트 2로 중개, a -> e : 포트 3으로 중개

 

라우팅 테이블

• LAN이 동작하면서 자동으로 생성된다.
• 초기화되는 경우는 플러딩을 사용한다. (프레임이 들어온 포트를 제외한 다른 모든 포트로 전달한다.)
• 들어온 프레임의 송신 주소를 바탕으로 특정 주소가 어떤 포트 뒤에 있는지 학습한다. (일한 학습을 역방향 학습이라고 한다.)
• 호스트 위치가 변동되는 경우 최근 정보로 수정이 필요하다.

스패닝 트리

• 네트워크에 이중 경로가 존재하는 경우 잘못된 라우팅 정보를 얻을 수 있다.
• 이중 경로가 존재하지 않도록 네트워크를 설계해야 한다.
• 이중 경로가 존재하는 경우 논리적 연결 상태를 비순환 형태로 구성해야한다.
• 최상위 브리지를 루트로 설정하고, 다른 브리지에 이르는 최단 경로 트리를 구성한다.

 

소스 라우팅 브리지

송신 호스트가 수신 호스트에 이르는 경로 정보를 제공한다.

일반적으로 링 구조 네트워크에서 사용한다.

프레임이 수신 호스트까지 도달하기 위한 라우팅 정보를 송신 호스트가 제공한다.

인터넷 라우팅

고정 경로 배정

• 송신호스트와 수신 호스트 사이에 영구 불변의 경로를 배정한다.
• 송수신 호스트 사이의 트래픽을 측정(예측)하여 적절히 배정이 필요하다.
• 간단한 구현으로 효과적인 경로 설정이 가능하나, 전송 경로가 고정되어 트래픽 변화에 따른 동적 경로 배정이 불가능하다.

적응 경로 배정

• 인터넷 연결 상태가 변하면 이를 전달경로에 반영한다. (특정 네트워크나 라우터가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 네트워크 특정 위치에서 혼잡이 발생한 경우 등)
• 단점은 경로 결정 과정이 복잡하고, 이를 처리하는 라우터의 부담이 증가한다. 네트워크 변화를 모든 라우터에 동시에 반영하는게 불가능해서 정보의 불일치가 발생할 수 있다.

자율 시스템

• 다수의 라우터로 구성되며, 공통의 라우팅 프로토콜을 사용해서 정보를 교환한다.
• 동일한 라우팅 특성에 의해 동작하는 논리적인 단일 구성체이다.
• 내부 라우팅 프로토콜
  • 자율 시스템 내부에서 사용하는 공통 프로토콜이다.
  • 대표적으로 RIP(Routing Information Protocol)와 OSPF(Open Shortest Path First)가 있다.
• 외부 라우팅 프로토콜
  • 자율 시스템간 사용하는 라우팅 프로토콜이다.
  • 대표적으로 BGP(Border Gateway Protocol)가 있다.

 

QOS

트래픽을 생성하는 애플리케이션의 필수 동작에 맞게 라우터나 스위치 같은 네트워크 디바이스가 해당 트래픽을 전달할 수 있도록 트래픽을 조작하는 것을 말한다.
네트워크의 품질

• 데이터를 얼마나 신뢰할 수 있게 전송하는지에 따라서도 품질이 결정된다.
• 데이터 분실, 지연, 지연값의 일관성 등을 기준으로 판단이 가능하다.

연결 설정 지연

• 연결 설정을 위한 Request 발생과 Confirm 도착 사이의 경과 시간

연결 설정 실패 확률(Connection establishment failure probability)

• 임의의 최대연결설정시간을 기준으로 연결이 설정되지 않을 확률이다.
• 연결해제에도 동일한 기준 적용이 가능하다.

전송률(Throughput)

• 임의의 시간 구간에서 초당 전송할 수 있는 바이트 수이다.
• 양방향이 다를 수 있음

전송 지연(Transit delay)

• 송신 호스트가 전송한 데이터가 수신 호스트에 도착할 때까지 경과한 시간이다.

전송 오류율(Residual error rate)

• 임의의 시간 구간에서 전송된 총 데이터 수와 오류 발생 데이터 수의 비율이다.

우선 순위(Priority)

• 다른 연결보다 우선해서 처리되는지 여부이다.