[Network] Computer Network & Internet

네트워크란?

네트워크란 Net + Work의 합성어로써 두대 이상의 컴퓨터들을 연결하고 서로 통신하며 자원을 공유하는것을 말합니다.

컴퓨터, 스마트폰, 데이터 송수신 장치등과 같은 노드들은 네트워크란 전송매체를 링크로 서로 연결되어 있으며 링크를 통해 서로 간의 회선과 패킷을 교환하여 데이터 통신을 하게 됩니다.

IEEE에서는 네트워크를 “몇개의 독립적인 장치가 적절한 영역 내에서 적당히 빠른 속도의 물리적 통신 체널을 통하여 서로가 직접 통신할 수 있도록 지원해주는 데이터 통신 체계” 라고 정의하고 있습니다.

네트워크의 종류

• PAN$($Personal Area Network) : 가장 작은 규모의 네트워크, 개인 네트워크
• LAN(Local Area Network) : 근거리 영역 네트워크
• MAN(Metropolitan Area Network) : 대도시 영역 네트워크
• WAN$($Wide Area Network) : 광대역 네트워크. 주로 ISP$($Internet Service Provider)에 의해 제공. ISP = KT, SKT…

스위칭

point to point 방식의 경우 모든 단말들 간의 연결을 해야하기 때문에 비용이 많이든다는 단점이 있습니다. 따라서 라우터(스위치)에 단말들을 연결하여 교환망을 구성합니다. 라우터를 지역 마다 설치하고 연결하여 넓은 지역을 커버할 수 있습니다.

라우터 : 패킷 교환기. 수신처가 연결되어 있는 회선을 골라서 패킷을 송출한다. 사용하려고 한 회선이 사용중일 경우 버퍼에 임시 저장했다가 회선이 비면 전송한다.

스위칭 방식에는 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식이 존재합니다.

1. 회선 교환망 회선교환망에서는 두개의 단말 사이에 구리같은 물리 선로가 연결되어 통신을 하며 통신을 하는 동안에는 두 단말 만이 이 물리 선로를 전유해서 사용합니다. 두 단말이 통신할때 사용하는 전유의 선로를 회선이라고 합니다.

회선교환망의 예) 전화망 : 절차

1. 설정 단계 전화 걸때의 신호음 = 두 단말이 전용해서 사용할 회선을 할당한다. 통화중 = 사용할 수 있는 별도의 회선이 존재하지 않을 때 이 과정은 신호 프로토콜에 의해 이루어진다.

2. 전송 단계 전화망의 경우 통화가 이루어진다.

3. 해제 단계 통화가 종료되면 할당된 회선을 해제하여 다른 사용자가 회선을 사용 할 수 있도록 한다.

컴퓨터 혹은 데이터의 전송과정에서는 회선 교환망이 아닌 패킷 교환망을 사용한다. 회선 교환망과 달리 물리 선로는 다른 단말들과 공유하여 사용한다.

2. 패킷 교환망 패킷 교환망에서 데이터를 전송 할 때는 큰 데이터를 여러 조각으로 나누어 전송하며 이 조각을 패킷이라고 합니다. 패킷이란 컴퓨터간의 데이터를 주고 받을 때 네트워크를 통해 흘러가는 작은 데이터 조각을 말합니다. 큰 데이터는 대역폭을 고려하여 작은 패킷으로 분할되어 빠르고 효율적으로 전송됩니다.

패킷 교환은 큰 하나의 데이터를 여러개의 패킷으로 분할하여 송신하는 것을 말하며 회선이 점유되지 않기 때문에 다수의 컴퓨터가 동시에 사용 가능하다는 장점이 있습니다. 단 도착하는 시간이 불규칙할 수 있으며 패킷마다 따로따로 송신하기 때문에 송신한 순서대로 수신처에 도달하는 것을 보장할 수 없습니다.

패킷 교환 방식은 데이터 전송 전에 두 단말 사이에 경로를 미리 설정하는지 여부에 따라 데이터그램 방식과 가상 회선 교환 방식으로 구분됩니다.

• 데이터그램 방식 두 단말 시이에 데이터가 전송되는 경로를 미리 정하지 않습니다. 대신 패킷을 보낼때 패킷마다 목적지 주소를 주어 다음 경로의 노드를 결정하게 됩니다. 따라서 패킷들이 서로 다른 경로를 통해서 전달될 수 있으며 송신했던 순서대로 전달되지 않을 수 있습니다. 인터넷이 데이터그램 방식을 사용하는 대표적 예라고 할 수 있습니다.

아래는 데이터그램에서 패킷들이 경로를 결정하는 과정을 보여주는 그림입니다.

라우터가 1~4번의 포트를 갖고있을때 목적지가 4150인 패킷은 2번 포트로 보내지게 된다는 것을 의미합니다.

이와 같은 방식으로 패킷 단위로 경로를 결정하여 목적지까지 가게됩니다.

• 가상 회선 교환 패킷(데이터) 전송 전에 두 단말 사이에 경로를 미리 정하고 패킷을 전송하는 방식입니다. 따라서 설정 단계가 필요하며 이때 미리 정해진 경로를 가상 회선이라고 합니다.

패킷들은 고유의 가상 회선 번호를 갖꼬 있으며 교환기는 설정 과정에서 할당한 가상회선 번호에 따라서 패킷을 다음 노드로 전달하게 됩니다. 이로인해 패킷들은 송신했던 순서대로 전달되게 됩니다.

패킷 지연과 손실

여러 노드$($컴퓨터)에서 전송된 패킷들은 라우터의 버퍼에 큐잉$($queueing)됩니다. 패킷은 큐에서 자기 차례를 기다리며 $($지연) 패킷 도착률이 출력 링크 용량을 일시적으로 넘어서 패킷이 도착했을 때 버퍼$($queue)에 빈공간이 없다면 해당 패킷은 버려지게 됩니다. $($손실)

이때 손실된 패킷은 직전 노드나 송신측 종단 시스템에서 재전송될 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있습니다.

이러한 패킷의 지연이 발생하기 때문에 패킷이 라우터에 도착해서 대기하는 시간을 예측할 수 없게 됩니다. 반면 회선 교환의 경우 예측한 시간 안에 데이터들이 목적지에 도착할 수 있습니다.

회선 교환은 자기가 달리는 선로가 정해져 있고 도착시간을 예측할 수 있는 기차에 비유할 수 있고

패킷 교환은 도로를 공유하며 교통 체증에 따라 도착시간을 예측할 수 없는 자동차에 비유할 수 있습니다.