<TCP/IP 4계층 / OSI 7계층>
해당 강의는 네트워크의 통신 과정을 TCP/IP 4계층을 기준으로 설명한다.
따라서 이 시리즈 역시 TCP/IP 4계층을 중심으로 정리할 예정이다.
<네트워크의 구조>
네트워크 구조는 크게 다음의 3가지로 나뉜다.
- 네트워크 엣지 (network edge)
- 네트워크 코어 (network core)
- 접근 네트워크와 물리 매체 (access networks and physical media)
네트워크 엣지
Connection-oriented service.
엔드 시스템 간의 데이터 교환이 목적.
handshaking(connection): 데이터 교환 전에 준비하는 단계
TCP
- transmission control protocol [RFC 793] (전송 제어 프로토콜)
- reliable, in-order byte-stream data transfer: 메시지가 손실되지 않을 것이 보장, 보낸 순서대로 통신
- flow control: receiver의 수용량을 초과하지 않도록 조절
- congestion control: 네트워크 통신 상태를 고려하여 조절
- 인터넷의 프로토콜
- 애플리케이션에서 사용하는 경우: HTTP (WWW), FTP (file transfer), Telnet (remote login), SMTP (email)
Connectionless service
엔드 시스템 간의 데이터 교환이 목적 (위와 동일)
UDP
- User Datagram Protocol [RFC 768]
- unreliable data transfer
- no flow control
- no congestion control
- 애플리케이션에서 사용하는 경우: streaming media, teleconferencing, lnternet telephony
네트워크 엣지의 종류
엔드 시스템(호스트)
- 애플리케이션 프로그램을 실행한다.
- 예: 웹, 이메일
클라이언트/서버 모델
- 클라이언트 호스트가 24시간 켜져있는 서버 측으로 서비스를 요청하고, 응답받는다.
- 예: 웹 브라우저/서버, 이메일 클라이언트/서버
피어 투 피어 모델
- 전용 서버 사용을 최소화하고, 사용자 간 직접적인 연결을 중심으로 데이터를 공유한다.
- 예: Skype, BitTorrent, KaZaA
네트워크 코어
네트워크의 중심부.
높은 처리 능력으로 여러 네트워크 엣지를 연결하는, 라우터와 광대역 전송 링크로 구성되어 있다.
데이터 패킷의 전송과 라우팅이 주로 이루어진다.
데이터를 전송하는 방식은 circuit switching, packet-switching으로 나뉜다.
Circuit Switching
엔드 시스템 간의 통신이, 하나의 전용 회선을 할당 받아 수행된다.
출발지 시스템에서 목적지 시스템으로 가는 경로가 유일하다.
다른 네트워크와 회선을 공유하지 않는다.
연결이 되고 나면 다음과 같은 특징을 얻는다.
- 빠른 속도를 보장
- 손실 가능성도 적음
- packet의 헤더와 같은 정보가 필요 없음
- 순차적으로 전송
그러나 회선을 예약하는데 매우 복잡하여 시간이 오래 걸린다.
점유 중인 회선에서 통신을 하고 있지 않다면, 회선이 낭비된다.
Packet Switching
송신할 데이터를 packet이라는 단위로 쪼개서 전송한다.
인터넷에서 사용하는 데이터 전송 방식.
Circuit Switcing과 다르게, 여러 개의 시스템이 하나의 회선을 공유할 수 있으므로, 다중화(Multiflexing)를 통해 회선의 효율을 높인다.
다중화에는 FDM, TDM, STDM과 같은 방식이 있다.
Packet 전송이 딜레이 되는 4가지 이유
1. nodal processing
- 비트 에러를 검사
- 출력 링크를 결정
- 해결 방법: 라우터의 성능 개선
2. queueing
- 출력 링크에서 순서가 올 때까지 대기
- 라우터의 혼잡도에 따라 대기 시간이 결정
- 큐의 크기보다 더 많은 데이터가 들어오면, 패킷이 유실된다. (인터넷 환경에서 패킷 유실의 90% 이상이 여기에서 발생)
- 해결 방법: 어렵다. 사용자가 몰리는 정도에 따라 다르다.
3. Transmission delay
- 패킷은 데이터(비트)의 집합이므로, 하나의 패킷이 라우터를 완전히 빠져나가는 데에 시간이 걸린다.
- 첫 번째 비트부터 마지막 비트까지 링크로 올라가, 전송이 시작되는 시간을 의미한다.
- R = link bandwidth (bps)
- L = packet length (bits)
- 총 소요 시간: L/R
- 해결 방법: 케이블의 대역폭을 확장한다.
4. Propagation delay
- 마지막 비트까지 링크에 올라가서, 다음 라우터에 도달하는 데에 소요되는 시간
- 데이터는 빛의 속도로 움직인다.
- d = 링크의 물리적 길이
- s = 데이터가 전파되는 속도
- 총 소요 시간: d/s
- 해결 방법: 어렵다. 빛의 속도를 더 줄일 수는 없다. 링크의 물리적 길이는 쉽게 개선하기 어렵다.
접근 네트워크와 물리 매체
접근 네트워크는 엔드 시스템을 네트워크 코어에 연결하는 역할을 한다.
이러한 네트워크는 사용자의 위치(예: 가정, 기업, 이동 중)에 따라 다양한 형태로 구성된다.
가정: DSL이나 케이블 모뎀을 통한 광대역 접속
기업: 고속 이더넷 접속
이동 중: 무선 접속 네트워크(예: 4G, 5G)
물리 매체는 네트워크 상에서 데이터를 전송하는 데 사용되는 물리적인 수단을 말한다.
구리선, 광섬유 케이블, 무선 링크 등이 포함된다.
참고
컴퓨터네트워크 - 이석복, 한양대학교, 2015-2: http://www.kocw.net/home/cview.do?mty=p&kemId=1169634
https://community.fs.com/article/tcpip-vs-osi-whats-the-difference-between-the-two-models.html
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