1.1 What Is the Internet?
- 인터넷이 무엇이냐는 질문이 들어왔을 때 기본 하드웨어와 소프트웨어 구성요소를 볼트와 너트에 비유할 수 있다.
- 또한, 우리는 각가의 계층에 서비스를 제공하하는 서비스라고도 할 수 있다.
1.1.1 A Nuts-and-Bolts Description
-인터넷은 전세계의 수많은 computing device 들을 서로 이어주는 컴퓨터 네트워크이다.
-얼마 전까지만 하더라도 이 computing devices라는 것들은 리눅스 작업환경이나 서버 등을 가리켰지만,
현재, 2025년에는 전세계 75%의 사람들이 인터넷을 사용할 것이라는 연구결과가 있을 정도로 많이 발전했다.
- 게다가 이제는 원래 인터넷과 관련 없던 것들(안경이나 TV, 시계, 보안시스템 등등) 마저 인터넷에 연결되고 있다.
- 인터넷 용어로는 이 모든 장치들은 Host 혹은 End systems 라고 불린다.
- 2017년에는 1800만개의 장치가 인터넷에 연결되어있고, 2022년에는 약 3000만개가 될 것이라는 추측도 있었다.
-End system
End system은 communication link와 packet switches의 네트워크로 연결되어 있다.
이때 End system은 컴퓨터나 스마트폰같이 우리 사용자의 장치를 의미한다.
- communication link는 종류에 따라 다른 속도(bits/secon)로 데이터를 전송한다.
- 한 end system이 다른 end system 으로 정보를 보낼 때, 정보를 세그멘트로 나누고 header byte를 각각의 세그멘트에 추가한다.
잘개 쪼갬으로써 더 쉽게 전송할 수 있고, 이때 header에는 목적지의 정보가 담겨있다.
- 이렇게 만들어진 전송데이터를 packet이라고 하며 목적지로 전달된 후 쪼개지기 전 상태로 복원된다.
-Packet switch
packet switch는 네트워크의 중간장치로, 패킷을 목적지로 전달하는 역할을 한다. (들어온 패킷을 목적지로 보냄)
- 종류는 다양하지만 현재 인터넷에서 가장 많이 쓰는 두종류는 router 와 link-layer switches 이다.
router 는 주로 network core에서 사용되고 link-layer switches는 전반적으로 access network에서 사용된다.
- 데이터가 목적지까지 이도하며 지나치는 comminication link와 packet switch의 순서를 route 혹은 path 라 칭한다.
-Packet-switched network
이는 여러 면에서 고속도로나 교차로의 네트워크와 비슷하다.
- 한 공장에서 어딘가로 무언갈 보낸다고 할 때,
packet == truck
comminication links == 도로
packet switches == 교차로
end system == 건물
로 비유할 수 있다.
-ISPs ( Internet Service Providers )
- end system 은 ISP 를 통해 인터넷에 접근한다.
예를들면, 가정용ISP, 기업용 ISP, 대학교 ISP, WIFI-ISP, 셀률러 ISP등...
- 각각의 ISP는 그 자체로 packet switch와 communication link의 네트워크이다.
- ISP는 end system에 다양한 네트워크 접근을 허한다.
- 인터넷은 결국 end system들을 연결하는 것이기에 end system 이 인터넷에 접근할 수 있도록 하는 ISP 또한 연결되어있어야한다.
- upper-tier / lower-tier ISP network는 독립적으로 관리되며 IP protocol을 실행하고, 특정 이름이나 주소변환을 맞춘다.
-Protocol
프로토콜은 데이터 통신 규칙이며, 모든 장치가 데이터를 이해할 수 있는 표준이 된다.
- end system, packet switch 외에 인터넷의 다른 요소들은 인터넷에서 정보 송수신을 제어하는 protocol을 실행시킨다.
- TCP ( Transmission Control Protocol ) , IP ( Internet Protocol ) 은 인터넷에서 가장 중요한 프로토콜이다.
- IP는 router-end system 사이에서 데이터가 송수신될 때 패키지의 형식을 명시한다.
- 인터넷의 기본 프로토콜은 TCP/IP로 많이 알려져 있다.
- 인터넷의 표준은 IETF ( Internet Engineering Task Force ) 가 개발한다.
- IETF 표준 문서는 RFCs ( Requests For Comments ) 라 불리운다.
- RFCs는
Web에서 사용하는 TCP, IP, HTTP
email에서 사용하는 SMTP 등의 프로토콜을 정의한다.
1.1.2 A Services Description
위에서는 인터넷을 구성하는 요소들을 살펴보았다.
위의 방식 말고 우리는 인터넷을 애플리케이션에 서비스를 제공하는 인프라로 전혀 다른 관점에서 볼 수도 있다.
인터넷은 하드웨어와 소프트웨어의 조합이기도 하지만, 동시에 애플리케이션이 실행되고 데이터를 주고받는 플랫폼이기도 하다.
오늘날 인터넷은 이메일이나 웹서핑같은 옛날의 것 이외에도 음악 스트리밍이나 SNS 등 스마트폰이나 태블릿의 애플리케이션도 포함한다.
이러한 애플리케이션은 end system들끼리 서로 데이터를 교환하기 때문에 distributed application 이라 불리운다.
distributed application 은 여러 장치나 시스템이 서로 정보를 주고받는 구조를 의미한다.
중요한것은, 애플리케이션은 end system 에서 돌아가고 packet switches 나 network core 에서는 돌아가지 않는다는 점이다.
packet switch가 end system의 데이터 교환을 돕지만, 출발지 혹은 목적지인 애플리케이션과는 연관이 없다.
-Socket Interface
소켓 인터페이스는 애플리케이션이 데이터를 전송할 떄 지켜야 할 규칙을 정의하는 매우 중요한 역할을 한다.
- 만약 누군가에게 우편을 보내고 싶다면, 그 우편 회사의 방침에 따라 편지를 쓰고 포장하고 보내야 할 것이다.
- 이와 비슷하게, 인터넷도 프로그램이 데이터를 보낼 때 지켜야 할 socket interface 가 있다.
- 우편 서비스가 등기와 같은 서비스를 제공하는 것처럼, 인터넷도 프로그램에 다양한 서비스를 제공하고
개발자는 인터넷 애플리케이션을 개발할 때 원하는 것을 골라 사용할 수 있다.
- 인터넷에서 제공하는 서비스에는 신뢰성 있는 전송 (TCP) 같은 것들이 있다.
우리는 위에서 인터넷을 두 가지 방법으로 묘사했다.
1. 하드웨어와 소프트웨어 구성요소
2. distributed application에 서비스를 제공하는 인프라
1.1.3 What Is a Protocol?
picture of human protocol and a computer network protocol
사람이 의사소통을 할 때, 상대방의 반응에 따라 대화 여부를 결정하는데 이를 사람 간 프로토콜이라 할 수 있다.
예를 들어 상대방이 짜증을 낸다거나, 내 말을 이해하지 못한다거나, 응답이 없는 경우 더이상 대화를 시도하지 않는데
이 또한 프로토콜의 일부라고 할 수 있다.
-네트워크에서도 마찬가지이다. 어떤 일을 하기 위해서는 프로토콜이 서로 같은 두개 이상의 entity 가 필요하다.
-Network Protocols
네트워크 프로토콜도 사람 간 프로토콜과 유사하다. 하드웨어 혹은 소프트웨어 구성 요소가 데이터를 주고받는다.
- 모든 인터넷의 활동은 프로토콜에 의해 제어된다.
- 웹페이지에 URL을 입력한다고 가정해보자. (웹 서버에 요청)
당신의 컴퓨터는 서버에 요청을 하고 응답을 기다릴 것이다.
서버는 요청을 받고 답변을 보낸다.
- 프로토콜은 두 개 이상의 통신하는 entities간에 주고받는 메세지의 형식, 순서를 정의한다.
또한, 메세지 송수신 혹은 다른 이벤트가 발생했을 때의 action도 정의한다.
- 다른 종류의 프로토콜은 다른 종류의 임무를 수행할 때 사용한다. (각 프로토콜의 역할이 다르다는 말이다)
1.2 The Network Edge
- end system은 웹브라우저나 웹서버 애플리케이션 프로그램을 host 하기에 host라고 불리기도 한다.
- 데이터 센터는 웹 서비스 제공, 대규모 병렬 데이터 처리, 클라우드 컴퓨팅 등 다양한 역할을 수행하며, 이를 위해 수많은 서버(블레이드)가 네트워크로 연결되어 있다.
- host = end system 이고 host 는 client 와 server 두 종류로 나뉜다.
- client -> desktop, laptop, smartphone
- server -> 웹페이지나 이메일 등을 저장하는 강력한 기기
- 오늘날 우리가 찾는 정보들은 데이터 센터에 있다.
1.2.1 Access Networks
Home Access: DSL, Cable, FTTH, and 5G Fixed Wireless
DSL
- 오늘날 가장 많이 사용되는 가정용 접근 유형은 DSL( digital subscriber line ) 과 cable 이다.
- 일반적으로 유선 전화를 제공하는 회사와 동일한 회사가 DSL인터넷 접속 또한 제공한다.
- 따라서, DSL이 사용될 때 그 회사는 IP의 역할도 한다.
- 고객의 DSL모뎀은 기존 전화선을 이용해 통신사 본사의 DSLAM (Digital Subscriber Line access Multiplexer)와 데이터를 주고받는다.
- 고객의 DSL모뎀은 데이터를 고주파 톤으로 변환하고 DSLAM은 다시 이를 데이터로 변환한다.
- DSL은 전화선 하나로 데이터와 전화 신호를 동시에 전송할 수 있다. ( 다른 주파수로 인코딩 )
- DSL표준은 전송 속도( 하향->24Mbs~52Mbs / 상향->3.5Mbs~16Mbps )를 정의한다.
최신 기준은 상향과 하향을 합쳐 1Gbps의 속도를 제공한다.
- 상향과 하향의 속도가 달라서 이를 비대칭이라 부른다.
- 상향과 하향의 속도가 위에 언급된 속도보다 실제로 느릴수도 있는데 이는 DSL제공자가 계층화된 서비스를 제공할 떄 속도를 제한할 수 있기 때문이다.
- 최대 속도는 집과 회사간의 거리 / 꼬임선의 두께 / 전기의 정도에 따라 제한될 수 있다.
cable
- DSL은 통신사의 기존 전화 인프라를 사용하는 반명, cable Internet access는 케이블 TV회사의 기존 케이블 인프라를 사용한다.
- 고객은 케이블TV를 제공하는 회사에서 인터넷 접속 또한 제공받는다.
- 위 그림에서 볼 수 있듯, 광섬유(Fiber node)와 동축 케이블(Coaxial cable) 을 통해 고객이 인터넷에 접근할 수 있다.
일반적으로 지역 접속 지점은 500~5000가구를 지원한다.
- 광섬유와 동축 케이블을 이 시스템에서 모두 사용하기 때문에 이를 합쳐 HFC(Hybrid Fiber Coax) 라고 부른다.
- 케이블 인터넷을 사용하기 위해서는 케이블 모뎀이라는 특별한 모뎀이 필요하다.
- 케이블 모뎀은 외부 장치로 이더넷을 통해 케이블로 PC와 연결된다.
- cable head end 에서 CMTS(cable modem termination system)은 DSLAM과 비슷한 역할을 한다.(아날로그->디지털)
- 케이블 모뎀은 HFC네트워크를 상향/하향 채널로 나누어 전송한다. (다운로드 속도가 업로드 속도보다 빠른 비대칭 -> DSL과 유사)
- DOCSIS 2.0, 3.0 표준은 하향전송속도를 40Mbps and 1.2Gbps로 정의하고,
상향전송속도를 30Mbps and 100Mbps로 정의한다.
- 케이블 인터넷 접근의 중요한 특징은 shared broadcast medium이라는 것이다.
즉, 많은 사용자가 한꺼번에 다운로드를 한다면 속도가 더 느려진다.
- 상향 채널도 마찬가지로 shared broadcase medium 이기 때문에, 충돌을 방지하는 프로토콜이 필요하다.
FTTH
-FTTH는 집까지 광섬유를 연결하여 매우 빠른 인터넷 속도를 제공한다. (Gigabits per second range)
- Direct fiber은 회사 근처에서는 많은 고객들이 광섬유를 공유하지만, 고객의 집 근처에 오면 각각의 독립적인 광섬유로 나뉘는 것이다.
- 위 그림은 PON distribution architecture을 사용한 FTTH이다.
- 위의 DSL, Cable, FTTH 에 이어서 5G fixed wireless가 도입되기 시작했다.
- 이는 케이블을 설치하지 않고도 빠른 속도를 보장한다.
Ethernet and WIFI
-LAN(Local Area Network)은 네트워크 내에서 컴퓨터나 기타 장치를 연결해 edge router에 접근할 수 있도록 하는 네트워크이다.
-LAN에는 많은 종류가 있지만 그중에서도 이더넷이 가장 보편적이다.
- Ethernet 스위치와 다른 스위치들이 서로 연결된 네트워크는 더 큰 규모의 인터넷에 연결된다.
- Ethernet 접속을 통해 사용자들은 비교적 빠른 속도로 네트워크에 접속할 수 있고, 서버에는 더 빠른 접근이 가능하다.
- 하지만 요즘은 무선으로 네트워크에 접속하는 경우가 훨씬 많아지고 있다.
- 무선 LAN 환경에서 사용자들은 엑세스 포인트를 통해 유선 네트워크에 접근하고 이것이 유선 인터넷에 연결된다.
- 신호는 제한적이기에 사용자들은 엑세스 포인트 근처에 있어야한다.
- IEEE 802.11을 기반으로 한 무선랜 접근은 WIFI로 알려져있고 빠른속도를 제공한다. (최대 100Mbps)
- 이더넷이나 와이파이는 초기에 기업 환경에서 사용되었지만 이제는 가정 네트워크에서도 흔히 볼 수 있다.
- 위 그림은 가정 내 네트워크에 대한 것이고, 다양한 유무선 장치를 이용해 인터넷에 접속할 수 있다.(홈 라우터)
- 스마트폰은 셀룰러 네트워크의 기지국을 통해 데이터를 송수신한다.
- 와이파이와 달리 사용자는 기지국으로부터 수십킬로미터 내에만 있으면 인터넷에 접근이 가능하다.
- 통신회사들은 4G에 막대한 투자를 했지만 5G가 이미 도입되고 있다.
이에 대한 자세한 내용은 7장에서.
1.2.2 Physical Media
앞에서는 인터넷에서 사용되는 가장 중요한 네트워크 기술들에 대해 알아보았다.
- 그러한 기술들을 설명하면서 물리적인 매체에 대해 설명하기도 했다. (HFC, DSL, Ethernet 등등)
- 이 챕터에서는 인터넷에 사용되는 다양한 전송 매체를 설명한다.
- Physical Medium(물리적 매체) 는 다양한 형태를 가질 수 있고 송수신기가 동일한 형태일 필요는 없다.
- 물리적 매체의 예시로는 꼬임쌍 구리선, 동축 케이블, 다중 모드 광섬유 케이블, 지상 전파 스펙트럼, 위성 전파 스펙트럼이 있다.
- 또한, 물리적 매체는 두 범주로 나뉜다. -> guided media / unguided media
- guided media에서는 신호가 광섬유케이블, 꼬임쌍 구리선, 동축 케이블과 같은 solid medium을 따라 움직인다.
- unguided media에서는 신호는 대기나 우주공간에서 전파되며 무선랜이나 디지털 위성채널에서 사용된다.
- 물리적 매체의 비용이 다른 네트워킹에 비해 저렴하지만, 인건비가 더 많이 들 수 있다.
- 이러한 이유로 미리 다양한 종류의 케이블을 설치해 둔다.
Physical Media의 종류와 특징
| 특징 | 속도 / 거리 | 용도 | 장점 | |
| Twisted-Pair Copper Wire |
두 개의 절연된 구리선이 꼬인 형태로, 전기적 간섭을 줄이는 역할 | 10Mbps ~ 10Gbps | 전화선, 이더넷 등 주로 LAN |
저렴하고 설치가 쉽지만 속도가 느림 |
| Coaxial Cable | 동축 구조로 외부 간섭에 강함 |
수백 Mbps지원 | 케이블TV, 인터넷 연결 | 높은 데이터 전송률과 신호의 안정성 |
| Fiber Optics | 빛의 펄스를 통해 데이터를 전송하는 매우 얇은 광섬유 |
수십~수백 Gbps | 장거리 데이터 전송 백본 네트워크 |
높은 대역폭 낮은 신호 손실 전자기 간섭에 면역 |
| Terrestrial Radio Channels |
대기 중 전자기파로 데이터를 전송 |
수m ~ 수km | 무선LAN 셀룰러 네트워크 |
설치 용이 유선 연결 필요 X |
| Satellite Radio Channels |
지상 기지국과 위성 간 통신 |
유형 : 정지궤도 위성 저궤도 위성 |
넓은 지역에서 인터넷 접근이 어려운 곳에서 사용 |
넓은 지역 커버 but 지연시간 큼 |
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