[네트워크] #4 네트워크 코어 (패킷/서킷 스위칭, 인터넷 구조)

목차

1. 네트워크 코어
2. 패킷 스위칭
3. 서킷 스위칭
4. 패킷 스위칭 vs. 서킷 스위칭
5. 네트워크 망

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1. 네트워크 코어

파란 강조 표시가 네트워크 코어

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2. Packet-Switching

네트워크 애플리케이션에서, 종단 시스템들은 서로 메시지를 교환

• 메시지에는 응용프로그램 설계자가 원하는 모든 내용 포함 가능
• 호스트가 긴 메시지를 패킷이라고 하는 작은 데이터 덩어리로 분할

 

각각의 패킷은 통신 링크 및 패킷 스위치(즉, 라우터 및 링크 계층 스위치)를 통해 이동

패킷은 각 통신 링크를 통해 링크 전체 전송 속도와 동일한 속도로 전송

• 소스 엔드 시스템 또는 패킷 스위치가 전송 속도가 R비트/초인 링크를 통해 L비트의 패킷을 전송하는 경우
• 패킷 교환 지연 = L비트 패킷을 링크로 전송하는 데 필요한 시간 = L(bits) / R(bits/sec)

 

Store-and-forward 전송

대부분의 패킷 스위치는 저장 후 전송을 사용

패킷의 첫 번째 피트를 아웃바운드 링크로 전송하기 전에 패킷 스위치가 전체 패킷을 수신해야 함

예시: one-hop numerical

L = 7.5 Mbtis

R = 1.5 Mbits

one-hop 전송 지연 = 5s

종단간 지연

\(D_{End-to-End} = N * (L / R)\)

- 전파 지연을 고려 안 하는 경우

- N개의 링크(각각의 속도 R), N-1개의 라우터

 

대기열 지연 및 패킷 손실

각 패킷 스위치에는 여러 개의 링크가 연결되어 있음

각 연결된 링크에 대해 패킷 스위치는 출력 버퍼(출력 queue)를 갖음

 

Queuing and Loss

링크에 대한 도착 속도(비트 단위)가 시간 동안 링크 전송 속도를 초과하는 경우

메모리(Buffer)가 가득 차면 패킷이 삭제(분실)될 수 있음

 

Forwarding and Routing

Forwarding: 라우터의 입력에서 적절한 라우터 출력으로 패킷 이동

Routing: 라우팅 알고리즘에 따라 소스-데스티네이션 경로를 결정

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3. Circuit-Switching

네트워크를 통해 데이터를 이동하는 데에는 두 가지 기본적인 접근 방식이 있음

→ 서킷 스위칭, 패킷 스위칭

 

서킷 스위칭 네트워크에서 자원(버퍼, 링크 전송률)은 통신 시간 동안 예약됨

전통적인 정화망에서 일반적으로 사용

cf) packet-switching 네트워크에서 이러한 리소스는 예약되지 않음

 

FDM / TDM

링크 내의 회로는 주파수 분할 다중화(FDM, frequency-division multiplexing) 또는 시분할 다중화(TDM, time-division multiplexing)를 사용

 

FDM - 링크의 주파수 스펙트럼이 링크 전체에 걸쳐 설정된 연결 사이에서 분할됨

링크는 연결 시간 동안 각 연결에 주파수 대역을 전용으로 사용함(대역폭)

 

TDM - 시간은 고정된 지속시간의 프레임들로 분할, 각 프레임은 고정된 시간의 개수로 분할

but, Silent Period → 네트워크의 자원 낭비

Appendix: FDM

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4. Packet-Switching vs. Circuit-Switching

패킷 스위칭은 더 많은 사용자를 수용 가능

 

패킷 스위칭은 버스트성 데이터에 적합

- 자원 공유

- 간단함

- call 셋업 없음

 

그러나 과도한 혼잡이 발생할 수 있음: 패킷 지연 및 손실

- 서킷 방식을 제공하는 방법?

- 혼잡 제어 프로토콜을 사용하여 안정적으로 데이터 전송

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5. 네트워크 망

종단 시스템이 엑세스 ISP(Internet Service Provider)를 통해 인터넷에 연결됨

접속 ISP는 상호 연결되어야 함 → 그래야 2개의 호스트가 서로 패킷을 보낼 수 있음

네트워크의 결과는 매우 복잡

 

수백만 개의 ISP가 주어졌을 때, 이들을 어떻게 연결할 것인가?

중심에 잘 연결된 대규모 네트워크 존재

 

tear-1 상용 ISP, 국내 및 해외 커버리지

컨텐츠 제공자 네트워크(예: Google): 데이터 센터를 인터넷에 연결하는 사설 네트워크