[정보통신공학] Chap 1: 데이터 통신, 네트워크, 인터넷

Overview/roadmap:
• Internet
• Protocol
• Network edge: hosts, access network, physical media
• Network core: packet/circuit switching, internet structure
• Performance: loss, delay, throughput
• Security
• Protocol layers, service models
• History

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Week 1-1

최신 기술
6G (빠르다. Large range of applications and services. distributed AI. B-IoT. N-IoT), Wifi
 
Pr ∝ Pt * 1 / (d^2 * f^2).  // d=거리, f=주파수 대역
Capacity vs Coverage (용량과 범위는 서로 반비례 관계.)
- 서로 다른 스펙트럼으로 인한 다양한 속도 및 범위 (저주파: 장거리, 저속. / 고주파: 짧은 거리, 고속)
- 각각의 목적에 맞는 주파수 대역을 사용. (outdoor면 long range extension. indoor면 throughput enhancement, hotspot이면 greater ease of use)
 
Wifi는 IoT를 위한 이상적인 기술.

• standards-based, interoperable tech. (표준 기반, 상호 운용 가능한 기술)
• Legacy compatibility (레거시 호환성)
• Proven security (검증된 보안)
• Ease of deployment and use (구축 및 사용 편의성)
• Pervasive connectivity (보급형 연결성)
• Precise location awareness (정확한 위치 인식)

Internet

인터넷을 구성 요소 관점에서 보기
Computing devices:
- hosts = end systems (호스트 = 종단 시스템.)
- running network apps at Internet's "edge" (인터넷의 종단에서 네트워크 앱들을 실행.)
 
Packet switches:
- forward packets (chunks of data) // 패킷 스위치들은 패킷(데이터 청크)을 전달한다.
- routers(원형), switches(사각형) // 라우터는 3계층, 스위치는 2계층.

Communication links 통신 매체
- fiber, copper, radio, satellite
- transmission rate: bandwidth // 전송률과 대역폭은 비례
 
Networks 네트워크
- collection of devices, routers, links (ISP와 같은 조직에 의해 관리됨)
 
Capacity ∝ Bandwidth (채널용량은 대역폭에 비례)
C = B * log(1+SNR)
- SNR(Signal-To-Noise Ratio) = Ps(신호의 전력) / Pn(노이즈의 전력)
- 전송 속도가 대역폭, 전송 전력, noise와 관계가 있음.

Bandwidth의 계산: (최대 주파수 - 최소주파수) // 단위: Hz

장치들이 hosts이고 애플리케이션을 실행한다.
라우터와 스위치가 패킷 스위치들이다.
전선, 전파, 위성 같은 것들이 communication links이다.
Network는 그러한 것들의 모음이다. 종류 다양 (mobile, enterprise, content provider...)
Internet: Network of networks. (Interconneted ISPs - 상호 연결된 Internet Service Providers)
Protocol이 어디에나 있다. (통신 규약. 메시지 전송, 수신을 제어. ex HTTP, TCP, IP, Wifi, 4G 이더넷)
Internet Standards 인터넷 표준

• RFC: Request For Comments
• IETF: Internet Engineering Task Force // 왜 별표??!?!

인터넷을 서비스 관점에서 보면

• applications에 services를 제공하는 인프라스트럭처 (web, 스트리밍, email 등)
• 분산 애플리케이션에 프로그래밍 인터페이스를 제공하는 인프라스트럭처

Internet?

• a network of networks
• Infrastructure that provides services to applications
• Infrastructure that provides programming interface to distributed applications

Protocol?

• A way to communicate between computers. 인터넷 통신 규약.
• Format, order of messages, and actions taken on message transmission and receipt.
• 프로토콜이 정의하는 것들: format, order of messages sent and received among network entities, and actions taken on msg transmission, receipt
• 프로토콜 과정: TCP 연결 요청 -> TCP 연결 응답 -> 파일을 GET 요청 -> 파일을 raw data로 전송

Network edge?

• Hosts, Access network, Physical media

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Week 1-2

• Network edge, Network core, Performance를 배움
• 연결 시 N.E(내 기기) -(A.N)-> N.C(코어들이 전달) -(A.N)-> N.E(끝 라우터)

Internet Structure를 더 자세히 보자

Network edge

• hosts: clients and servers (서비스 요청, 서비스 제공)
• servers often in data centers. end devices임.

Host: Sends packets of data

• 애플리케이션 message를 packets(L bits)로 나눈다.
• 패킷들을 access network로 전송한다. (이때 transmission rate: R)
• link transmission rate = link capacity = link bandwidth ?? (비례 관계라는 뜻인듯)
  Access network delay가 가장 큰 delay이다.
  packet transmission delay(sec) = L(bits) / R(bps)

Access networks, physical media

• 애네를 통해 Network Edge가 Network Core에 연결된다. physical media 통해서 Access network가 이루어진다.
• 유/무선 communication links.
• 공유기/무선 안테나/데이터서버 부터 첫 라우터까지.
  어떻게 end systems(hosts)와 edge router를 연결?
• residental access nets. institutional access networks. mobile access networks.
• Access network에서 무엇을 봐야 할까*

1. transmission rate(bps)?
2. shared or dedicated access among users?

• shared: packet switching(카카오톡. 데이터) / dedicated: 할당받음. SMS. 비효율.
  (1) Cable-based access
  FDM
  TDM
  HFC
  !!!!!!!!!! 여기 보충 필요

(2) DSL
Home networks
WIreless Acess networks
WLANs. cellular.
Enterprise networks

Links: Physical media

!!!!!!!!!! 여기 보충 필요

• Bit
• Physical link
• Guided media
• Unguided media
• Twisted pair(TP)
• Coaxial cable
• Fiber optic cable:
• Wireless radio
• Radio link types

Network core

• interconnected routers들의 그물.
• network of networks. (ISPs: local or regional, national or global)

packet-switching: hosts가 packet들로 잘라서 조각내서 보낸다

• packet들을 한 라우터에서 다음 라우터로 전달한다. across link on path from src to dest.
• 각 packet은 full linke capacity로 전송된다. (라우터에서 패킷을 잠깐 저장했따가 쏜다.)

(1) Packet-Switching

큰 파일, 내용 같은 것들이 패킷 단위로 쪼개져서 이동. 목적지까지 도착만 하면 됨. 순서는 중요한 경우/중요하지 않은 경우 있다.

Transmission delay

전송 지연은 L/R sec이 걸린다 (패킷이 L bit, R bps의 link)
Store and forward: 전체 패킷이 라우터에 도착해야 다음 링크로 전송될 수 있다.
End-end delay: 2개 link(각 R bps), L bit packet을 전송하는 경우 전파 지연을 무시한다면 2L/R.
one-hop(한 번의 점프) 예제: L=10,000bits, R=100,000,000bps-> dtrans = 0.0001s = 0.1ms.
한 link 보낼 때 delay = L/R + θ // θ는 Queueing delay 등...

Queueing delay, loss

라우터, 스위치 내에서 발생하는 지연. 링크에 도착하는 속도가 링크의 전송 속도를 초과하는 경우 발생. (arr > trans)

• 들어오는 통로 큰데 나가는 통로가 작아서 스위치 내에 queue를 둔다.
• ex. 라우터에 보내지는 속도가 R=100Mb/s인데 라우터에서 링크로 보내는 속도는 R=2Mb/s
• 패킷들은 전송되기 위해 도착한 순서대로 줄지어진다.
• 라우터의 메모리(buffer)가 가득 차면 패킷이 버려지거나 손실될 수 있다.

~ week 2-1 ~

Two key network-core fuctions: Forwarding, Routing

Forwarding (switch)

!!!!!!!!!! 여기 보충 필요

• Local action.
  look-up table을 보고서 가는 것이 forwarding. destination으로 가기 위해 다음에 갈 휴게소가 어디인지 알려줌.

Routing (router)

• Global action.

(2) Circuit Switching

전용선을 예약해서 사용하는 방법

FDM

TDM

Packet switching과 Circuit switching의 비교

Packing switching, Circuit switching 각각 요약

인터넷 구조 요약 (간단하게)

• ISP들 어떻게 발전해 왔는지