Transmission Medium(전송매체)

Transmission Medium

: 데이터 전송의 특성은 전송 매체와 신호에 따라 달라진다.

• guided medium(유선 전송)
  • 주로 전송 매체에 의존한다.
• unguided medium(무선 전송)
  • 주파수 폭에 의존한다.

데이터 속도와 거리를 정하는 요소

• badnwidth(주파수 폭) : 주파수 폭이 클 수록 전송 속도가 높아진다.
• attenuation(감쇄 효과) : 신호의 세기가 갈수록 줄어든다.
  • 유선 전송인 경우 감쇄효과는 크지 않다.
  • 무선 전송의 경우 전송 중에 낭비되는 에너지가 크다.
    • 특정한 방향이 아닌, 모든 방향으로 전달하는 주파수 이기 때문
    ⇒ 전송 거리에 제약이 있다.
• interfernce(간섭)
  • 신호 전송 시 외부에서 들어오는 신호에 의해 간섭이 발생한다.
  • 이로 인해 신호에 노이즈가 발생.
  • 하지만 유선의 경우 노이즈가 별로 없다.

Twisted Pair

UTP(Unshielded twisted pair(UTP) 케이블

• 절연체로 감싼 두 개의 컨덕터(tx, rx)로 이루어져있다.
• 노이즈를 제거하기 위해 2-12 twists per foot 만큼 꼬아준다.

STP 케이블

• 피복을 씌운 선이 두 개로 감겨있다.
• 크로스트크현상?을 줄일 수 있다.
  • 크로스트크? : 하나의 신호가 인접한 다른 신호에 영향을 미친다.
• 음성 신호, 전화선, 데이터 전송 등에 사용된다.

Coaxial

• 케이블 표준
  • RG-8, 9, 11: 두꺼운 Ethernet
  • RG-58: 얇은 Ethernet
  • RG-59: TV
• 주파수 폭 : 100KHz-500MHz
  • 대역폭이 STP보다 크다
    • 전송속도가 크다
• Connector
  • AUI connector : 두꺼운 Ethernet
    • 외부의 영향을 차단한다.
  • BNC connector : 얇은 Ethernet

Optical Fiber

• 신호를 빛의 형태로 바꿔주는 유리/플라스틱으로 만들어졌다.
• 진공에서 초속 300,000km
  • 전송매체의 밀도가 높아질수록 속도가 줄어든다.
• 빛의 특성을 가진다
  • 굴절성
  • 직진성

Unguided Media

• 무선 통신이다.
• 주파수에 따라 전해지는 특성이 다르다
  • 저주파일 수록 장애물의 영향을 적게 받는다
  • 고주파의 경우 장애물을 만나면 반사해버린다.
• 주파수의 대역마다 사용하는 용도를 나누어 할당한다.

Wireless Propagation

GroundWave(지상파)

• 저주파의 경우 휘거나 터널이나 지하로도 전파가 가능하다.
• 지구의 윤곽을 따라 전파가 휘어 먼 거리 까지 전파할 수 있다.
  • 최대 2MHz 에서 일어난다.
  • ex : AM 라디오

Sky Wave(공중파)

• 고주파의 경우 직진성을 가져 장애물에서 반사가 된다.
  • 상층 대기의 이온화 층에서 지구로 다시 반사된다.
  ⇒ 여러번 튕겨지며 많은 거리를 이동할 수 있다.
  • ex : 국제 방송과 같은 라디오, 단파 라디오 방송 등

Line of sight(LOS)

• 장애물 없이 송신/수신 안테나가 마주보고 있는 것
• 지구가 둥글기 때문에 안테나 사이의 거리에 제약이 있다.
• 30MHz 이상의 주파수 대역을 가진다.

Radiation Pttern

• 모든 방향으로 전송하면 전력이 사방으로 퍼진다.
  • 사방으로 골고루 퍼지는 것은 아님
• Omni directional 안테나
  • 모든 방향으로 전송한다.
  • 구체의 전파 패턴으로 모든 방향에 고르게 전파한다.
• Directional 안테나
  • 한 방향으로만 몰아서 전송한다.
  • 전송 거리가 늘어난다.

Statellite Communication(위성 통신)

• Geosynchronous satellite
  • LOS를 활용하여 지상의 송신기들과 연결한다.
  • 빠른 통신을 위해 위성 각속도가 지구의 자전 각속도와 동일해야한다.
    • 위성이 항상 지구의 같은 지상 위에 존재하도록 움직인다.
  • 36,000km 상공의 궤도를 돈다.
  • 전 세계와의 통신을 위해 3개의 인공위성이 필요하다.

Multipath Interference

• Multi-path components
  • multi-path fading

  

  
  
  • 동일한 신호가 여러 경로에서 반사되어 들어온다.
    • line of sight 외의 신호들은 크기나 위상이 서로 달라진다.
    • 원래 신호에 간섭이 되어 버린다.

Analog and Digital Signals

Signal

• Analog signal
  • 값의 종류가 무한대이다(연속적이다).
• Digital signal
  • 값의 종류가 한정되어있다.

  

Periodic and Aperiodic Signals

Periodic signal(주기 신호)

• 신호 패턴이 주기에 따라 반복된다.
• Perod(주기, T) : 사이클이 반복되는 시간
• Frequency(주파수, F) : 단위 시간 당 반복되는 사이클의 수
  • 주기와 역 관계에 있다.

  

Aperiodic Signal(비주기 신호)

• 반복되는 패턴이 없다.
• 푸리에 변환 : 어떤 비주기적 신호도 무한한 수의 주기적 신호로 이루어질 수 있다.

Analog Signals

• sine 파동은 amplitude, period(or frquency), and phase에 의해 표현될 수 있다.
  • Amplitude : 어떤 한 점에서 신호의 값
  • Period(sec) : 사이클이 한 번 돌 때 까지의 시간
  • Frequency(Hz) : 1초에 반복되는 주기의 수

Phase(degrees, radians) : 위상

• 시간이 0일 때 파동의 위치

Time and Frquency Domains

• Time domain : 진폭과 시간 사이의 관계를 나타낸다.
• Frequency domain : 진폭과 주파수 사이의 관계를 나타낸다.

Composite Signals

harmonic signals

• 디지털 신호는 무한한 수의 홀수 개의 harmonic signals로 이루어져있다.
• 아날로그 신호의 합으로 디지털 신호를 표현할 수 있다.

• 하나의 신호 안에 주파수가 무한대이다
  • 정해진 만큼만 보낸다.
• 하나의 신호를 보내기 위해 많은 대역폭을 소비한다.
  • 동시에 전송할 수 있는 양이 줄어든다.

bandwidth vs data rate

• 여러개의 harmonic signal을 전송할 때
  • bandwidth는 최대 진동수와 최소 진동수의 차 이다
  • ex : (f, 3f, 5f)의 경우 bandwidth = 4f
• 한 주기에 2개의 비트를 전송할 수 있다.
  • data rate(bps) = 2*f

Frequency Spectrum and Bandwidth

• Frequency spectrum : 모든 frequency 컴포넌트의 모음
• bandwidth : 전체 frequency의 폭
• 신호 세기가 낮은 frequency 부분은 사용하지 않는다.
  • 대역폭이 줄어들어 더 많은 정보를 전송할 수 있다.

  

Digital Signal

• 두 개의 신호 요소를 두어 0 또는 1을 주고받는다.
• Bit interval : 한 비트가 전송 되는 간격
• Bit rate : 단위시간당 전송 되는 비트 수

Encoding and Modulation

• 아날로그 신호를 디지털로 Encoding하고 0, 또는 1의 값으로 Decoding 한다.
• 데이터의 신호 변환 종류
  • 디지털→디지털 변환
  • 아날로그→디지털 변환
  • 디지털→아날로그 변환
  • 아날로그→아날로그 변환

Encoding

Terminology

• unipolar : 같은 신호를 가지는 모든 신호 요소
• polar : 포지티브 전기와 네거티브 전기에 의해 표현되는 논리 상태
• data rate(bps) : 데이터가 이동되는 수치
• duration or lenth of a bit
• modulation rate(baud) : 단위 사간당 전송하는 신호의 수
  • modulation rate와 date rate는 일치하는 것은 아니다.
  • 이진 데이터 전송에서 modulation rate가 k 배가 되면 date rate는 $2^k$배 늘어남
• mark and space : 이진 1과 0

디지털-디지털 변환

: 두 개의 다른 전기신호를 통해 0과 1의 이진 신호를 표현한다.

Unipolar

• 1 또는 0의 양극성 데이터만을 전송한다.
• dc-component :
  • dc-component를 없애주는게 좋다
• synchronization 동기화 문제 
  • clock skew(drift) : 송신자가 비트를 보내는 시간과 수신자가 비트를 인식하는 시간에 차이가 날 수 있다.
    • ppm(part per million) : 백만 클럭마다 한 비트가 빨리가거나 늦게 갈 수 있음을 표현하는 단위
    • 시간이 많이 지나고 클럭 수가 점점 차이 나게 되면 비트를 잘못 읽어들일 수 있다.
  • 엣지가 발생하는 시점에서 다시 동기화 해준다.
    • 송신자 클럭과 수신자 클럭이 같아지도록 한다.
    • 엣지가 발생하지 않는 신호의 경우 동기화가 어렵다.
      • 일정 시간 내에 반드시 엣지가 발생하도록 인코딩 하는 방법이 있다

NRZ

• NRZ-L
  • 감쇄현상이 발생해 레벨 값이 불분명해질 수 있음
• NRZ-I 인코딩
  • 레벨 체인지가 일어나면 1, 일어나지 않으면 0
  • 감쇄현상이 줄어든다.
  • 비트가 0으로 계속되면 비트 시작점을 찾기가 어려워 동기화가 힘들다

Biphase

• 동기화 문제 해결
• 절반 비트 단위로 결정한다.
• manchester
  • 비트 중앙에서 레벨 체인지가 발생
    • 음수에서 양수로의 전환 : 1
    • 양수에서 음수로의 전환 : 0
  • 매 비트마다 레벨 체인지가 발생하도록 한다.
• differential manchster
  • 비트 시작점에서 트랜지션(레벨체인지)가 있느냐 없느냐에 따라 인코딩
    • 트랜지션 있으면 0, 없으면 1
    • 비트 중앙에서는 반드시 레벨체인지가 일어난다.
  • 동기화를 위한 것

  • 

  • 단점
    • 매 비트가 0일 때 레벨 체인지가 두 번씩이나 발생한다.

Bipolar

• 0: 0볼트
• 1: +볼트 또는 -볼트
  • 인접한 볼트와는 다른 값을 가지도록 한다.
• dc 컴포넌트가 존재하지 않는다.
  • 평균 볼트가 0?
• 0 비트가 계속되면 동기화 문제가 발생한다.

MLT-3

• 0, +, - 세 가지 활용
• 0: 레벨 체인지 없음
• 1: 레벨체인지
  • 번갈아가며 -로 바뀌거나 +로 바뀜
• 데이터가 0이 계속 전송되면 동기화 지점을 찾기 힘들다

4B/5B 인코딩

• 4비트를 5비트로 바꾸어 연속적인 0비트 흐름을 없앤다
• 동기화 문제가 발생하지 않는다

Analog-to-Digital Conversion

PCM(Pulse Code Modulation)

• ex: 음성데이터를 인터넷에서 전송할 때 사용

• 아날로그의 경우 값이 무한개이다.
• Sampling : 일정한 시간 간격으로 값을 나누어 추출한다.
  • 더 잘게 나눌 수록 원래 아날로그 값에 가까워지지만 보내야 할 샘플의 양이 많아지게 된다.
  • ⇒ 원래 아날로그 정보를 되도록 손실 없도록 유지하며 효율적으로 샘플링 할 수 있도록 한다.
  • Sampling Rate : Nyquist theorem
    • 아날로그 신호 최대 주파수의 2배로 샘플링을 한다.
  • 비트 수 : 샘플링 수 * 샘플 당 비트의 수
• Quantization : 최소값과 최대값을 일정한 단계로 나눈다.(255단계)
  • 일정한 시간에 측정된 무한한 아날로그 수를 정해진 정수 값으로 표현하기 위해 가까운 쪽으로 근사시킨다. (반올림 시킨다고 생각)
• binary encoding : 각각의 값들을 2진수로 표현한다.

Linear and non-linear encoding

• 값의 변화가 적을 때 : non-linear encoding이 더 정확하다

Digital-to-Analog Conversion

• Carrier signal : 중심이 되는 신호
• 변환 방법 : 중심 신호(carrier frequency, $f_c$)를 이용해 데이터를 변환한다.
  • ASK : 값의 크기
  • FSK : 서로 다른 두 개의 주파수를 이용해 변환
  • PSK : 위상을 달리 해서 디지털 데이터 표현
  • QAM : 위의 세 방법을 결합해서 쓴다

Bit Rate and Baud Rate

• Baud rate
  • 데이터 비트를 표현하는데 필요한 초당 신호 유닛의 개수
• Bit rate
  • 초당 전송되는 비트의 수
  • Baud rate x 신호 요소 당 비트의 수
• 주로 Baud ≤ Bit rate

ASK(Amplitude Shift Keying)

: 값의 크기를 가지고 0과 1을 표현

• 진폭이 작으면 0, 크면 1
• on-off keying : 0일 때 아예 진폭이 없는 신호

• 전송하며 값이 줄어들기 때문에 감쇄 현상이 발생한다.

FSK(Frequency-Shift Keying)

: 주파수로 1과 0 표현

• 전송이 되면서도 주파수는 변하지 않는다.
  • 감쇄현상이 적다.
• 그러나 이동하면서 전송하는 경우 :
  • 주파수가 변해버린다. ⇒ 도플러 효과

  

PSK(Phase-Shift Keying)

: 위상 변화로 표현

• 0은 0도에서, 1은 180도에서 시작한다.
• 위상이 많아지면 신호의 수도 많아진다.
  • BPSK : 2개의 각도를 사용해 2 종류의 신호를 보낸다.
  • QPSK : 4개의 각도를 사용해 4 종류의 신호를 보낸다.

  

QAM

• ASK, PSK를 함께 자주 사용한다.

Error Detection

• single-bit error
  • 데이터 유닛에서 한 비트가 바뀐 경우
  • 평행 통신에서 자주 발생한다.
• burst error
  • 데이터 유닛에서 두 개 이상의 비트가 바뀐 경우
  • 연속적인 통신에서 자주 일어난다.
  • Length fo burst error : 가장 오른쪽 에러비트부터 가장 왼쪽 에러 비트 까지의 길이
  • 노이즈가 발생한 순간에 전송된 비트가 영향을 받는다.

error derection

• 수신된 비트의 에러를 확인하려면 전송하는 n-bit 데이터 뿐만이 아니라 error check code를 추가로 붙여준다
  • error check code : 에러가 있는지 검출하는 값
  • 이를 확인해서 수신된 데이터에 에러가 있는지 판단할 수 있다.
  • 에러의 위치까지는 알 수 없음
• error detection code : 에러가 존재하는지 확인
  • 해당 신호는 버림
• error correction code : 에러가 어디에 존재하는지 확인
  • 에러를 수정하여 사용
  • 오버헤드가 커져 자주 사용하진 않는다.

VRC(Vertical Redundancy Check)

Parity check

• parity 비트는 모든 데이터 유닛에 추가된다.
• odd parity : 1인 비트 수가 홀수개가 되도록 함
• even parity : 7비트를 전송할 때 parity비트를 추가하여 1인 비트의 수를 짝수개가 되도록 하여 전송
  • 송신자는 1인 비트의 수를 세어 짝수개면 정상, 홀수 개면 에러인 것을 확인할 수 있다.
  • 비트 두 개가 에러가 나면 검출해내지 못한다.

  

LRC

• 일정한 길이의 비트로 쪼개어 세로로 나열한 뒤, 대응되는 비트끼리 계산해 parity code를 보낸다.
• burst error가 쉽게 고쳐질 수 있다.

• 2-D parity check : VRC와 LRC를 함께 사용할 수 있다.

CRC(Cyclic Redundancy Check)

• 이진 나눗셈에 기반한다.
  • M: k비트 메시지
  • F : n비트 FCS(프레임 체크 시퀀스)
  • P : (n+1) 비트의 미리 정해진 나누는 수
  • F : $(M*2^n/P)$의 나머지
  • T : (M | F); (k+n) 비트의 전송 데이터

  

• divisor에 따라 에러 검출능력이 많이 달라진다.
  • 나눗셈을 해서 나머지가 0이면 에러가 없다는 것
• 이진 나눗셈으로 계산한다.
  • xor로 뺄셈한다
• polynomial notation
  • 변수가 x인 다항식의 계수로 표현
• CRC generator
• : 이진 나눗셈에 기반한다
• CRC checker
  • (Received data) / P
  • R이 0이 아닌 경우 에러

• Polynomial notation(다항식 개념)
• divisor polynomial
  • x에 관한 다항식으로 표현된다.

Checksum

• 상위 계층의 프로토콜에서 사용된다.(인터넷 checksum)
• 송신
  • 데이터를 각각 n 비트인 k 개의 섹션으로 나눈다.
  • 합계를 구하기 위해 모든 섹션을 1의 보수를 이용해 더한다.
  • checksum : 합계의 보수(complement)
  • 데이터와 checksum을 보낸다
• 수신
  • 데이터를 각각 n 비트인 k 개의 섹션으로 나눈다.
  • 합계를 구하기 위해 모든 섹션을 1의 보수를 이용해 더한다.
  • 합계의 보수를 취한 후 결과가 0이면 에러
    • • •  

인터넷(INternet)

• 용어 정리
  • 패킷(Packet) : 송신과정에서 데이터를 나눈 세그먼트(segment)에 헤더(hadder)를 붙인 것.
    • 목적지에 도달해 원래의 데이터로 조립된다.
  • 패킷 스위치(교환기)
    • 입력 통신 링크의 하나이다.
    • 도착하는 패킷을 받아 출력통신 링크의 하나로 그 패킷을 전달
    • 종류
      • 라우터(router) : 네트워크 코어에서 사용
      • 링크 계층 스위치(link-layer switch) : 접속 네트워크에서 사용
    • 경로(path) : 패킷이 송신 - 수신 종단 시스템 과정 동안 거쳐온 통신 링크와 패킷 스위치들

• 수백만 개의 컴퓨터 기기들의 연결들
  • end systems : hosts, things(Internet of Things)
• 연결 링크
  • fiber, copper, radio, satellite
  • 전송률 = bandwidth(대역폭)
• 라우터(routers) : forward packets
• 프로토콜 :
  • 정보 송수신을 제어, 메세지 수신
  • TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet
• 인터넷(Internet) : 네트워크들의 네트워크
  • 희미한 계층구조
  • public internet vs private internet ← 뭔소리고 이게
• 인터넷 어플리케이션
  • 웹, sns, VoIP, 이메일, 게임, e-commerce, 파일 공유
• 인터넷은 다양한 서비스를 앱에게 제공한다
  • 소스로부터 데이터를 목적지에 전달한다

프로토콜(Protocol)

: 형식, 네트워크 엔티티 간에 송수신되는 메시지 순서, 메시지 전송/수신에 수행되는 작업

Human protocols:

• 같은 언어(language)를 사용한다
• 대화를 하고 메시지를 교환한다.
  • 한 사람이 상대에게 말을 걸면 상대가 그에 따른 대답을 해 준다.

  • 

Network protocols

• 사람보단 기계와 기계 사이의 메시지 포맷(format)이 정해져있어야 한다.
• 인터넷 프로토콜에서의 모든 프로토콜을 말한다.
• 요청을 보내고 그에따른 응답을 받는다.
  • 예시:
    • TCP 연결을 요청하고 연결 수락 응답을 받는다
    • http 주소를 요청하고 그에 따른 파일을 응답 받는다

Network Edge(네트워크 가장자리)

• 종단시스템(end-system)
  • 애플리케이션을 수행한다.(ex : 웹 브라우서/웹서버/전자메일 클라이언트/전자메일 서버 프로그램 등)
  • 호스트(host) 라고도 부름: 클라이언트(client)와 서버(server)로 구분됨.
• Network edge :사용자가 접속해있는 end시스템
• Access networks :고객이 접속해있는 연결망
• Network core :IP 사업자들의 연결망. 인터넷과 같다
• End systems(hosts)
  • “edge of network(네트워크의 가장자리)”에서 어플리케이션 프로그램을 실행시킨다.
  • ex : 웹, 이메일, SNS
• Client/server model
  • Client : 서비스를 요청하고 받는다.
    • 데스크톱, 이동PC, 스마트폰 등
  • Server : 요청받은 서비스를 제공한다.
    • 웹페이지 저장/분배, 비디오 스트리밍, 전제메일 릴레이 등을 수행하는 더 강력한 컴퓨터
    • 요청 받은 어떤 Client에게나 언제든지 모두 제공해준다.(always-on server)
  • 한 서버에서 하나의 서비스만을 제공한다.
  • e.g. : 웹브라우저, 이메일 서버
• Peer-peer model
  • 서비스를 하나의 서버에서만 제공하지 않고 네트워크를 구성하는 Peer들 사이에서 서비스를 주고 받는다.
  • 한 Peer에서 서비스를 다른 Peer에게 요청하거나 제공할 수 있다.
  • e.g. : Skype, BitTorrent

Network Edge

: 사용자가 edge router(인터넷에 연결되어있는 라우터)

Network Core

: 상호 연결된 라우터들의 덩어리

• Switching methods
  • Circuit-switching : 한 번 call 할 때마다 서킷을 사용한다.
  • Packet-switching : 데이터가 별개의 청크(chunks)를 통해 전송된다.
• : 네트워크를 통한 데이터의 전송 방법

Circuit Switching(회선 교환)

• 전송을 위한 자원을 미리 다 할당한다.(bandwidth)
• 종단시스템 간에 통신 제공을 위해 필요한 자원은 통신세션 동안에 예약된다.
  • Call setup
  • 리소스 사용
  • 효율성을 보장한다.
  • 사용되지 않을 경우 리소스를 낭비한다.
• 링크된 대역폭을 나누어 call 한다.
  • FDM(Frequency Division Multiplexing)
    • 각각의 사용자가 필요한 주파수?만큼?나눈다?
    • 주파수로 나눈다. 나눈 수 만큼의 사용자가 동시에 사용 가능
    • 속도가 나눈 갯수만큼 줄어든다.

      

•  
  • TDM(Time Division Multiplexing)
    • 시간으로 나눈다. time slot을 일정한 갯수를 묶어 frame 구성
      • 사용자가 원하면 한 프레임 내에서 특정한 타임 슬롯을 할당
    • 속도가 줄지 않는 대신, 해당 시간 슬롯에서만 전송 가능
    • TDM 회선의 전송률 : 한 슬롯 안의 비트 수 x 링크의 프레임 전송률
    • 전체 노드들이 동기화 되어야 한다.

Packet switching(패킷 교환)

:목적지까지의 메시지를 보내기 위해 긴 메시지를 패킷(packet)이라는 데이터 덩어리로 분할한다.

• 많은 사용자가 네트워크를 사용할 수 있다.
• 전송 유형 : 통신 링크, 패킷 스위치
  • 통신링크
  • 패킷 스위치(packet switch)
    • 라우터(router)
    • 링크 계층 스위치(link-layer switch)
  • 패킷은 링크의 최대 전송률과 같은 속도로 전송된다.
    • 패킷 전송 시간 = L/R
      • L : 패킷의 길이(Packet Legth) (bits)
      • R : 링크의 전송 속도(bps)

Store-and-forward(저장 후 전달) 전송

• 스위치가 패킷의 첫 비트를 링크로 전송하기 전에 전체 패킷을 받아야 한다.
• store : 다음 패킷을 전송중일 때 이전 패킷이 라우터에 도착하면 해당 비트를 저장한다.
• forward : 라우터가 다음 패킷의 모든 비트를 수신한 후 저장해둔 이전 패킷을 전송한다.
• end-to-end 지연 : N * L / R
  • N : 패킷의 개수
  • 출발지와 목적지 사이에 N-1개의 라우터가 있다.

Internet Structure

Internet

• network of networks
• ISP(인터넷 서비스 공급자) 액세스를 통해 인터넷에 연결하는 호스트
• roughly hierarchical : 유사 계층적 구조
• Multi-levels of ISPs
  • 사용자를 연결망 Tier로 묶는다
  • 낮은 Tier의 연결망은 높은 Tier의 연결망에 묶인다.

Network Performance

Loss, Delay, Throughput

• packet queue in router buffers : store-and-forward(축적 교환 방식)
  • 들어오는 프레임을 모두 버퍼에 담아두고, 에러검출 등을 모두 수행 한 후 전달한다.
  • ⇒ Delay가 생김
  • 버퍼에 공간이 없어 혼잡해지면 프레임을 담을 수 없게된다
  • ⇒ loss 발생
• throughput : 단위시간 당 전송되는 양

Delay의 4가지 요소

• 노드 처리 지연(Nodea processing delay) ( d_proc)
  • 패킷 헤더를 조사하고 어디로 보낼지 결정
  • 비트 에러 체크
  • 경로 결정
• 큐잉 지연(Queuing delay)(d_queue)
  • 들어오는 link를 큐에 담아두는동안의 시간
  • 큐에서 output link로 전송될때까지 기다린다.
  • 앞서 도착해 기다리는 다른 패킷의 수에 의해 결정된다.
• 전송 지연(Transimission delay)
  • 패킷의 모든 비트를 link로 내보내는 시간
    d_trans = L/R
    
    • L : 패킷의 길이(bit)
    • R : 라우터 둘 사이 링크의 전송률(bps)
• 전파 지연(Propagation delay)
  • 한 라우터부터 다음 라우터 까지의 전파에 필요한 시간
    d_prop = d/s 
    • d = link의 물리적 길이
    • s = medium으로의 전파 속도(~2*10^8 m/sec)

      

⇒ 위와 같은 지연들이 짷여 전체 노드 지연(total nodal delay)(d_nodal)을 일으킨다

Nodal delay

Queuing Delay

: 큐잉 지연이 언제 크고, 언제 미미한지 트래픽에 따라 확인

Traffic intensity: L*a/R

• R=link bandwidth(bps)
  • 전송률, 비트가 큐에서 밀려나는 비율
• L=packet length(bits)
  • 패킷의 길이
• a=average packet arrival rate

패킷이 큐에 도착하는 평균율

• La/R ~ 0 : 큐잉 지연 평균이 작다
• La/R → 1: 지연이 커진다
• La/R > 1: 큐는 끊임없이 증가, 지연은 무한대에 도달

Packet Loss(패킷 손실)

• 큐 용량이 유한하므로 큐가 꽉 찼을 경우 패킷이 도착하면 라우터는 해당 패킷을 버린다.
• ⇒ 오버플로우

인터넷 상의 지연

Traceroute program

: 인터넷을 통해 거친 경로와 그 구간의 정보를 표시하고 패킷의 전송 지연을 측정한다.

Throughput(처리율)

: 송신/수신자 사이 비트 전송율

• instantaneous(순간적인 처리율) : 호스트가 파일을 수신하는 비율(비트/초)
• average(평균 처리율) : 파일 전송의 평균 처리율
  

  

   
  • Rs : 서버와 라우터 간의 링크 속도
  • Rc : 라우터와 클라이언트 간의 링크 속도
  • 병목 링크(bottleneck link) 전송률 : min(R_c, R+s)
    • R_s<R_c 인 경우 : 정상적으로 전달되어 $R_s$bps의 처리율을 가진다.
    • R_c<R_s 인 경우 : 라우터는 자신이 수신하는 비트만큼 빠르게 전송할 수 없다.
      • 라우터에서 $R_c$의 속도로 떠나고 $R_c$bps의 처리율을 가진다.
      • 클라이언트로의 전송을 기다리는 비트들은 계속해서 쌓인다.(비효율적)

Protocol Layers

• 네트워크 구성
  • 호스트
  • 라우터
  • links of varous media
  • 어플리케이션
  • 프로토콜
  • 하드웨어, 소프트웨어

Layering

:하나의 함수, 모듈로 이루어질 수 있도록 쪼개어 프로그래밍

• 모듈들이 계층적인 구조를 가지도록 한다.
  • 상위 : 사용자 위주, 하위 : 기계 위주
• 향후 점검유지 또는 업그레이드 시 다른 외부 모듈에 영향을 끼치지 않고 업데이트 가능
• 전체 개발에서 프로그램 복잡도를 줄일 수 있다.

Internet Protocol Stack

layer(계층)

• 네트워크 프로토콜 설계 구조 제공을 위해 프로토콜을 계층으로 조직한다.
  • 각 프로토콜은 한 계층에 속한다.
  • 계층의 서비스 모델(service model) : 한 계층이 상위 계층에 제공하는 서비스
  • 각 네트워크 구성요소에는 하나의 n계층 프로토콜이 존재
• application
  • FTP(파일), SMTP(이메일), HTTP(웹)
  • 메시지(message) : 애플리케이션 계층에서의 정보 패킷
    • 다른 시스템의 애플리케이션과 정보 패킷을 교환한다.
• : 네트워크 어플리케이션들을 서포트한다.
• transport(segment)
  • TCP, UDP : 애플리케이션 계층 메시지 전송
    • TCP : 연결지향형 서비스 제공(메시지 분할, 혼잡 제어 기능 제공)
    • UDP : 비연결형 서비스(신뢰성 르름제어 혼잡제어 제공 x)
• :클라이언트-서버 간의 애플리케이션 계층 메시지를 전송한다.
• network
  • IP, routing protocols
• : 자원의 데이터그램을 목적지로 라우팅한다.
• link
  • PPP, Ethernet, WLAN
• : 이웃한 네트워크 요소들 사이 데이터를 운반한다.
• physical
• :프레잌 내부 각 비트를 한 노드에서 다음 노드로 이동한다.

ISO/OSI Reference Model

참고로 함 보래요

Encapsulation/decapsulation

• 헤더 정보 : 송신 받은 계층은 수신할 계층에서 사용될 추가 정보를 더해 수신한다.
• ex: 웹 서버가 웹 서비스를 제공한다
  • demon : 이를 백엔드로 실행되는 프로세스
    • 서비스 요청이 있는지를 체크한다.
    • 요청이 오면 분석을 진행해 적절한 대응을 전달한다.

• source에서 destination으로 요청 메세지를 보낸다.
  • PDU : 프로토콜에서 전송하는 패킷
    • 특정 프로토콜에서 전송한 메세지 프로토콜이 어쩌고
  • SDU : 프로토콜에서 전송하는 데이터
    • 상위 계층의 PDU가 하위 계층의 SDU가 된다.
  • 상위 계층은 하위 계층으로 전송 요구를 한다.
    • application이 transport에게 전송 요청을 한다. ⇒ M(애플리케이션 계층 메시지) 요청
    • transport가 network(IP 프로토콜)에게 전송 요청을 한다. ⇒ $M+H_t$ 요청
      • 네트워크 계층의 헤더를 함께 구성한다.($H_n$, 데이터그램)
    • network가 link로 요청을 한다. ⇒ ($M+H_t+H_n$)
      • link 계층의 헤더를 붙여 PDU를 만든다.($H_l$, 프레임)
    • 실제로 보낼 때 정보를 신호로 변환하여 물리적 계층이 전송하도록 한다.
• destination에선 받은 정보를 하위 계층에서 차례로 상위 계층으로 보낸다.
  • 하위 계층에서 받은 SDU에서 계층에 맞는 헤더 정보만을 받고 그에 따른 기능을 수행한다.
  • 그 후 해당 계층의 헤더를 제외한 정보를 상위 계층으로 보낸다.

• 라우터는 목적지까지의 경로를 찾는 역할을 한다.