[정보통신공학] CH 1 Data Communications, Data Networks, and the Internet

 Data communications traffic volume

 

* 5 계층(5 Layers)

 L1 : pyhsical layer
 L2: Data link layer

 L3: Network layer

 L4: Transport layer

 L5: Application layer

L1은 우리가 손댈 수 X

1. Technological Advancement - Driving Force

 [네트워크 수송의 종류]

  (1) Bandwidth or latency-sensitive application

    -real-time entertainment: 인터넷 전화 (VoIP), 비디오 회의, 온라인 게임, real-time streaming

    -Web browsing: 상호적 온라인 활동, social network

 

  (2) loss-sensitive application

    - P2P

    -동영상 스트리밍

    -이메일 (꼭 실시간이 아니어도 OK, 그렇게 많은 data 요구 X)

    -원격 접근

 

*real-time: 싱크 바로 맞아야함 -> 실시간

 non real-time: 동영상 스트리밍 

 

[IoT의 4C] 

 -Cost: 적은 비용

 -Current: 적은 배터리 사용

 -Coverage: 무선 통신 범위(radio range) 넓어야 함

 -Capacity: 연결의 수 많아야 함

*원래 IoT는 5G의 killer app으로 나온 것이지만, 5G는 capacity만 충족하기 때문에 IoT에 어울리지 않음.

 

[LPWA]

Low-Power Wide-Area, 5G 대신 IoT를 위해 나온 것

 -cellular LPWA: NBIOT

 -non-cellular LPWA: LoRA(Long Range Radio), SIG FOX

 

*cellular: 움직임을 지원하는 네트워크

 

 

2. 4 notable technology trends

1) 2013 

 (1) 빠르고 싸짐

 (2) more Intelligent

 (3) Internet, Web이 회사와 개인 네트워크에 지배적 요소가 됨

 (4) 이동성

 

2) 2022

 (1) Cybersecurity Mesh: 분리되어 있던 security service를 통합 / 연결

 (2) Decision Intelligence: intelligence와 analytics 사용하여 process 결정

 (3) Generative AI: 한 contents를 주면 AI가 가지치기로 내용 생성

 

3) 2023

 (1) Digital Immune System: 많은 engineering strategies 결합 -> 위험 보호 -> UX 강화

 (2) AI TRISM(Trust, Risk and Security Management)

 (3) Adaptive AI: AI가 수집하는 data로 goal 점차 바꿈,real-time feedback 사용

 (4) Metaverse: transporting or extending physical activities. combinatorial innovation

 

3. Changes in networking technologies

 1) 높은 속도의 LAN 등장 

 2) WAN의 요구 사항 협업

 3) 디지털 전자 공학

 

[5 technologies that Cloud Change Networking in 2020]

 - Open Roaming (5G + WiFi 6) : 5G의 주파수가 높아 속도가 빨라서 직진성이 부족하여 빌딩에서 잘 작동하지 않음

    -> 와이파이와 5G 연동시키기

 - AI

 - Multicloud networking : cloud에 있는 것 너무 멀어서 느리니까 LAN의 끝부분에 갖다 놓는 것 (edge computing)

 - Automation

 

[2022 Global Networking Trends by Cisco - Naas]

-NaaS : Network as a Service

 등장배경: 네트워크가 복잡, 기술의 빠른 변화와 그에 따른 안정성 위협으로 인해 생겨난 서비스

 정의: network의 모든 기능을 HW -> SW -> Cloud로 올림. 따라서 사용자들이 cloud에서 network를 쉽게 작동 가능.

  *SASE vs NaaS 

   -SASE: 회사와 집의 app과 data를 이용자와 연결시키는 구조

   -NaaS: 개인의 physical infrastructure 없이 네트워크 작동을 가능하게 하는 서비스

 

[2023 Global Networking Trends by Cisco - New Rules for a Multicloud World]

 네트워크 문제 미리 분석 -> 네트워크에서 일어나는 일들 real-time으로 측정 -> 근본 원인 분석 (route cause analyze)

 

 

 

 Data communication system

 

1. Emergence of High-Speed LANs

 - LAN의 requirements에 대한 Two significant trends

  + 개인 컴퓨터와 초소형 컴퓨터가 회사원들에게 필수적인 도구가 됨.

  + 가시적, 필수적 computing platform

 

 - 빠른 속도의 LAN을 위해 필요한 것

  + 중앙 집중식 server farm

  + power workgroup

  + local backbone

 

2. Corporate Wide Area Networking(WAN) Needs

* 데이터 수송 방식의 변화는 빠른 속도의 WAN의 등장을 불러 일으킴

[WAN이 늘어나게 된 이유, 등장배경]

 - 재택 근무

 - app 구조의 변화 : server에 모아 그곳에서 모두 일함 

 - 개인 컴퓨터, 작업공간, 서버의 신뢰도 상승

 - data 집약적인 app의 증가

 - 조직의 대부분이 인터넷 연결 요구

 - 수송 방식이 점점 예측 불가해짐

 - 수송의 양이 늘어남

 - 광범위한 범위로 전송되는 데이터의 증가

 

3. Convergence

* app, network 모두 convergence 중

 - 각각의 전화 통신, 정보 기술, 시장의 병합

  + voice가 data infrastructure로 이동

  + 사용자 조직 안의 모든 voice와 data network이 하나의 data network infrastructure로 통합

  + 무선 분야의 증가

 - IP를 사용한 packet 기반의 전송

 - infrastructure과 appliacation base의 기능과 범위 증가

 

4. Communication Models

* transmit system: 신호를 한 장소(TX)에서 다른 장소(RX)로 전달하는 시스템 (transmit: bit <-> signal)

 

5. Communication Tasks

 - 전송 시스템 효율: 한 번에 많이 보내면 효율 증가 but 성능이 안 좋아질 수도 있음

 - Addressing : L5(URL), L4(port), L3(IP addr), L2(LAN, MAC addr)

 - Interfacing: bit<->signal, NIC(Network Interface Card <- L1/L2)

 - Routing: L3에서 IP addr로 라우팅. End to End path(from src to dst)를 찾기 위해서. 

 - 신호 발생: 아날로그/디지털 중 어떤 신호를 발생시킬지는 TX/RX가 결정

 - Recovery: 원래의 상태(original state)로 돌아가기. *error correction과는 다름

 - Synchronization: TX와 RX 사이. TX에서의 보냄과 동시에 RX에서 받아야함.

 - Message formatting: peer 사이의 정보 교환. *message: peer간 주고 받는 정보

 - 교환 관리: connection-oriented (TCP, 자기들끼리 무슨일을 하기전 sw logically 하게 뭔가를 세팅), connectionless(IP)

 - Security: 모든 계층에 다 존재

 - Error detection & correction: L2(HOLC), L4(TCP) 둘 다에서 진행 O

 - 네트워크 관리

 - Flow control: sender(src)가 receiver(dst의 버퍼, 끝)의 overflow를 막기 위해 sending rate를 조절함

 - Congestion control: sender(src)가 router 버퍼(중간)의 overflow를 막기 위해  sending rate를 조절함

 

 

6. Data communications

 (1) Transmission line

  - 2가지 데이터 전송 매개체: 광섬유 전달(fiber optic), 무선 전달(wireless)

  - 용량 ↑, 신뢰↑, 비용↓ 제공 해야함

 

 (2) Transmission Services

  - 통신 예산의 대부분을 차지하는 것

  - 두가지 더 효율적인 접근법: Multiplexing, Compression  -> 둘 다 용량 ↑, 신뢰↑, 비용↓을 위한 것

   +Multiplexing: 여러 신호를 하나의 복잡한 신호로 전송. 한 미디어에 여러 사용자가 동시에 data 전송 가능

   +Compression: 압축해서 고용량 차지 사용자 모두 이용 가능하게.

 

*Multiplexing at L1(손댈 수 X): 위의 내용에 추가로 router와 router 사이 WAN에서 사용함. FDM, TDM, WDM, OFDM

 

*Multiple Access(Media Access Control) at L2(손댈 수 O): 다수 사용자의 데이터를 하나의 공유된 매체로 보내는 방법. Multiple-to-point network. TDMA, TDA, COMA, WDNA

 

 

 

 Data communications networks

 

1. Wide Area Networks (WAN)

 - 넓은 지역

 - carrier circuit(ISP, NSP)에 부분적으로 의존 

 - 대체 기술( WAN을 깔 때의 기술): Circuit switching, Packet switcghing(FR, ATM)

 

 

2. Circuit Switching

 - src가 dst에 통신을 하려면 길 찾기(signaling, routing) 먼저 시작.

 -  data 전달 전에 미리 연결 경로를 set up

 - 데이터 전송 시작 전 delay 발생

 - 데이터가 route 되고 switch 될 때는 delay 발생 X

   + delay 3종류: transmission delay, processing delay, queing delay

 - in-order delivery

  ex) telephone network

 

3. Packet Switching** -> Internet

 - 데이터가 packet이라 불리는 작은 chunk로 순서대로 보내짐

 - packet은 독립적으로 src과 dst 사이를 node에서 node 단위로 지나감.

 - terminal-to-computer & computer-to-computer에 사용됨.

 - Header가 하나씩 붙어 있음

 - delay가 있음

 

4. Packet Switching vs Circuit Switching

[PS]

- Call set-up X, simpler

- resource reservation 없이 요구에 따라 바로바로 link 할당

- full link rate 사용 가능

- 다수의 이용자와 resource sharing 가능

- network congestion에 의해서 packet이 delay되거나 loss 될 수 있음

- Queing delay가 있음.(버퍼에서 기다리는 시간)

- 네트워크 상황에 따라 더 많은 유저들이 사용가능

- intermittent, bursty 한 data에 좋음

 

[CS]

- Call set-up O

- resource reservation O

- resource는 특정 user만 사용할 수 있게끔 돼있음

- Guaranteed service

- Call set-up delay가 있음 (데이터 전달 전)

- 한번에 연결되는 user 제한되어 있음

- guaranteed bandwidth를 요구하는 app에 좋음

 

5. Local Area Networks (LAN)

 - 더 좁은 범위

 - 같은 기관에서 소유

 - WAN보다 빠르다

 - 대부분의 구성: switched LAN & wireless LAN

 

 

6. LAN 과 WAN의 차이

WAN: 수송, 복잡도, 에러, 혼잡으로 인한 느려짐, 가격 ↑

 

 

 

 Overall architecture of the Internet

 

1. The Internet 

 (1) www, Hyper-text 나오고부터 인터넷↑

 (2) 80's satelites로, 90's 해저케이블로 국제 수송

 (3) 임의적인(aritrary) network가 많아지면서 sercurity가 중요해짐

 (4) 서로 다른 네트워크 연결을 하기 위한 철학 -> 각각 네트워크 관리는 알아서. 독립성을 유지하자

 (5) 네트워크에 연결할 때 요구사항을 가능한 적게 하자.

 

2. Internet Elements

* user들이 data를 주고 받는 것이 Internet의 목표

 - Border Router: LAN과 WAN의 경계. WAN으로 가기 위해 LAN에서 여기까지만이라도 가라는 의미

 - pop: 여러 ISP들이 몰리는 접점 지역 (Customer ISP↔ Provider ISP)

 - ISP: Internet Service Provider -> KT, SKT, LG U+, hello mobile...

 

3. Internet Terminology

 - CO: Central Office. 전화 회사가 customer line의 종점에 닿으며, line들을 다른 네트워크에 연결하기 위해 장치를 두는 곳

 - CPE: Customer Premises Equipment. customer의 부지에 있는 통신 장치

 - ISP: Internet Servicve Provider. 회사가 다른 회사나 개인에 인터넷을 제공

 - NAP: Network Access Point. 다수의 ISP들이 같이 묶여져 있는 것

 - NSP: Network Service Provider. ISP의 backbone service를 제공. 우리나라는 대부분 ISP(서비스 제공)=NSP(인프라 제공)

 - POP: Point Of Presence. 대부분 router들이 몰려있는 지점. 여기선 돈을 내야할 수도 있음.

 - IXP: Internet Exchange Point. 여러개의 인터넷이 한 번에 몰리는 지점

 

4. Internet Architecture

 - peering: 수송 내용, 양 비슷한 곳끼리 돈을 안내고 케이블 연결. -> private peering

 

5. Hierarchial Internet

 - multi-homed ISP:  여러개의 network에 연결. 신뢰성을 높임. 스타벅스 예시

 

6. Standard-Making Organizations

 - ISO: International Standards Organization

 - ITU: International Telecommunications Union

  + ATM, Signaling, FR

 - ANSI: American National Standards Institue
  + ASCII

- IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers

  + WIFI, L2의 LAN에 관련된 일, Ethernet(CSMA/CD)

 - IETF: Internet Engineering Task Force.

  + IP, L5, L4, L3에 있는 protocol들(HTTP, TCP, UDP...)을 다함.