[컴퓨터 네트워크] 2. Network Edge

Internet 구조에 대해 더 깊게 살펴보자.

Network는 크게 Network Edge와 Nework Core로 나누어져 있다.

이번 글에서는 Network Edge가 무엇인지와 Network Edge의 구성 요소에 대해 정리하고자 한다.

Network Edge

지난 글에서 정리한대로 네트워크 엣지는 네트워크 망의 바깥, 네트워크를 활용하는 주체들과 관련된 영역이다.

Network Edge를 구성하는 요소는 크게 Host, Access Networks, Physical Media 가 있다.

 

Host

호스트는 쉽게 말해 '디바이스' 이다.

보통 서버-클라이언트 패러다임 상에서 데이터를 요청하는 존재인 클라이언트와 데이터를 제공하는 존재인 서버로 구성된다.

 

Host는 네트워크를 통해 데이터를 주고 받는데, 이때 데이터를 전송하는 구체적인 과정은 아래와 같다.

 

1. 어플리케이션의 '메세지' (= 어플리케이션의 전송 데이터 단위) 를 가져온 뒤

2. '패킷(Packet)' 이라고 불리는 고정된 크기 L의 단위 데이터로 잘게 쪼갠다.

3. 그리고 각각의 패킷들을 전송률 R의 link를 따라 Access Network 로 보낸다.

 

3 에서 말한 전송률은 link transmission rate 또는 link capacity, link bandwidth (대역폭) 라고도 불린다.

이때 위에서 말한 L 과 R 을 이용하여 Packet Transmission Delay (전송 지연 시간) 을 계산할 수 있다.

 

전송 지연 시간은 가래떡을 뽑는 기계에 반죽을 밀어 넣듯이 매우 긴 link 통로에 L-bit 데이터를 모두 밀어 넣는데 걸리는 시간을 이야기 한다.

 

이 시간은 링크의 넓이가 넓을 수록 (전송률이 높을수록) 줄어들고, 보낼 데이터의 크기가 작을수록 줄어든다.

따라서 Packet Transmission Delay = L / R 이다.

(L = 전송할 총 Bit, R = 초당 전송하는 Bit 양, link의 단면적에 해당하는 개념 )

 

한 가지 주의할 점은, 이 식에서는 '링크의 길이' 는 고려를 하지 않는다는 것이다.

즉, 이 지 연시간은 매우 긴 파이프에 L bit 데이터를 모두 파이프 속으로 밀어 넣는데 걸리는 시간만을 의미하며,

파이프 바깥으로 나오는데 걸리는 시간은 고려하지 않는다.

파이프의 길이를 고려하는 시간은 'Propagation Delay' 라는 다른 지연 시간이 있다.

 

Access Networks

엑세스 네트워크는 Host와 직접적으로 닿아있는 네트워크를 의미한다.

보통 Edge Router가 이에 해당한다.

 

Edge Router는 end system에 데이터를 보낼 때, host를 출발한 제일 먼저 만나는, 가장 가까이에 있는 라우터를 의미한다.

 

- Residential Access Nets (주거용 엑세스 네트워크)

우리나라의 경우, 아파트까지 ISP에서 광랜을 설치하고, 이후에는 각 가정으로 선을 뽑아내 사용한다.

ISP에 가입하게 되면 ISP는 가정에 유무선 라우터를 하나 제공하는데, WiFi wireless access point, router, firewall, NAT, DSL modem 등의 기능이 하나로 합쳐진 장치를 제공해준다.

이 장치를 사용하여 ISP의 Access Network에 연결할 수 있다.

 

- Institutional Access Networks (기관용 엑세스 네트워크)

기관용은 비교적 고대역폭을 사용하는 경우가 있어 주거용과 다른 특별히 다른 엑세스 네트워크를 제공할 수도 있다.

기관에서의 네트워크 (Enterprise Networks) 구성은 보통 Enterprise Link로  기업용 라우터를 ISP와 연결하고, 그 밑에 이더넷 스위치를 두어 사내 호스트 (각종 PC 및 서버) 를 연결한다.

 

즉, 기관용 네트워크는 유/무선 Link와 각종 스위치/라우터들의 조합으로 구성된다고 정리할 수 있다.

홍익대같은 경우, 용량이 큰 백본 스위치 밑으로 비교적 용량이 작은 중급 스위치들을 연결하여 사용하고 있다.

 

- Data Center Networks (데이터센터 네트워크)

데이터센터는 매우 많은 서버가 들어가있는 공간이다.

이 서버와 서버 사이를 고대역 링크들을 통해 연결하여 데이터센터 네트워크를 구성한다.

(대역폭이 100Gbps 까지도 간다고..)

 

cf) 데이터센터는 환경친화적이진 않다. 서버 유지를 위해 많은 전기와 물을 필요로 하는데 비해, 관리는 거의 자동화로 이루어져 일자리는 거의 늘어나지 않기 때문에 지역에서도 환영하는 시설까진 아니라고 한다.

 

- Mobile Access Networks (모바일 엑세스 네트워크)

→ Wireless Access Networks (무선 엑세스 네트워크)

핸드폰이 제일 먼저 접속하는 네트워크, 와이파이 또는 4g/5g 등이 될 수 있다.

 

대표적으로 Wireless Local Area Networks (WLAN) 과 Wide-area Cellular Access Neworks가 있다.

 

WLANs

대표적인 기술은 WiFi 이다.

WiFi 는 AP (Access Point)를 통해 인터넷에 연결한다.

 

현재 가장 최신은 WiFi 7이지만, 기술적으로 안정화된 부분은 WiFi 6까지라고 한다.

(따라서 450Mbps 이상의 속도를 낼 수 있다.)

 

보통 빌딩하나를 커버한다고 하는데, 기술에 따라 커버리지가 달라서 정확히 말할 수는 없다고 한다.

 

Wide Area Celluar Access Networks

와이파이가 안될 때 핸드폰에서 사용하는 4G, 5G (데이터) 를 의미한다.

통신사의 기지국(Base Station)을 이용하여 인터넷을 사용할 수 있다.

(이론적으로 10Mbps 이상의 속도를 낼 수 있다.)

 

Physical Media

호스트와 엑세스 네트워크를 연결하는 물리적인 장치를 의미한다.

구체적으로는 이 연결 통로를 'Communication Link' 라고 부르며, 크게 유선과 무선 2가지로 나눠진다.

 

bit: 이 연결 통로를 통해 전송하는 데이터의 최소 단위

physical link: 송신자/수신자 사이에 놓여있는 물리적인 통로 (유선/무선)

guided media: 유선을 보통 guided media 라고 한다. (solid media (구리선, 광케이블, 동축케이블) 을 타고 구부러진 선을 따라 signal 전송)

signal : bit를 포함하는, media 내에서의 전송 단위

unguided media: 전파(4g, 5g...) 등을 타고 매개체 없이 자유롭게 전송

 

유선 종류

TP: Twisted Pair (2개 구리선을 꼬아서 pair 로 만들고, 4개의 pair를 하나로 모아 만든 선)

Category 5, 5E, 6 로 구분되어 있다. 등급이 높을 수록 전송 속도가 빠르다.

 

Coaxial Cable (동축케이블)

양방향 전송이 가능한 케이블

과거 케이블 TV를 통해 TV도 보고 인터넷도 사용하던 시절에 사용했다.

 

Fiber optic cable (광케이블)

전송 속도가 제일 빠르고, 에러율도 낮다.

하지만 설치 비용, 구매 비용이 비싸서 경제적 이유로 많이 사용하지는 않는다.

 

무선 종류

Wireless Radio

다양한 band (대역)을 통해서 signal 이 전송된다.

"wire" 가 없으며, "half-duplex" 특징을 가진다.

"half-duplex" 는 양방향 통신이 가능하지만, '동시에' 할 수는 없음을 의미한다.

또한 무선을 사용하는 경우, 반사되거나 물체에 막히거나, 간섭을 받는 등의 영향을 받을 수 있다.

(그래서 교수님은 노트북을 유선으로 연결하신다고 한다)

 

아래와 같은 종류가 있다.

 

Wireless Lan (WiFi)

wide-area (4g/5g celluar)

bluetooth (단거리, 제한된 전송률)

지상파 (terrestrial microwave)

위성통신(satellite): propagation delay가 있다. (270ms 정도)