컴퓨터 네트워크 1장 - 네트워크의 가장자리

컴퓨터 네트워크(특히 인터넷)의 구성요소에 대해 살펴본다.

• 종단 시스템(End system)은 웹브라우저 프로그램, 웹 서버 프로그램, 전자메일 클라이언트 프로그램 또는 전자메일 서버프로그램 같은 애플리케이션을 수행함으로 호스트(host)라고 부르기도 함
• 호스트는 클라이언트(Client)와 서버(Server)로 구분 됨

네트워크 엣지에서 서버는 주로 데이터 센터에 위치

• 사용자나 장치들이 네트워크에 접속하는 지점에서 데이터 센터에 위치한 서버들이 요청에 대한 응답을 제공하는 상황을 나타냄
• 사용자들이 네트워크를 통해 서버로 접근할 때, 이 서버들은 주로 데이터 센터에 위치하여 필요한 서비스를 제공

1.2.1 접속 네트워크

종단 시스템을 먼 거리에 위치한 다른 종단 시스템까지의 경로 상에 있는 첫 번째 라우터(가장 자리 라우터(edge router))에 연결하는 네트워크를 말함

1. 가정 접속: DSL,케이블, FTTH, 5G 고정무선
2. 기업 접속: 이더넷, 와이파이
3. 광역 무선 접속 : 3G,LTE 4G, 5G

DSL(Digital subscriber line)

가정은 유선 로컬 전화 서비스를 제공하는 같은 지역 전화 회사(telco)로부터 DSL 인터넷 접속 서비스를 받는다.

 

가정의 DSL 모뎀은 텔코의 지역 중앙국(Central Office, CO)에 위치한 DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer)과 데이터를 교환하기 위해 기존 전화 회선을 이용한다.

1. 가정의 DSL 모뎀은 디지털 데이터를 받아서 전화선을 통해 CO로 전송하기 위해 고주파 신호로 변환
2. 여러 가정으로부터의 아날로그 신호는 DSLAM에서 디지털 포맷으로 다시 변환된다.

가정 전화 회선은 데이터와 전통적인 전화 신호를 동시에 전달하며 이것들은 다른 주파수 대역에서 인코딩된다.

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• 고속 다운스트림 채널 : 50 kHz ~ 1 MHz 대역
• 중간 속도의 업스트림 채널 : 40 ~ 50 kHz 대역
• 일반적인 양방향 전화 채널 : 0 ~ 4 kHZ 대역

이 방식은 단일 DSL 링크가 3개의 분리된 링크처럼 보이게 하여 하나의 전화 회선과 인터넷 연결이 동시에 DSL링크를 공유할 수 있게 한다.

 

DSL 표준

• 다운스트림 속도: 24 Mbps, 52 Mbps
• 업스트림 속도: 3.5 Mbps, 16 Mbps

다운스트림과 업스트램 속도가 다르기 때문에 이 접속방식을 비대칭(asymmetric) 이라고 한다.

케이블 인터넷 접속, HFC(Hybrid Fiber Coax)

가정은 케이블 TV 서비스를 제공하는 같은 회사로부터 인터넷 접속 서비스를 받는다.  케이블 헤드엔드를 이웃 레벨 정션에 연결하며 이로부터 개별 가정과 아파트에 도달하는 데 전통적인 동축케이블이 사용된다.

케이블 인터넷 접속은 케이블 모뎀이라고 하는 특별한 모뎀이 필요하다.

 

케이블 모뎀

• 케이블 인터넷 접속을 위한 모뎀
• 외장형 장치
• 이더넷 포트를 통해 가정 PC와 연결
• 비대칭 접속
• 전송률: 다운스트림 채널> 업스트림 채널 
• 헤드엔드 -> 다운스트림->가정
• 가정 -> 업스트림 -> 헤드엔드

1.2.2 물리 매체

물리 매체가 무엇인지 정의하기 위해 비트를 알아야한다.

한 종단 시스템에서 여러 링크와 라우터를 거쳐 다른 종단 시스템으로 한 비트가 전달되는 상황을 생각해보자.

• 이 비트는 여러 라우터를 거치게 된다. (첫 번째 라우터 : 비트를 수신, 전송 → 두 번째 라우터 : 비트를 수신 , 전송 → 세번째 라우터 .......) 이 과정이 계속된다. 각 송신기-수신기 쌍에 대해 이 비트는 물리 매체상에 전자파나 광펄스를 전파하여 전송한다.
• 물리 매체는 여러 형태이며 경로상의 각 송신기-수신기 쌍에 대해 같은 유형일 필요는 X
• ex) 꼬임쌍선, 동축케이블, 다중모드 광섬유 케이블, 지상파와 위성파
• 물리 매체(동선, 광케이블)의 실제 비용은 다른 네트워킹 비용에 비해 상대적으로 매우 적음. 물리매체의 설치와 관련된 노임이 매체 비용보다 훨씬 많이 듬. 이러한 이유로 시공자들은 꼬임쌍선과 광섬유 또는 동축케이블을 설치 -> 추가 선을 포설 하지않음으로써 경비절약, 다른매체도 사용 기능

꼬임쌍선

• 가장 싸고 가장 많이 이용하는 전송 매체 -> 전화기에서 전화국 스위치까지 유선 연결의 99% 이상이 이를 이용. 대부분의 가정과 직장에서 사용
• 2개의 절연 구리선, 각각은 약 1mm 굵기로 규칙적인 나선 형태로 배열
• 이웃하는 쌍들 간에 전기 간섭을 줄이기 위해 선들이 꼬여 있는 것이며, 이러한 한 쌍의 선이 하나의 통신 링크를 구성
• Category 5: 100Mbps, 1 Gbps Ethernet
• Category 6: 10Gbps Ethernet
• LAN 데이터 전송률: 10Mbps~ 10Gbps => 전송선의 두께와 송신기와 수신기의 거리에 따라 다름

동축케이블

• 꼬임쌍선처럼 2개의 구리선으로 되어 있으나, 두 구리선이 평행하지 않고 동심원 형태를 이룸
• 데이터 전송률 : 동심원 형태의 구조와 특수 절연 및 차폐를 가지고 있어 꼬임쌍선보다 더 높은 데이터 전송률을 얻을 수 있음
• 유도 공유 매체으로 사용 할 수 있다.
• 여러 종단 시스템은 케이블에 직접 연결할 수 있고 모든 종단 시스템은 다른 종단 시스템이 전송하는 모든 것을 수신

광섬유

• 비트를 나타내는 빛의 파동을 전하는 가늘고 유연한 매체
• 초당 10~100기가비트에 이르는 높은 비트율을 지원한다.
• 전자기성 간섭에 영향을 받지 않는다.
• 100 km까지는 신호 감쇠 현상이 매우 적다.
• 태핑(tapping, 도청)하기가 어렵다.
• ex)광역 전화 네트워크, 해저링크, 인터넷의 백본

지상 라디오 채널

• 전자기 스펙트럼으로 신호를 전달한다.
• 물리 선로를 설치할 필요가 없다.
• 벽을 관통할 수 있다.
• 이동 사용자에게 연결성을 제공하며, 먼 거리까지 신호 전달이 가능하다
• 신호에 reflection(반사) , obstruction by objects(신호 전파 방해), interference(관섭) 생길 수 있다.

위성 라디오 채널

• 지상 스테이션이라는 둘 이상의 지상 기반 마이크로파 송신기/수신기를 연결한다.
  1. 한 주파수 대역으로 전송 신호를 수신
  2. 리피터(repeater)를 통해 그 신호를 재생
  3. 그 신호를 다른 주파수 대역으로 전송

용량 비교: 광 섬유 > 동축케이블 > 꼬임쌍선