[Network] Chapter 1-3. Networks core?

📝 “Computer Networking: A Top-Down Approach” 책을 공부하고 정리한 포스트입니다! :)

Chapter 1. Computer Networks and the Internet

1.3 Network core

🌐 The network core

Network core란, 라우터들이 상호 연결된 망을 의미한다.

link와 switch의 네트워크를 통해 데이터를 이동시키는 방법에는 Packet-switching과 Circuit-switching이 있다.

🌐 Packet-switching

• message의 길이가 길어지면 전송 시간이 오래 걸리기 때문에 resource sharing이 되지 않아 resource를 비효율적으로 사용하게 된다.
  ⇒ message를 packet으로 잘라 보낸다.
  ⇒ packet의 크기가 일정하기 때문에 전송시간도 일정하게 된다.
• host가 애플리케이션 계층 메시지를 packets으로 분할
  • 경로의 링크를 통해 한 라우터에서 다음 라우터로 패킷 전달
  • 각 packet transmit은 full link capacity로 일어난다.
• store-and-forward : 각 라우터는 packet 전체가 도달할 때까지 store하고 다 받으면 forward를 한다.
  
• no call set up
  • 경로가 set up이 안되있으므로 각 packet에 목적지의 주소를 명시해야 한다.
• no resource reservation
  
  • queuing delay 발생가능
    ⇒ congestion : 버퍼의 크기는 한정적이기 때문에 버퍼가 다 차면 packet loss가 발생할 수 있다.
  • 전달할 데이터가 생기고 link가 사용 가능하다면 바로 사용하고, link가 사용 중이라면 사용이 끝날 때까지 기다린다.

✏️Packet Switching에서 발생하는 Delay 종류 ➡️ Reference

1. Processing Delay
   • Packet이 정상적인 데이터인지 확인하는 시간.
   • Packet의 목적지가 어디인지 확인하는 시간.
2. Queuing Delay
   • Packet이 나가는 속도 < Router에 들어오는 속도 ⇒ Router는 들어오는 Packet을 Queue에 보관(대기)
   • packet loss : 만약 해당 Router에 대기하고 있는 Queue가 가득찬 상태에서 Packet이 들어오면 해당 Packet은 유실된다.
   • 사람이 많으면 네트워크 상에 packet이 많아지기 때문에 Queuing Delay는 네트워크 상에서 가장 문제가 된다.
3. Transmission Delay
   • 한 Packet이 첫번째 bit부터 마지막 bit까지 해당 Router를 빠저나가는 시간.
   • packet의 길이 / 전송 속도 = L/R bits
4. Propagation Delay
   • Router에서 그 다음 Router까지 도달하는데 걸리는 시간.

🌐 Two key network-core functions

1. Routing
   • global action : packet들에 의해 출발지에서 도착지까지의 경로를 결정한다.
2. Forwarding
   • local action : router의 input link에서 적절한 router의 output link로 도착한 packet을 이동

🌐 Circuit Switching

end-end resources에 할당되고, source와 destination 사이에 call에 의해 예약된다.

• telephone network에 주로 사용된다.
• user message를 전달하기 전에 반드시 call이 있어야 한다.
• call set up 과정에서는 source부터 destination까지의 경로를 결정하고, 경로 상의 자원이 예약된다.
• 마치 pipe가 연결된 것처럼 이동한다.
• dedicated resource : 자원이 공유되지 않아 성능(일정 전송률)이 보장된다.

✏️ FDM vs TDM

자원을 분할하는 방식이 있어야 한다. 분할하지 않는다면 한 명의 사용자만 사용할 수 있다. 자원을 분할하는 방법에는 다음과 같이 2가지가 있다.

• FDM (Frequency Division Multiplexing)
  • frequency를 몇 개의 대역으로 나누고 사용자별로 별도의 frequency를 사용
• TDM (Time Division Multiplexing)
  • 시간을 할당하여 사용자별로 돌아가면서 사용

🌐 Packet switching vs Circuit switching

❓ 사용자가 1Gbps Link를 공유한다고 가정하자. 또한 각 사용자는 활동 시간(100Mbps)과 비활동 시간을 반복한다고 한다. 그리고 사용자는 전체 시간에서 10%만 활동한다고 하자. 이 때, 어떤 방식이 더 효율적인가?

▶️ packet switching이 네트워크를 사용자를 더 많이 수용한다.

• circuit switching는 최대 10명 사용가능하다. 왜냐하면 각 사용자에게 100Mbps가 할당되어야 하는데, TDM에서 1초 프레임이 100msec마다 10개의 slot으로 나뉜다면, 각 사용자는 한 프레임에 한 번의 시간 슬롯이 할당된다.
• packet switching은 35명의 사용자도 사용가능하다. 왜냐하면

⇒ 자원을 계속 사용하지 않는 경우는 packet switching이 자원을 훨씬 효율적으로 사용할 수 있고, no call setup이므로 간단하다.

⇒ 하지만 congestion 가능성이 있다. 특히, audio나 video와 같은 streaming에서는 delay가 가장 중요한데, packet switching은 queuing delay로 인해 이를 보장할 수 없다.

↳ source 부터 destination 까지 data를 전달해주는 core의 역할에 대해 알아보았다. 방법은 크게 circuit switching과 packet switching이 있고, 각 장단점에 대해 알아보았다. 이제 core를 더 자세히 들여다보도록 하자.

🌐 Internet Structure : network of networks

core : router들이 networks의 network으로 link되어 있는 구조이다. 이는 경제적인 이유과 국제적인 이유로 계속 점진적으로 변해왔다.