컴퓨터 네트워크 하향식 접근 / C1 컴퓨터 네트워크와 인터넷 - 1.2 네트워크의 가장자리

1.2 네트워크의 가장자리

인터넷에 연결되는 컴퓨터와 같은 장치들은 컴퓨터 네트워크 용어로는 종단 시스템이라고 불린다

이들이 인터넷의 가장자리 = 끝에 존재하기 때문에 종단 시스템이라 불린다

 

종단 시스템은 여러가지 애플리케이션을 수행하기때문에 호스트 = host라고 불린다

즉, 종단 시스템 end system = 호스트 host는 같은 개념이라고 생각하면 된다

 

호스트는 때때로 클라이언트 client 와 서버 server로 구분된다

 

비공식적으로

클라이언트 = 컴퓨터, 스마트폰 등을 의미한다

서버 = 데이터를 릴레이하는 더 강력한 기능을 갖춘 컴퓨터

 

1.2.1 접속 네트워크

접속 네트워크 access network

종단 시스템을 그 종단 시스템으로 부터 먼 거리에 있는 다른 종단 시스템까지의 경로상에 있는 첫 번째 라우터(edge router)에 연결하는 네트워크

 

가정 접속 : DSL, 케이블, FTTH, 5G 고정 무선

현대에서 가장 많이 보급된 것

1. DSL digital subscriber line
2. 케이블

 

일반적으로 가정 = 주거단위는 지역 전화 회사로부터 DSL 인터넷 접속 서비스를 받는다

따라서 DSL을 사용할 때 고객의 텔코 telco가 ISP도 된다

텔코(telco)는 telecommunications company의 줄임말입니다.
전화망, 인터넷망 등 유선·무선 통신 인프라를 구축하고 서비스하는 통신 사업자를 뜻합니다.

 

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

• 고속 다운스트림 채널
  50 khz - 1mhz
• 중간 속도의 업스트림 채널
  40~50 khz
• 일반적인 양방향 전화 채널
  0~4 khz

이 방식은 단일 DSL 링크가 3개의 분리된 링크인 것 처럼 보이게 하여 하나의 전화 회선과 인터넷 연결이 동시에 DSL 링크를 공유할 수 있게 해준다 = 주파수 분할 다중화 기술

 

사용자의 스플리터 splitter는 가정에 도착하는 데이터와 전화 신호를 분리하여 데이터 신호를 DSL 모뎀으로 전송한다

 

텔코 쪽의 co에 있는 DSLAM은 데이터와 전화 신호를 분리하고 데이터를 인터넷으로 송신한다

수천의 가정들이 하나의 DSLAM에 연결된다

 

DSL은 빠른 속도의 다운스트림과 느린 속도의 업스트림을 포함하는 여러 전송률을 정의한다

다운스트림과 업스트림의 속도가 다르기 때문에 이 접속 방식을 비대칭 asymmetric이라고 한다

 

실제 다운스트림과 업스트림의 속도는 실제 표기보다 작을 수 있다

• DSL 제공자가 계층 tiered 서비스로 제한이 가능하기 때문이다(통신사 요금제와 같은 제한 사항)
• 최대 전송률이 가정과 co간의 거리, 꼬임쌍선의 규격 gauge, 전기적 간섭 정도에 따라 제한이 발생할 수 있다

케이블 인터넷 접속 cable internet access

케이블 tv 회사의 기존 케이블 tv 인트라스트럭처를 이용한다

이때 가정은 tv 서비스를 제공하는 같은 회사로부터 인터넷 접속 서비스를 받는다

 

이때 광케이블은 케이블 헤드엔드 head end를 이웃 레벨 정션 junction에 연결하며 이로부터 개별 가정과 아파트에 도달하는 데 전통적인 동축케이블이 사용된다

광케이블과 동축케이블 모두 이 시스템에서 채택하고 있게 때문에 HFC hybrid fiber coax라고 부른다

 

케이블 인터넷 접속은 케이블 모뎀이라고 하는 특별한 모뎀이 필요함

케이블 모뎀은 보통 외장형 장치이며 이더텟 포트를 통해 가정 PC와 연결된다

 

헤드 엔드에서 CMTS cable modem termination system는 DSL 네트워크의 DSLAM과 유사한 기능을 제공한다

CMTS (Cable Modem Termination System)

• 위치: 케이블 회사 헤드엔드에 설치됨.
• 역할: 각 가정의 케이블 모뎀과 신호를 주고받는 장치.
• 기능:
  • 케이블 모뎀에서 보내는 데이터를 수집해 IP 네트워크(인터넷 백본)으로 전달.
  • 인터넷에서 들어오는 데이터를 다시 케이블 모뎀 쪽으로 분배.
• 요약: 케이블 네트워크에서 모뎀들의 “집합 지점 + 변환 장치” 역할.

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DSL (Digital Subscriber Line)

• 전화선(구리선)을 이용한 인터넷 접속 기술.
• 기존 아날로그 전화선과 달리 고주파 대역을 사용해 음성 통화와 인터넷을 동시에 가능하게 함.
• 종류: ADSL, VDSL 등 속도와 대칭성에 따라 나뉨.

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DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer)

• 위치: 전화국이나 지역 교환국.
• 역할: 여러 가정의 DSL 회선을 모아 하나의 고속 인터넷 백본망으로 연결.
• 기능:
  • 각 집의 DSL 모뎀과 통신.
  • 데이터를 모아서 ISP 네트워크로 전달.
• 요약: DSL 네트워크에서 “집합 지점 + 변환 장치” 역할.

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관계

• CMTS ↔ DSLAM
  • CMTS는 케이블 네트워크용, DSLAM은 DSL 네트워크용.
  • 둘 다 “여러 가정의 모뎀 신호를 모아 ISP 백본망과 연결하는 장치”라는 점에서 동일한 기능을 함.

 

케이블 모뎀은 HFC 네트워크를 2개의 채널, 다운 스트림과 업 스트림 채널로 나눈다

HFC는 Hybrid Fiber-Coax의 약자다.

정의

• 광섬유(Fiber)와 동축케이블(Coaxial cable)을 혼합해 만든 네트워크 구조.
• 원래 케이블 TV 서비스를 위해 설계됐으나, 인터넷 접속에도 활용된다.

구조

1. 광케이블 구간
   • 케이블 회사의 **헤드엔드(Head End)**에서 지역 노드(정션, Junction)까지는 광섬유로 연결된다.
   • 대역폭이 크고 손실이 적어 장거리 전송에 적합하다.
2. 동축케이블 구간
   • 지역 노드에서 개별 가정이나 아파트까지는 기존의 동축케이블을 사용한다.
   • 설치 비용을 줄이고, 기존 케이블 TV 인프라를 그대로 활용할 수 있다.

특징

• 다운스트림 채널: 인터넷 데이터와 TV 신호가 광→동축을 거쳐 가정으로 전송된다.
• 업스트림 채널: 가정의 케이블 모뎀에서 인터넷 데이터를 역방향으로 전송한다.
• 양방향 통신을 지원하면서도 기존 케이블 TV 망을 활용하므로 경제성이 있다.

요약

HFC 네트워크는 **“광케이블 + 동축케이블 혼합망”**이며, 케이블 인터넷의 기반 구조다.

접속은 비대칭이며, 보통 다운스트림 채널이 업스트림보다 빠른 전송률이 할당된다

낮은 전송 속도 계약 혹은 미디어 손실로 인해 최대 가능 속도가 실현되지 않을 수도 있다

 

케이블인터넷의 한 가지 중요한 특성은 공유 방속 매체라는 것이다

헤드엔드가 보낸 모든 패킷이 모든 링크의 다운 스트림 채널을 통해 모든 가정으로 전달된다

가정에서 보낸 모든 패킷은 업스트림 채널을 통해 헤드엔드로 전달한다

 

여러 사용자가 다운스트림 채널에서 다른 비디오 파일을 동시에 수신하고 있다면 각 사용자가 비디오 파일을 수신하는 실제 수신율은 다운스트림 전송률보다 상당히 작아진다

 

다운스트림을 서로 나누어 사용해서 1/n이 되서 느려진다는것?

완전히 1/n로 나눠진다고 보기는 어렵다. 개념은 비슷하지만 실제 동작은 더 복잡하다.

원리

• HFC 같은 공유형 접속망에서는 여러 사용자가 같은 다운스트림 채널을 공유한다.
• 채널의 총 대역폭은 일정하기 때문에, 동시에 많은 사용자가 대량의 데이터를 요구하면 개별 사용자가 얻는 전송률은 줄어든다.

왜 1/n이 아님?

1. 트래픽 패턴
   • 어떤 사용자는 큰 파일을 다운로드 중이고, 다른 사용자는 웹 서핑만 하는 등 사용량이 다르다.
   • 따라서 균등하게 1/n로 떨어지지 않는다.
2. 스케줄링/분배 방식
   • CMTS가 각 사용자에게 시분할(TDMA)이나 채널 할당으로 전송 기회를 나눈다.
   • 이 과정에서 공정 분배가 아닌, 상황에 따라 더 많이 쓰는 사용자에게 더 많은 자원이 배정될 수 있다.
3. 프로토콜 특성
   • TCP 같은 전송 프로토콜이 혼잡 제어를 통해 자동으로 전송률을 줄이거나 늘린다.
   • 혼잡 구간에서는 개별 연결 속도가 조절되므로 단순 계산이 불가능하다.

요약

여러 사용자가 동시에 쓰면 개별 속도가 총 대역폭 ÷ 사용자 수보다 작을 수도, 클 수도 있다.
핵심은 공유 자원이므로 사용자가 늘어나면 체감 속도가 떨어진다는 점이다.

반대로 적은 수의 유저가 동시에 데이터를 요구하지 않는 상태에서 다운스트림을 사용한다면 전체 전송률을 사용할 수도 있다

업스트림 채널도 동일하다

 

이렇기에 분산 다중 접속 프로토콜은 전송을 조정하고 충돌을 피하기 위해 필요하다

 

기업 가정 접속 : 이더넷과 와이파이

기업, 가정 환경에서 LAN local area network은 일반적으로 종단 시스템을 가장자리 라우터에 연결하는데 사용된다

이더넷 기술이 가장 널리 사용되는 접속 기술이다

 

이더넷은 이더넷 스위치에 연결하기 위해 꼬임쌍선을 이용한다

이더넷 스위치 혹은 상호연결된 스위치들의 네트워크는 이제 다시 더 큰 인터넷으로 연결된다

 

무선 랜 환경에서 무선 사용자들은 기업 네트워크 = 유선 이더넷을 포함 에 연결된 AP access point로 패킷을 송신-수신하고 이 AP는 유선 네트워크에 다시 연결된다

 

와이파이로 알려진건 IEEE 802.11 기술이다

 

1.2.2 물리 매체

비트란 무엇인가

한 종단 시스템에서 여러 링크와 라우터를 거쳐 다른 종단 시스템으로 한 비트가 전달되는 것을 가정함

해당 비트는 여러 라우터를 거쳐 전송된다. 출발지 동단 시스템이 처름으로 그 비트를 전송하고 첫 라우터가 그 비트를 수신하고 다음 다루터로 전송하고 수신하고를 반복한다

따라서 비트가 출발지에서 목적지로 전달될 때, 일련의 송신기, 수신기 쌍을 거친다

 

각 송신기-수신기 쌍에 대해 이 비트는 물리 매체 physical media상에 전자파나 광 펄스를 전파하여 전송한다

 

물리 매체는 여러 형태가 존재하며, 송신기-수신기 쌍에 대해 같은 유형일 필요는 없다

 

물리 매체는 2개의 부류가 있다

• 유도 매체 guided media
  케이블과 같은 견고한 매체를 따라 파형을 유도한다
• 비유도 매체 unguided media
  대기와 야외 공간으로 파형을 전파한다

물리 매체의 실제 비용은 다른 네트워킹 비용에 비해 상대적으로 매우 적다

설치와 관련된 노임이 매체 비용보다 훨씬 많이 든다

이러한 이류로 대부분 꼬임쌍선, 동축케이블을 사용한다

이후에 확장하기 쉬워지기 때문이다

 

꼬임 쌍선

가장 싸고 가장 많이 사용하는 전송 매체

 

2개의 절연 구리선이고 규칙적인 나선 형태로 배열된다

이웃하는 쌍들 간 전기 간섭을 줄이기 위해 함께 꼬여있다

일반저그올 여러 쌍이 보호물에 싸여 한 케이블 안에 함께 묶여 있다

 

이러한 한 쌍의 선이 하나의 통신 링크를 구성한다

UTP unshielded twisted pair은 LAN에 가장 많이 이용하는 매체다

 

동축케이블

2개의 구리선으로 되어 있으나 평행하지 않고 동심원 형태를 이루고 있다

일반적으로 꼬임쌍선보다 더 높은 데이터 전송률을 가진다

 

유도 공유 매체로 사용할 수 있다

여러 종단 시스템은 케이블에 직접 연결할 수 있도 모든 종단 시스템은 다른 종단 시스템이 전송하는 모든 것을 수신한다

 

광섬유

비트를 나타내는 빛의 파동을 전하는 가늘고 유연한 매체

신호 감쇠 현상이 매우 적고 태핑 = 도청도 어렵다

광역 유도 전송 매체로 이용되며, 해저 링크에 주로 사용된다

 

고가이기 때문에 LAN이나 가정같은 근거리 전송에는 쓰기 어렵다

 

지상 라디오 채널

전자기 스펙트럼으로 신호를 전달한다

물리 선로를 설치할 필요가 없고, 벽을 관통할 수 있고, 이동 사용자에게 연결성을 제공하고 먼 거리까지 신호를 전달할 수 있다

 

전파 환경과 신호가 전달되는 거리에 많은 영향을 받는다

 

크게 3개의 그룹으로 구분된다 = 거리에 따라 근 중 장거리로 나뉜다

 

위성 라디오 채널

통신 위성은 지상 스테이션이라는 둘 이상의 지상 기반 마이크로파 송신기/수신기를 연결한다

위성은 한 주파수 대역으로 전송 신호를 수신하고 리피터를 이용하여 그 신호를 재생하며 그 신호를 다른 주파수 대역을 ㅗ전송한다

 

통신에는 두 가지의 위성이 사용된다

• 정지 위성 geostationary satellite
  지구 위 일정 위치에 영원히 머무른다
• 저퀘도 위성 low earth orbiting satellite
  지구에 가깝게 위치하고 고정되어 있지 않다