Networking - Overview

통신 네트워크

네트워크 평가 Criteria  성능 : Performance  Throughput, delay, jitter, loss…  Factors including number of users, type of transmission medium, hardware, software  신뢰성 : Reliability  Frequency of failure, recovery time of a network after a failure, network’s robustness in a catastrophe  보안 : Security  Protecting data from unauthorized access bps, speed ( 속도 ), bandwidth ( 대역폭 ), response time ( 반응시간 ), real-time ( 실시간 ) bps, speed ( 속도 ), bandwidth ( 대역폭 ), response time ( 반응시간 ), real-time ( 실시간 ) 에러 (error), 장비 손상 (failure), 견고성 (robustness) 안전 (safe), 프라이버시 (privacy)

LAN / WAN / MAN

Wireless PAN/LAN/MAN/WAN

Wireless Environment L/MMDS ~48 Mbps Low Data Rate High Data Rate PAN WAN MAN LAN 2G GSM/CDMA ~64 kbps 3/3.5G UMTS/EVDO/HSDPA 384 k~3 Mbps 4G LTE Mbps Sub-GHz ISM <100 kbps 50 (km) (m) RFID ZigBee 250 kbps Bluetooth1 ~1 Mbps Bluetooth2 ~3 Mbps a UWB >100 Mbps b ~11 Mbps a/g ~54 Mbps WiMax ~75/100 Mbps n >100 Mbps 5G 2020~ >Gbps

LAN / WAN / MAN

LAN - Local Area Network  Connects computers that are physically close together ( < 1 mile).  multi-access  Technologies:  Ethernet10  100 Mbps / 1 Gbps  (WIFI)11~54 Mbps

WAN - Wide Area Network  Connects computers that are physically far apart. ‘long-haul network’  example: Internet  may be combination of various networks  typically less reliable than LAN  Technologies:  telephone lines  cellular networks: 3G -> 4G  Satellite communications

MAN - Metropolitan Area Network  Larger than a LAN and smaller than a WAN - example: campus-wide network - multi-access network  Technologies:  coaxial cable  Microwave: (WiMAX/WiBro)

Other sizes  PAN (Personal area)  DAN (Desk area)  BAN (Body area)

Internet – background

Internet – early history  DoD: A distributed network, safe from Soviet Missile

통신 프로토콜  통신을 위한 통신 규약  두 개체간 정보 전달에 필요한 규칙 및 약속의 집합  서로 다른 기종의 컴퓨터간의 데이터 교환 필요성  통신 프로토콜의 기능  정보나 메시지를 동일한 크기로 나누고 재결합함  정보 또는 메시지에 존재하는 에러 감시와 제거  통신을 하는 두 개체간 흐름 제어 및 연결 제어, 동기화  여러 개의 메시지를 동시에 섞어 보내는 다중화 (Multiplexing)  예 ) TCP/IP, FTP, SMTP, HTTP, PPP, SLIP 등

통신 프로토콜 구조 OSI TCP/IP 데이터링크

Internet 통신 용어  회선교환 (circuit) vs. 패킷교환 (packet)  연결 지향 (Connection-oriented) vs. 비연결형 (Connection-less)  바이트 오더 (byte order)  멀티플렉싱 (multiplexing)  흐름 제어 (flow control)  에러 제어 (error control)  대화 모드 (mode of conversation)  멀티캐스팅 (multicasting)

교환 방식  교환방식 (Switching) : 정보가 오가는 경로를 정해 주는 방법  회선 교환 (Circuit Switch) 방식  데이터 전송 전에 물리적 회선을 결정하고 독점적 사용  데이터 전송이 끝나면 돌려줌. 예 ) 전화  패킷 교환 (Packet Switch) 방식  패킷 : 전송 정보에 주소와 제어 신호가 부가된 데이터 전송 단위  경로가 물리적으로 정해지지 않고, 패킷마다 다른 선로 이용  가능 예 ) 우편  선로의 독점과 데이터의 손실될 경우의 비효율성 개선  인터넷에서 이용하는 방식이며 빠르고 신뢰성 높음

Circuit switching vs. Packet switching 데이터 전송 연결 설정 연결 해제 데이터 1 전송 데이터 2 전송 데이터 3 전송 데이터 4 전송 ABCABC AB C

Connection-Oriented vs. Connectionless Service  연결 지향 (connection-oriented)  송신과 수신 프로세스간에 논리적인 경로를 미 리 설정 (ex. TCP)  경로 설정, 데이터 전송, 경로 해제의 3 단계  비연결형 (Connectionless)  사전에 결정된 경로 없이 각각의 데이터 패킷 이 독립적으로 전송됨 (ex. UDP, IP)

Connection-Oriented vs. Connectionless Service A B A B

Sequencing  Sequencing  전송되는 데이터 패킷의 순서  송신측과 수신측이 일치해야 함  연결 지향형  데이터 순서 유지됨  비연결형  데이터 순서 유지 안됨  수신측에서의 재조합 필요

가상 회선  가상 회선 (virtual circuit)  사전에 전송 경로를 설정하지만 독점하지는 않 음 3 b a A B 21 C

Byte Ordering  Different computer architectures use different byte ordering to represent multibyte values.  16 bit integer: Low Byte High Byte Low Byte Address A Address A+1

Big-Endian IBM 370 Motorola SunLittle-Endian IBM 80x86 DEC VAX DEC PDP-11 Byte Ordering Low ByteHigh Byte Addr AAddr A+1 High ByteLow Byte Addr AAddr A+1

Network Byte Order  Conversion of application-level data is left up to the presentation layer.  How do lower level layers communicate if they all represent values differently ? (data length fields in headers)  A fixed byte order is used (called network byte order) for all control data.

Guliver’s Travels  Big-Endian vs. Little Endian  Yahoo  Laputa Big-End Little-End

Multiplexing  ‘to combine many into one’  Many processes sharing a single network interface.  Multiple processes could use a single protocol.  Multiple connections use a single medium.

Multiplexing IP TCPUDP NIC Web FTPMedia Network

Multiplexing  FDM (Frequency Division Multiplexing)  TDM (Time Division Multiplexing)  CDM (Code Division Multiplexing) 주파수 (MHz) Cycle 1 Cycle 2Cycle 3

흐름 제어 (Flow Control)  흐름 제어  수신측의 용량이 초과하지 않도록 송신측의 전송 속도 를 제어  통신망의 용량을 초과하지 않도록 총 전송 데이터량을 제어  혼잡 제어 (congestion Control)  통신망의 특정 부분에 트래픽이 몰리는 것을 방지  데드락 (deadlock) 방지 Buffer

Sliding Window window SIZE = 8 SIZE = 4

에러 제어 (Error Control)  에러 검출 (Error Detection)  에러 정정 (Error Correction)  순방향 (Forward error correction): 수신측에서 정정  역방향 (backward error correction): 재전송  에러 검출 방법  Parity, Checksum, CRC  재전송 (Retransmission)  Stop-and-wait  Go-Back-N  Selective-Repeat ( 선택적 재전송 )

패리티 (Parity)  1 bit Error 를 검출  홀수 패리티, 짝수 패리티 (example) 전송 데이터 + 패리티 bit 전송 데이터 + 패리티 bit OK OK Error OK

Full- vs. Half-Duplex  Full-Duplex  transfer of data in both directions.  Half-Duplex  transfer of data in a single direction.  Simplex  transfer of data in one-way always

Broadcast, Multicast  Broadcast: from one host to all other hosts on the network.  Multicast: from one host to a group of hosts on the network.  Unicast: from one host to another host.  Anycast: from one host to a certain host of a group.

Buffering  Bufferring can provide more efficient communications.  Buffering is most useful for byte stream services. Process AProcess B Send Buffer Recv. Buffer

Address  Each communication endpoint must have an address.  Consider 2 processes communicating over an internet:  the network must be specified  the host must be specified  the process must be specified.  Ex)  :25 Network address Host address Port number

Address  Physical Layer: no address necessary  Data Link Layer  address determined by H/W provider  Ethernet address (48 bit)  Network Layer  address determined by network administrator  IP address (32 bit)  Transport Layer  Port number: to identify process  Telnet (21) FTP(23) SMTP(25) HTTP(8080)

IP address  IP address 는 물리적인 H/W 와는 독립적인 논 리적인 주소이며, Unique 하다.  IP address format (32 bit):    Broadcast address: 네트워크의 모든 bit 가 1,  IPv6  현재 IPv4 의 문제점을 개선  주소 공간 확대 (128 bit), QoS 지원, multicast, 이 동성

Summary: Internet 통신 용어  회선교환 (circuit) vs. 패킷교환 (packet)  Internet 은 패킷 교환 방식을 사용  연결 지향 (Connection-oriented) vs. 비연결형 (Connection-less)  TCP: connection-oriented ( 가상 회선 )  UDP, IP: connectionless  바이트 오더 (byte order)  멀티플렉싱 (multiplexing)  흐름 제어 (flow control)  TCP 간에 Sliding Window 프로토콜 구동  에러 제어 (error control)  TCP 에러 검출 : Checksum, TCP 에러 정정 : 선택적 재전송  대화 모드 (mode of conversation)  브로드캐스트, 멀티캐스트  IP 에서 ( 일부 ) 지원