[네트워크] Chap 1.2 - Packet Switching & Circuit Switching

Host: send packets of data

긴 msg를 short packets로 잘라서 보내는 이유

•  Less maximum delay in LAN
  여러명의 사용자가 하나의 링크에 access하는 경우(multiple access), 여러개의 패킷으로 잘라서 보내면 maximum delay가 감소한다.

 

•  Efficient delivery in WAN
  -  shorter end-to-end delay via parallel delivery among router
  -  less network workload for retransmission
      => 에러가 발생하더라도 에러가 발생한 unit만 다시 보내면 된다.

 

Each packet is individually delivered to the same destination host along the different path

→ flexible delivery (re-routing) but out-order delivery

 

 

MTU(Maximum Transmission Unit) 

• Max amount of data can be transmitted in a single packet w/o fragmentation
  = size of a packet (= IP_Header + IP_Payload) <= the size of payload of a frame.

Header
메시지를 잘 전달하기 위한 정보가 들어 있다. 보내야 하는 주소가 적혀 있고, 라우터는 이 주소를 routing table에서 참조하여 올바른 link로 보낸다. (택배 상자의 운송장과 비슷, 택배 기사가 내용물은 모르고 전달만 하듯이, 라우터 역시 패킷의 헤더만 볼 뿐 안에 있는 메시지 내용은 알지 못함)
이 메시지가 각 계층을 거치면서 전송되는 동안 올바른 전송을 위해 필요한 정보를 덧붙이거나 제거하는 과정도 발생한다.

Payload
실제로 전달하고자 하는 메시지 내용이 들어 있다. (택배 상자의 내용물이라고 이해하면 쉽다.

• 링크 종류에 따라 다름 (ex. Etherent: 1500bytes).
• MTU가 크다고 속도가 빠른것은 아님.
• 만일 라우터가 MTU가 큰 링크에서 작은 링크로 forwarding 할 경우 IP fragmentation이 필요할 수 있음.
• 내 PC에서 사용하는 interface의 MTU 확인하는 방법 : netsh interface ipv4 show subinterfaces 
• 내 PC에서 MTU를 설정하여 ping 하기 : ping -f -l <MTU size> <IP address or URL>

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Circuit switching : FDM and TDM

circuit switching

end-to-end (between source & destination) resources reservation before communication

communication 전에 미리 provision, 어떤 resource를 쓸 지 다 set up해놓음!

누가 들어왔을 때 available한 link가 있으면 라우팅. 라우팅이 시작되면 이 통신이 disconnect 될 때까지는 해당 bandwidth가 아무도 못쓰게 막아짐.

• route (길을 찾고), 어떤 회선을 쓸 지 미리 set up → 통신 중에는 delay 없음 → 속도 ↑
• dedicated resources → no sharing
• guaranteed performance
• 주로 telephone network에 사용

 

FDM (Frequency Division Multiplexing)

－frequency를 미리 분리해 놓아 준비해놓아 동시 전송 가능
   (ex. 12kbps짜리를 3kbps 4개로 끊어서 준비. 4명의 user에게 항상 3kbps 보장.)

 

TDM (Synchronous Time Division Multiplexing)

－link를 시간대별로 고정된 time slot으로 나눠서 사용 (packet switching과 유사)

－all time을 12kbps를 써야 full rate를 썼다고 말할 수 있음. TDM은 일정 시간만큼만 12kbps를 쓰므로
     →  4 users가 full rate으로 사용 가능한 시간은 1/4 → 평균적으로 3kbps

 

Packet Switching의 Statistical Time Division Multiplexing

지정된 time slot이 아니어도 link가 available하면 바로 transmission 가능

Queue가 있어, 큐가 비어있으면 바로 쓸 수 있음(Synchronous TDM과의 차이점)

buffer 사용 → Queueing delay / 각 packet에 header 필요 (bit overhead O)

intermittent & bursty 한 traffic에 적합 

 

Each packet can be transmitted when a link is available

장점 - One user can use a full transmission rate of a link(R)

단점 - Each packet should include destination address in header  →  bit overhead (cost↑)

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Packet Switching

Basic operation of packing switching network : store - and - forward

1. Store (L bits) in an input buffer
2. checking the forwarding table to find the output link (via which the packet will finally arrive at its destination computer.)
3. switching the L-bit packet from the input buffer to the output buffer of the output link
4. may be waiting in the output buffer (queueing delay) 
5. transmitted (L/R sec delay incurred for transmission)

 

Routing vs forwarding in the packet switching network

Routing	end-to-end (source-destination) → 전역적! (global)	routing algorithm을 사용 -> source-destination간의 경로를 결정 (=지도를 보는 사람)
Forwarding	one router → 지역적! (local)	forwarding table을 이용하여 라우터의 input link로 들어온 패킷을 라우터의 output link로 보내는 것 (=운전대를 잡은 사람)

• Routing is to determine the end-to-end path from a source host to a destination host by exchanging control messages among routers.
• Forwarding is to switch a packet from an input port to an output port at one router using the forward table (Forwarding Information Base, FIB). 

 

 

Packet Switching : Queueing delay, loss

Queueing delay

- 라우터의 output buffer에서 transmission을 대기하면서 발생하는 지연

- arrival rate(링크에 도착하는 속도) > transmission rate(링크에서 나가는 속도) 이면 queueing delay 발생

 

(Packet) Loss

- output buffer가 가득 찬 상황에서 추가로 데이터가 들어와 기다릴 자리가 없는 경우 발생

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Internet Structure

a "network of networks"

인터넷 구조는 여러개의 ISP를 거쳐 연결되는 multi-tier hierachy 구조이다.

access ISP → regional ISP → global ISP

 

서로 다른 ISP를 연결하는 방법 : 2가지 (IXP, Peering)

 

IXP (Internet Exchange Point)

third-party 회사(ISP들을 연결하는 제3의 회사)에서 제공하는 링크를 이용해 다중의 ISP들이 한 지점에서 연결되는 방식

(KT, LG U+, SK broadband, KINX 등 링크를 파는 쪽)

 

Peering

두 ISP들끼리 payment 없이 직접 연결되는 방식

서로 주고받는 트래픽의 양이 유사하고, 우호적인 관계일 때 주로 사용됨.

 

PoP (Point of Presence)

상위 provider ISP가 customer ISP에게 제공하는 라우터들이 모여있는 지점

 

Multi-homed

최소 2개 이상의 provider ISP(상위 계층)에 가입

어떤 ISP에 문제가 생겨도 정상적인 서비스를 유지함으로써 신뢰도를 높일 수 있음. → reliable 서비스 제공

 

 

 

 

 

CPN (Content Provider Networks) or CDN (Content Delivery/Distribution Network)

 

- content 사업자가 가입자가 많을 것 같은 지역에 망, 서버 등을 미리 구축하여 사용자에게 직접 content를 전송

- content 사업자는 서비스 사용자들이 밀집한 지역을 중심으로 필요한 용량만큼 적절하게 망을 구성할 수 있어 망을 임대(인터넷에 가입)하는 경우보다 비용이 저렴하고, service를 더 잘 제어할 수 있다. 

- CDN의 목적 : 사용자들이 느끼는 latency 감소, 더 빨리 서비스를 제공 (by wisely locating caches closer to users)

- CPN, CDN은 compatible하나, CDN이 더 widely하게 사용된다.

- But, CPN or CDN may be not a Tier-1 ISP! → Tier-1급 ISP가 될 수는 없음. (전세계의 사용자들에게 접근하기 위해서는 Tier-1급 ISP에 연결되어야 한다.)

 

 

Tier-1 ISP

- 최상위 ISP (national ~ international 범위)

- 돈을 지불하지 않음 (tier 1이 아닌 애들은 customer ISP한테 인터넷 서비스 제공을 위해 비용 지불)

- ex. Level3, Sprint, AT&T, NTT, KT, SK, LG U+

 

Content Provider Network

- 나의 컨텐츠를 많이 보는 애들한테 더 빨리 서비스하기 위한 목적

- ex. Google