컴퓨터 네트워크 3, 4차시

Circuit Switching

• 전화망과 유사한 데이터 전송 방법
• 데이터 전송 전에 전용 물리적 경로(circuit)를 설정하여 데이터 전송 동안에는 다른 데이터가 이 경로를 사용할 수 없음
• 경로가 정해지고 바뀌지 않기 때문에 지연이나 데이터 손실이 발생하지 않으며, 데이터 전송률도 일정
• 대역폭이 낭비될 수 있고, 다른 데이터가 이 경로를 사용하지 못하므로 네트워크 리소스가 비효율적으로 사용될 수 있음
• 대용량의 데이터 전송에는 적합하지 않음

Packet Switching

• 데이터 전송 방법 중 하나
• 데이터를 작은 조각(packet)으로 나누어 전송
• 각각의 패킷은 목적지 주소를 가지고 있으며, 네트워크를 통해 독립적으로 전송됨
• 전송 과정에서 네트워크 리소스가 동적으로 할당되어 사용되며, 대역폭이 효율적으로 사용됨
• 데이터 전송 중 일부 패킷이 손실될 수 있으며, 순서가 뒤바뀔 수도 있음
• 따라서, 수신자는 패킷을 재조합하여 원래의 데이터를 복원함
• 대용량의 데이터 전송에 적합하며, 인터넷에서 가장 일반적으로 사용되는 데이터 전송 방법 중 하나

네트워크 품질

속도 (Bandwidth)

• 네트워크에서 데이터를 전송하는 속도
• 단위는 일반적으로 Mbps (메가비트/초)로 표기됨
• 속도가 높을수록 데이터를 빠르게 전송할 수 있음
• 네트워크의 대역폭(bandwidth)은 속도에 영향을 미치며, 대역폭이 높을수록 더 높은 속도를 제공할 수 있음
• 주파수 넓이와 전송률은 비례함
• mb/s, Mbps
  • mb/s (메가바이트/초): mb/s는 초당 전송되는 데이터의 크기를 메가바이트 단위로 표시 (1mb/s는 1초 동안 1메가바이트의 데이터 전송 속도)
  • Mbps (메가비트/초): Mbps는 초당 전송되는 데이터의 비트 수를 메가비트 단위로 표시(1Mbps는 1초 동안 1메가비트 데이터 전송 속도)
  • 둘 다 데이터의 단위 표시이지만 데이터의 크기, 전송되는 비트 수를 나타내는 차이가 있음.

지연시간 (Delay Time)

• Processing Delay (처리 지연 시간)
  • 패킷이 라우터에 도착했을 때, 라우터에서 패킷의 헤더를 확인하고 목적지를 찾아 전달하는 데 걸리는 시간
  • 라우터의 성능이나 패킷의 크기와 같은 요소에 따라 달라질 수 있음
• Queueing Delay (대기열 지연 시간)
  • 라우터에 도착한 패킷이 전송 대기열에 들어가 대기하는 시간
  • 라우터의 전송 대기열에 많은 패킷이 쌓이거나, 많은 사용자가 사용하는 경우에 이 지연 시간은 증가할 수 있음
• Transmission Delay (전송 지연 시간)
  • 패킷이 라우터에서 전송되는 데 걸리는 시간으로, 전송 시간은 패킷의 길이와 전송 매체의 대역폭에 따라 달라짐
  • 전송 매체의 대역폭이 좁으면 데이터를 보내는 데 걸리는 시간이 더 오래 걸리게 됨
• Propagation Delay (전파 지연 시간)
  • 패킷이 라우터에서 목적지까지 이동하는 데 걸리는 시간으로, 패킷이 이동하는 물리적인 거리와 전파 속도에 따라 결정됨
  • 두 지점 간의 거리가 멀수록, 전파 지연 시간은 길어짐

신뢰도 (Reliability)

• 네트워크에서 데이터가 손실되지 않고 목적지에 정확하게 도달하는 정도
• 패킷 손실이나 지연이 적은 경우 높은 신뢰도를 가진다고 할 수 있음
• 신뢰도는 네트워크의 안정성과 성능에 영향을 미치며, 안정적인 서비스를 제공하기 위해 중요한 요소 중 하나임

캐시 (Cache)

• 네트워크에서 자주 사용되는 데이터나 웹 페이지를 저장하는 임시 저장소
• 캐시를 사용하면 자주 사용되는 데이터를 빠르게 로드하여 네트워크 대역폭을 줄일 수 있음
• 캐시는 사용자 경험을 향상시키고 네트워크 부하를 줄이는 데 도움이 됨

패킷 손실 (Packet Loss)

• 데이터를 전송하는 과정에서 일부 패킷이 손실되는 경우를 말함
• 패킷 손실은 전송 속도나 신뢰도에 영향을 미치며, 데이터 복원에 문제를 야기할 수 있음
• 패킷 손실은 네트워크의 혼잡이나 장애 등으로 인해 발생할 수 있으며, 이를 최소화하기 위해 다양한 기술과 프로토콜이 사용됨

네트워크 계층화의 이유

네트워크 계층화의 이유 : 복잡한 네트워크 문제를 단순화하고, 효율적인 관리와 유지보수를 위함

• 대규모의 네트워크에서는 다양한 기능과 프로토콜이 동시에 작동하므로 전체적인 관리와 운용이 어려움
  • 계층화를 통해 각 계층마다 역할과 기능을 명확하게 정의하여 네트워크를 보다 효율적으로 관리할 수 있음
• 계층화를 통해 각 계층은 독립적인 인터페이스를 가지며, 계층 간의 인터페이스는 표준화되어 있음
  • 하위 계층과 상위 계층을 독립적으로 개발하고, 각 계층의 오류나 변경 사항이 다른 계층에 영향을 미치지 않도록 함
• 복잡한 네트워크 : 수천 대의 컴퓨터와 다양한 장치들이 연결되어 있는 큰 규모의 네트워크에서 발생하는 문제 말함
• 하나의 단일한 시스템으로 이해하기 어렵고, 여러 개의 시스템과 프로토콜, 장비 등이 복잡하게 연결되어 있기 때문에 분석과 해결이 어려움
• 하나의 컴퓨터에서 인터넷에 연결하는 과정에서 발생할 수 있는 다양한 문제의 예시
  • 인터넷에 접속하기 위해 필요한 네트워크 장비 및 소프트웨어 설치 및 구성
  • 인터넷 서비스 제공업체(ISP)와의 계약 및 인터넷 회선 이용 계획 수립
  • 컴퓨터와 라우터, 모뎀 등 장비 간의 연결 및 설정
  • 데이터 전송 중 발생하는 오류 및 패킷 손실 처리
  • 보안 문제(해킹, 바이러스 등)

네트워크 계층화

• 상위 계층에서 전송된 데이터를 패킷으로 분할하는 역할을 수행
  • 대량의 데이터를 작은 단위로 나누어 전송함으로써, 효율적인 데이터 전송
  • 분할된 패킷은 각각 독립적으로 전송됨으로써, 전송 중 발생하는 오류나 지연이 하나의 패킷에만 영향을 미치게 되므로 전체 전송 속도와 신뢰도를 향상
• 목적지까지 경로를 결정하는 기능 : 패킷을 목적지로 전달하기 위한 경로를 결정하는 기능을 수행하는데 이를 위해 라우팅 알고리즘이 사용됨.
  • 라우팅 알고리즘 : 라우터들이 서로 연결되어 있는 네트워크에서 패킷의 목적지 주소를 기반으로 최적의 경로를 찾는 방법
  • 목적지 : 패킷이 도착하길 원하는 최종적인 노드
  • 네트워크는 라우터와 라우터에서 패킷을 전송하는데 최단 경로, 최적 경로, 라우터의 부하 등을 고려하여 최적 경로를 결정함

네트워크 OSI 7 계층(OSI 7 Layer)

컴퓨터 네크워크에서 데이터 통신을 위한 표준 프로토콜을 개발을 위해 제안 됨.
각 계층은 특정한 기능을 수행하며, 서로 다른 계층 간에는 표준 인터페이스를 통해 상호작용

1. 물리 계층 (Physical Layer): 네트워크에서 데이터 전송에 필요한 물리적 매체(케이블, 광섬유 등)와 송수신 장치(리피터, 허브 등)다룸. 데이터를 전기적, 광학적, 기계적인 신호로 변환하고 전송함.
2. 데이터 링크 계층 (Data Link Layer): 물리적인 매체 상에서의 데이터 전송을 안정적으로 수행하기 위한 프로토콜을 제공. 프레임 단위로 데이터를 전송하며, 오류 제어와 흐름 제어를 수행.
3. 네트워크 계층 (Network Layer): 패킷 단위로 데이터를 전송하며, 목적지까지의 경로를 설정하는 기능을 수행. 라우팅을 통해 최적의 경로를 선택하고, IP 프로토콜을 사용하여 주소를 지정함.
4. 전송 계층 (Transport Layer): 데이터를 신뢰성 있게 전송하기 위한 기능을 제공함. TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol) 프로토콜을 사용하여 데이터의 전송을 관리하며, 오류 검출과 복구를 수행함.
5. 세션 계층 (Session Layer): 양 끝단의 응용 프로세스 간에 세션을 설정하고 유지하는 기능을 제공함. 세션의 시작, 종료, 동기화 등을 수행.
6. 표현 계층 (Presentation Layer): 데이터 표현에 대한 형식을 정의하고, 데이터의 암호화, 복호화 등의 기능을 수행함.
7. 응용 계층 (Application Layer): 응용 프로그램과 사용자 간의 인터페이스를 제공함. FTP, HTTP, SMTP 등 다양한 응용 프로토콜이 이 계층에서 동작함.