Network core
packet switching, circuit switching, network structure
네트워크의 구성은 여러가지이다.
앞서 포스팅에 작성했던 네트워크 엣지, 엑세스 네트워크, 그리고 오늘 다루어 볼 네트워크 코어까지 ! 이 외에도 있지만 오늘은 네트워크 코어에 대해 배운 내용을 자세히 써보려고 한다.
1. 네트워크 코어란?
Mesh of interconnected router
- 수많은 라우터들이 그물처럼 얽혀있는 구조 즉, 라우터들의 연결
2. 네트워크에서 데이터가 움직이는 방법(데이터 교환 방식)
패킷교환(Packit Switching)과 회로교환(Circuit Switching)
패킷교환(Packit Switching)
: 호스트가 애플리케이션 계층메세지(layer message)를 패킷으로 분할 하여 전달한다. 여러 송신자들로부터 데이터를 한번에 받아들여 매 순간마다 복수의 수신자에게 전달하는 방식을 사용한다.
**패킷(packit) : 데이터를 보내는 단위이다.
**패킷은 (store-and-forward) 방식으로 전송된다.
- store and forward(축적 교환) - 라우터가 하나의 패킷을 다 받고, 다음에 전송한다. → 일단 들어오는 데이터를 버퍼에 담아 store하고 에러검출과 같은 처리를 한 이후 전달(forward)하는 과정이다.
- L/R 시간 걸림 ! → L-bit 패킷이 Rbps(bits/second)속도의 링크를 지날 때
- end - end delay = 2L/R (홉이 2개니까 ! )
홉(Hop)이란 ?
데이터 통신망에서 각 패킷이 매 노드(또는 라우터)를 건너가는 모습을 비유적으로 표현한 것 ex. 라우터 하나를 지나는 것을 한 홉(hop)이라고 한다.
- queue → 라우터에서 나가는 패킷 양 < 들어오는 패킷 양으로 queue (FIFO) 형태로 쌓인다.
- queueing and loss → 링크에 도착하는 속도가 링크 전달하는 속도보다 빠르면
- 패킷들이 queue형태로 쌓이고 link에서 전송되길 대기한다.
- if 메모리(buffer)가 다 차있다면 (fills up) 패킷들이 dropped(lost) - 손실(유실)된다.
**네트워크 코어의 핵심 기술(기능) → 패킷이 어디로 갈 지 판단하고 전송하는 기능을 수행한다 !
1)Forwarding
: 라우터의 input으로 들어오는 패킷을 올바른 output으로 보내는 기능 (forwarding table을 읽어서 routing에 의해 보낸다 ~ ) 2)Routing
: 패킷이 어디로 갈 지 판단하는 과정이다. 즉, forwarding table을 만드는 과정이며 라우팅 알고리즘을 판단한다.
회선교환(Circuit Switching)
: 소스와 타깃 사이의 ‘call’을 위해 예약된 end-end resource(노드 간 연결) 즉, 다이렉트로 교환을 해주는 방식이라는 뜻이다. 두 개의 네트워크 노드( 교재에서는 end-end라고 표시)가 통신하기 전 네트워크를 통해 전용통신 채널을(회로)을 설정한다. 그리고 연결된 기간동안 두 노드간 전용 물리적 경로 또는 회로를 설정하고 유지한다는 것이다.
- 장점 : 데이터를 안전하게 보낼 수 있다. 품질이 좋다. 통신이 길고 연속적일 때 선호된다.
- 단점 : 네트워크를 효율적으로 사용할 수 없다(비용이 많이 든다). 전용 채널을 사용하여 다른 데이터의 전송이 불가능하다.
회선교환 방식은 하나의 회선은 독점하게 되지만 회선안의 대역폭은 나누어 쓸 수 있기 때문에 대역폭을 어떻게 나나누어쓰는지에 대한 방식으로 FDM, TDM으로 나누어 볼 수 있다.
- FDM : 할당된 대역폭을 여러개로 나누어 사용하는 방식
- 공간을 지정하여 나눈다 ! 예를 들어보자면 나만의 전화선이 있다. 나만 사용할 수 있는 전화선이기에 타인이 나의 대역폭을 침범하거나 타인과 공유할 수 없다.
- TDM : 시간으로 분할하여 대역폭을 함께 사용하는 방식
- 대역폭을 누군가 독점하지 않고 시간으로 분할하여 함께 사용하는 방식이다. 예를 들어 전화선을 n시간씩 돌아쓸 수 있는 방식이다.
패킷 교환 vs 회선 교환
둘 중 어느하나가 ‘확실히’ 좋다고 섣불리 판단할 수는 없다. 하지만 ‘대체로 패킷교환이 낫다’라는 평이 많다. 그 이유를 수학적 관점에서 살펴보자 !
회선 교환을 통해 사용할 수 있는 방식으로는 10명의 user가 사용할 수 있다면 패킷 교환을 통해서는 35명의 user가 사용이 가능하다.
| 패킷교환 방식 | 회로 교한 방식 | |
| 구현 계층 | 네트워크 계층 | 물리 계층 |
| 통신 방식 | 디지털 네트워크를 통해 전송되는 데이터를 패킷으로 그룹화 | 전용 채널 또는 회로를 설정하여 사용 |
| 수신 순서 | 순서에 맞지 않게 수신되어 목적지에서 조합 | 소스에서 보내는 메세지와 동일한 순서로 수신 |
| 경로 유무 | 전용 경로 X | 전용 경로 O |
3. Internet Structure : Network of networks
네트워크 간의 연결 end system은 access network가 필요하고, 이 때 ISP가 access network역할을 했다. 이 ISP끼리 이어주는 것을 바로 network of networks라고 한다 !
- end system들(host라고 이해~ )은 access ISP(가입자 망)를 통해 인터넷과 연결된다.
- 임의의 두 호스트가 서로 패킷을 보낼 수 있다. →Access ISP끼리 연결되어 있어야한다.
- 경제적, 국가적 정책에 따라 연결되어 있어 매우 복잡하다 !
네트워크 구성 방법
- 모든 access ISP 들을 서로 연결해준다.
O(N^2)이 되는데 너무 복잡해진다. 전 세계의 ISP를 모두 연결하기에는 N이 너무 커진다 .
2. 중간에 하나의 큰 Global ISP를 둔다.
전세계의 ISP를 하나의 global ISP로 관리하는 것에는 어려움이 있다.
3. 여러개의 중간 ISP가 존재한다.
→ 어느 하나의 ISP에 몰리면 그 ISP가 힘들다 ~~ ! 그리고 서로 다른 ISP에 연결되어 있으면 ? 연결이 쉽지 않을 것이다.
4. IXP(Internet Exchange Point)와 Peering 활용하여 연결해주자
- IXP - ISP끼리 연결시켜주는 라우터
- peering - 가장 가까운 라우터끼리 연결
5. access net을 ISP와 연결해주는 regional net을 만드는 경우
특정 지역에서 여러 가입자 망들에게 본인들의 망을 이용하여 ISP를 지원해주는 것 → 가입자가 regional net에게 페이를 지불하고 regional net이 ISP로 망 사용료에 대한 페이를 지불하는 것
6. Content Provider network - 자체적으로 서비스를 제공해주는 네트워크(ex. 구글, 마이크로소프트)
구글은 전 세계에 데이터 센터들이 있고 이 데이터 센터들을 연결하기 위해 ISP를 거치지 않고 본인들이 직접 연결하는 private망을 가지고 있다. 즉, 이 망을 통해서는 구글 데이터만 이동하게 되어있다. 이러한 문제로 ‘망 중립성’과 같은 이익 충돌이 일어나기도 했다 !
7. 현재 인터넷 구조
수직적인 network 구조이다 !
[참고 및 출처]
[컴퓨터 네트워크] 1. Computer Networks and Internet(2)
데이터 교환 방식 : 회선 교환 방식(Circuit switching)이란 /장단점/ 패킷 교환 방식과의 차이점
회선 교환(Circuit Switching)과 패킷 교환(Packet Switching)
한국항공대학교 컴퓨터 네트워크 강의자료
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