[인터넷공학] Chap3. 네트워크 기술

인터넷 공학(2) 수업에 사용되는

쉽게 배우는 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크 [3판] / 박기현 / 한빛 아카데미

교재에 대한 연습문제를 정리한 내용이다.

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라우팅 기능

• 네트워크 양단에 연결된 호스트들이 전송하는 데이터는 전송 경로 중간에 위치한 라우팅 시스템을 거친다.
• 라우팅 시스템은 데이터를 최종 목적지까지 올바른 경로로 중개하는 교환 기능을 제공.
• 회선 교환 시스템은 고정 대역으로 할당된 연결을 설정하여 데이터 전송을 시작하므로 회선에 할당된 고정 크기의 안정적인 전송률로 데이터를 전송한다.
• 회선 교환 시스템은 연결형 서비스를 제공하고 고정 대역폭의 전송률을 지원하므로 네트워크 구조가 단순하다.
• 패킷 교환 시스템은 컴퓨터 네트워크에서 주로 이용하며, 데이터를 미리 패킷 단위로 나누어 전송하므로 패킷 기준으로 라우팅이 이루어진다.
• 각 패킷은 독립적인 라우팅 과정을 거쳐 수신 호스트에 도착.
• 패킷 교환 시스템은 비연결형 서비스를 제공하고, 가변 대역의 전송률을 지원해 네트워크 구조가 복잡하다
• 패킷 교환에는 가상 회선 방식(모든 패킷의 경로 일정히 유지. 회선 교환 방식과 같은 논리적 연결 설정 개념 도입.)과 데이터그램 방식(패킷들이 각각의 경로로 전송)이 있다.

패킷 교환 방식

• 인터넷에서 사용하는 패킷 교환 시스템의 장점
  → 전송 대역의 효율적 이용, 호스트의 무제한 수용, 패킷에 우선순위 부여
• 여러 호스트에서 전송한 패킷들이 동적인 방식으로 전송 대역 공유
  → 전송 선로 이용 효율 극대화
• 임의의 연결 요청에 고정 대역 할당하지 않으므로 이론상 호스트 무한 수용 가능. (전송 대역 부족할 일이 없으니 연결 설정 요청 다 수용 가능)
• 데이터의 전송 작업이 패킷 단위로 이루어져 패킷에 우선순위 부여하기 편리. 
  먼저 전송할 패킷과 나중에 전송해도되는 패킷 구분하여 선택적으로 우선순위 부여 가능.

가상 회선 방식

• 가상 회선 방식은 데이터를 패킷 단위로 나누어 전송하며 송수신 호스트 사이에 가상 연결을 지원하므로 모든 패킷의 전달 경로가 동일하다. → 동일 경로로 전송되므로 패킷의 도착 순서는 송신 순서와 일치.
• 연결형 서비스를 지원하기 위한 기능. 미리 설정된 논리적 연결을 통해 데이터 전송.
• 패킷 기능 지원 X.

데이터그램 방식

• 패킷 교환 방식에서 비연결형 서비스를 이용해 패킷을 독립적으로 전송하는 방식이다.
• 패킷 송신 전 연결을 설정하는 과정이 없어 미리 경로를 할당하지 않는다. → 전송되는 패킷들이 독립된 경로로 전달됨. (송신 호스트가 전송한 패킷이 독립적으로 라우팅 됨.) → 데이터의 도착 순서 바뀔 수 있다.
  => 수신 호스트에서 데이터의 순서 바로잡는 기능 필요.
• 일반적으로 전송할 정보의 양이 적거나 상대적으로 신뢰성이 중요하지 않은 환경에서 사용된다.

프레임 릴레이

• 여러 계층에서 수행되는 복잡한 오류 제어 기능 중 중복되는 부분을 제거해 패킷의 전송 속도를 높인다. 
  (낭비 요소 제거해 데이터 전송 속도 향상)
• 동일한 속도의 전송 매체로 고속 데이터 전송 지원하기 위해 고안되었다. 
  (신뢰도 높은 새로운 네트워크 환경 고려해 전송 오류 제어 기능을 더 효율적으로 처리하는 네트워크 프로토콜 작성하기 위해)
• 각 라우터의 개별 연결을 의미하는 홉 단위의 흐름 제어와 오류 제어 기능 수행하지 않는다. → 전송 패킷의 양이 줄어든다. // 전송 효율 높이는 원리
• 중복되는 오류 복구나 흐름 제어 기능 수행 X. (한 호스트에서 수신한 프레임 다른 호스트로 중개하는 역할만 한다.) → 데이터링크 계층 기능 단순 설계 가능.

버스형 LAN 구조

• 버스형은 공유 버스 하나에 여러 호스트를 직접 연결한다. // 구조
• 물리적으로 전송 매체를 공유하므로 임의의 호스트가 전송한 데이터를 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송하는 브로드캐스팅 방식으로 동작
  → 라우팅 기능 필요 없다.
• 헤더 정보에 포함된 수신 호스트 정보를 이용해 수신 호스트만 데이터를 내부 버퍼에 보관하고 나머지 호스트들은 데이터를 버림으로써 특정 호스트만 데이터를 수신. 
  → 이를 위해 호스트 정보 필요.
• 전송 데이터 헤더에는 오류 제어, 흐름 제어에 필요한 정보도 표기.
• 둘 이상의 호스트에서 데이터 동시에 전송하려 하면 공유 버스에서 데이터 충돌 발생 가능.
• 충돌 문제 해결 방안에는 사전 방지 방식(충돌 발생 가능성 차단)과 사후 해결 방식(충돌 허용 후 나중에 해결)이 있다.
• 이더넷(대표적 버스형 연결 형태)은 충돌 발생을 허용하고 후에 문제를 해결한다. (= 사후 해결 방식)

링형 LAN 구조

• 링형은 전송 호스트의 연결이 순환 구조인 링 형태. // 구조
• 데이터가 시계나 반시계 방향으로 전송 될 수 있고, 미리 정해진 한쪽 방향으로만 전송된다.
• 특정 호스트에서 전송한 데이터는 링을 한바퀴 돌아 송신 호스트로 되돌아 온다.
  → 송신 호스트가 되돌아온 데이터 네트워크에서 회수해야 한다.
• 링형에서는 토큰이라는 제어 프레임 사용해 충돌 가능성을 원천적으로 차단한다. 
  → 송신 호스트는 사전에 전송용 토큰 확보해야 한다.
• 네트워크에는 토큰이 하나만 존재하도록 설계되어 호스트 사이 충돌 발생할 가능성을 미리 차단할 수 있다.
• 토큰을 네트워크에 연결된 호스트 모두 순환 → 모든 호스트가 동등한 전송 기회를 가진다.

WAN

• 국가 이상의 넓은 지역을 지원하는 네트워크 구조.
• 점대점으로 연결 → 라우팅 기능 필요.
  +) LAN, MAN은 공유 버스 이용한 브로드캐스팅 지원 → 라우팅 기능 필요 X.
• 전송 매체를 이용해 호스트를 일대일으로 연결하는 방식으로 네트워크 확장.
• 호스트 사이의 거리가 멀다 → 연결 수 증가할 수록 전송 매체 많이 사용 → 비용 많이 든다.
• 호스트를 스타형, 트리형, 완전형, 불규칙형 등의 다양한 구조로 연결 가능하다.

인터네트워킹 장비

• 인터네트워킹이란 둘 이상의 서로 다른 네트워크를 연결하는 기능이다.
• 인터네트워킹 장비는 역할이 어느 계층에 속하느냐에 따라 종류가 달라진다.
• 물리 계층 ~ 네트워크 계층까지의 기능을 수행하는 장비는 라우터. 
  네트워크 계층의 라우팅 기능 수행 가능→ 여러 포트 사용해 다수의 LAN 연결 구조 지원.
• 리피터는 물리 계층의 기능을 지원. 
  양쪽 단의 물리적 특성이 같으면 한쪽 단에서 들어온 비트 신호 증폭하여 다른 단으로 단순 전달.
• 브리지는 물리 계층과 데이터링크 계층의 기능 지원. 
  한쪽 단에서 들어온 프레임의 MAC 계층 헤더를 다른 단의 MAC 계층 헤더로 전송할 수 있어 종류가 다른 LAN 연결 가능. (같은 종류 LAN은 수행 X)

트랜스페런트 브리지

• 라우팅기능이 투명하게 보여 라우팅 작업이 사용자의 부담 없이 이루어진다.
• 설치 과정에서 하드웨어의 조정, 소프트웨어의 변경, 주소, 라우팅 테이블 관련 사항 고려할 필요 X.
• 라우팅 테이블 정보가 정확해야 트랜스페런트 브리지 제대로 동작.
• 라우팅 테이블 내용이 비어 있으면 (프레임 수신자가 어느 쪽 포트에 위치하는지 판단 불가하면) 플러딩 알고리즘 사용해 입력된 프레임을 브리지의 모든 포트 방향으로 전달한다.
• 데이터 전달 과정에서 얻은 프레임의 송신 호스트 주소와 포트 번호의 정보를 라우팅 테이블에 반영.
• 역방향 학습 알고리즘은 네트워크 동작 과정에서 라우팅 정보 얻는 방식.

스패닝 트리 알고리즘

• 네트워크의 비순환 구조를 스패닝 트리라 하고, 이를 지원하는 알고리즘이 스패닝 트리 알고리즘이다.
• 역방향 학습 알고리즘 이용시 네트워크에 이중 경로가 존재하면 잘못된 라우팅 정보 얻게 된다.
  → 이중 경로 존재하지 않도록 네트워크 설계.
• 네트워크 설계 과정에서 순환 구조 만들어지면 네트워크의 논리적 연결 상태를 비순환 형태로 처리. 
  → 역방향 학습 알고리즘 올바르게 동작.
• 스패닝 트리 구성하려면 임의의 브리지를 루트(트리 구조 최상위 브리지)로 지정 후, 루트 브리지에서 다른 모든 브리지까지의 최단 경로 트리를 구성하는 방식으로 LAN 구축하는 과정 밟는다.

IP 인터네트워킹

• IP 인터네트워킹 지원하려면 송수신 호스트 간의 여러 네트워크 인터페이스를 거쳐 패킷 전달할 수 있어야 한다.
• 인터넷에 연결된 모든 시스템은 공통으로 IP 프로토콜 지원해야 하며, 하위의 데이터링크 계층에는 다양한 종류가 존재한다.
• 패킷을 올바르게 중개하기 위해 라우터들은 IP 프로토콜 기능 지원하며, 양 끝단의 송수신 호스트는 tcp/ip 응용 프로그램 이용해 통신.
• 라우터에는 양쪽 MAC 계층의 프레임 구조에 차이가 있을 때 이를 변환하는 기능 필요.
• 헤더 변환 과정과 별도로, 라우터 거치는 동안 전송되는 데이터가 특정 MAC 계층에서 전송하기에 너무 클 시 전송 데이터의 분할과 병합 과정 이루어진다.

인터넷 라우팅 방식

• 라우터의 역할 → 수신된 IP 패킷 최적의 경로로 전달. → 인터넷 전체 구조와 현재 상태에 대한 정보 활용해 경로 선택해야 한다. // 원리
• 대표적 라우팅 방식으로는 고정 경로 배정(송수신 호스트 사이에 불변의 경로 배정)과 적응 경로 배정(네트워크 연결 상태 변할 시 이를 패킷의 전달 경로에 반영)이 있다. // 원리
• 인터넷에서 사용되는 라우터는 적응 경로 배정 방식을 채택.
• 경로 결정 과정이 복잡해지면 이를 처리하는 라우터의 부담 증가. 
  인터넷처럼 복잡하고 거대한 네트워크에서 이것은 인터넷 자체의 트래픽 증가에 많은 영향을 미친다.

자율 시스템

• 자율 시스템은 다수의 라우터로 구성. 라우터들은 서로 공통의 라우팅 프로토콜을 사용해 정보를 교환. 
  자율 시스템은 동일한 라우팅 특성에 의해 동작하는 논리적인 단일 구성체. // 연동 원리
• 자율 시스템 내부에서 사용하는 공통 프로토콜은 내부 라우팅 프로토콜. 
  라우터들끼리 라우팅 정보 교환하는 용도로 사용한다.
  인터넷에서 사용되는 IGP에는 RIP, OSPF가 있다.
• 자율 시스템들 간에 사용하는 라우팅 프로토콜을 외부 라우팅 프로토콜이라 한다.
  인터넷에서 사용되는 EGP로는 BGP가 있다.
• 동일 자율 시스템에 위치한 라우터 사이에는 IGP를 사용하고, 서로 다른 자율 시스템을 연결하는 라우터 사이에는 EGP를 사용한다.

서비스 품질

• 데이터를 어느 정도로 신뢰성 있게 전송하는지를 의미.
• 네트워크의 QoS를 만족시키기 위해서는 물리 계층 포함 데이터 전송에 관여하는 모든 계층의 유기적인 협조가 필요.
• 연결 설정 지연은 연결 설정을 위한 request 프리미티브 발생과 confirm 프리미티브 도착 사이의 경과 시간이다.
• 전송률은 임의의 시간 구간에서 초당 전송 가능한 바이트 수.
• 전송 지연은 송신 호스트가 전송한 테이터가 수신 호스트에 도착할 때까지의 경과 시간.
• 전송 오류율은 임의의 시간 구간에서 전송된 총 데이터 수와 오류 발생 데이터 수의 비율.
• 연결 설정 실패 확률은 임의의 최대 연결 설정 지연 시간을 기준으로 연결 설정이 이루어지지 않을 확률.
• 우선순위는 다른 데이터 전송보다 먼저 처리함을 의미. 우선순위 높을 수록 더 좋은 서비스 제공받는다.