네트워크 엣지는 애플리케이션이 동작하는 host와 그 host를 연결하는 access network에 가깝고, 네트워크 코어는 여러 링크와 router가 packet을 다음 hop으로 전달하는 영역이다. 둘을 연결해 이해하려면 특정 회선 속도 목록보다 packet 하나가 각 링크를 지날 때 생기는 지연을 먼저 보는 편이 오래 남는다.
컴퓨터 네트워크 강의에서 정리했던 network edge와 core 메모를 다시 보니 L/R의 단위와 Internet 계층 구조처럼 고쳐야 할 부분이 있었다. 변하기 쉬운 숫자와 오래된 구성 그림을 덜어 내고 원리 중심으로 다시 정리했다.
엣지와 access network
엣지에는 노트북, 휴대전화, 서버처럼 애플리케이션을 실행하는 end system이 있다. access network는 이 host를 첫 router에 연결한다. 가정의 Ethernet·Wi-Fi, 이동통신망, 기업망과 데이터센터 network가 예다.
물리 매체는 크게 나눌 수 있다.
- 유도 매체: twisted-pair copper, coaxial cable, optical fiber
- 비유도 매체: radio link
HFC는 Hybrid Fiber-Coaxial의 약자다. 이름 그대로 구간에 광섬유와 동축 케이블을 함께 사용하는 구조이지 광섬유 또는 동축 하나만을 뜻하지 않는다. 실제 link rate는 매체 이름 하나로 정해지지 않는다. 적용 표준, 거리, signal 품질, channel 폭, 장비 설정과 다른 사용자의 공유 여부까지 영향을 준다.
코어와 packet switching
네트워크 코어의 router는 packet header와 forwarding 정보를 바탕으로 다음 link를 선택한다. Internet의 IP 전달은 일반적으로 packet switching과 statistical multiplexing을 사용한다. 여러 흐름이 링크 용량을 필요할 때 나눠 쓰므로 burst가 있는 traffic에 효율적이지만, 동시에 packet이 몰리면 queue가 생기고 buffer가 가득 차면 loss가 발생한다.
circuit switching은 통신 동안 자원을 예약하는 관점이다. FDM은 주파수 구간을, TDM은 시간 구간을 나누는 대표 방식이다. 예약된 자원 덕분에 예측 가능성을 얻을 수 있지만 사용하지 않는 순간에도 몫이 비어 있을 수 있다.
둘 중 하나가 모든 상황에서 우월하다고 말하기는 어렵다.
| 방식 | 얻는 것 | 감수할 것 |
|---|---|---|
| packet/statistical multiplexing | burst traffic에서 링크 공유 효율 | queue delay와 loss 가능성 |
| 자원 예약/circuit 관점 | 예측 가능한 몫 | idle capacity와 setup·운영 비용 |
packet switching에는 어떤 상태나 setup도 없다는 표현도 너무 넓다. IP datagram 전달의 핵심은 흐름별 회선을 미리 예약하지 않는다는 것이지만, 주변 control plane, NAT·firewall, traffic engineering과 QoS는 상태나 사전 설정을 가질 수 있다.
L/R은 전송 지연이다
길이가 L bit인 packet을 전송률 R bit/s인 link에 밀어 넣는 시간은 다음과 같다.
d_trans = L / R [seconds]
L/R은 비트당 전송 속도가 아니라 transmission delay다. 전파 지연은 별도다.
d_prop = link distance / propagation speed
router 한 곳에서 관찰하는 nodal delay는 보통 다음 항의 합으로 생각한다.
d_nodal = d_proc + d_queue + d_trans + d_prop
d_proc: header 검사와 forwarding 판단 등 처리 지연d_queue: 출력 link를 기다리는 queue 지연d_trans: packet bit를 link에 내보내는 전송 지연d_prop: signal이 매체를 따라 이동하는 전파 지연
두 개의 동일한 전송률 link를 store-and-forward 방식으로 지나고 처리·queue·전파 지연을 모두 0으로 놓은 특수한 모델에서만 총 전송 지연이 2L/R이다. 일반적으로 N개 link를 지나면 각 link의 L/R_i와 각 구간의 전파 지연, router 처리·queue 지연을 더해야 한다. 실제 queue 지연은 traffic 변화에 따라 달라진다.
Internet은 단단한 3단 피라미드가 아니다
Internet은 access ISP, regional·global transit provider, peering 관계, Internet Exchange Point(IXP), 그리고 자체 backbone을 운영하는 content provider network가 연결된 ‘network of networks’다. 한 조직이 여러 provider에 연결하는 multi-homing도 가능하다.
따라서 모든 traffic이 access → regional → tier-1이라는 한 경로만 따른다고 보면 안 된다. 두 network가 직접 peering하거나 IXP에서 traffic을 교환하고, content provider가 사용자와 가까운 지점까지 자체 network를 확장할 수 있다. peering의 정산 여부와 traffic 정책도 당사자 계약에 달려 있으므로 항상 settlement-free라고 단정할 수 없다.
기본 용어와 ping의 진단 범위는 네트워크 기초 학습 메모, TCP·IP·Ethernet·Wi-Fi의 역할은 TCP/IP 4계층 학습 메모에서 이어서 볼 수 있다.
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