Move Fast

▶ Switching

- 다수의 기기를 unicast 방식으로 서로 통신할 수 있도록 중간 장치(switch, router)를 설치하는 방법 (사실 multicast, broadcast 도 지원한다.)

- Point-to-Point(점대점) 연결 방식이다.

- Switch : 스위치에 연결된 둘 또는 다수의 기기들 사이에 일시적인 연결을 만들게 하는 하드웨어 또는 소프트웨어적인 기기이다. 스위치에 꼽힌 케이블을 통해 목적지 포트를 향해 데이터들이 전송된다. 계층별로 있으며 2계층 장비는 L2 스위치, 3계층은 L3 스위치라고 부른다.

- 스위치는 기기간의 연결이 아닌 중간장치의 역할이며, 하드웨어적인 기기의 경우 속도가 빠르나 유연성이 낮고 비용이 많이 든다.

▶ Switched Network

- 회선 교환 방식(Circuit-Switched Networks)

- 패킷 교환 방식(Packet-Switched Netwoks)

• 데이터그램 방식(Datagram Networks)

• 가상 회선 방식 (Virtual-Circuit Networks)

- 메시지 교환 방식(Message-Switched Networks)

▶ TCP/IP 통신 계층들과 스위칭 방식

- 물리 계층(Physical Layer, 1계층) : 회선 교환 방식이 이루어지며, 신호들이 하나의 경로 또는 다른 경로에서 이동한다.

- 데이터 링크 계층(Data-Link Layer, 2계층) : 패킷 교환 방식이 이루어지며, 일반적으로 가상회선 방식을 이용한다.

- 네트워크 계층(Network Layer, 3계층) : 패킷 교환 방식이 이루어지며, 가상 회선 방식과 데이터그램 방식 둘 다 이용한다.

- 응용 계층(Application Layer, 7계층) : 메시지 교환 방식을 이용한다.

▶ 회선 교환 방식의 네트워크 (Circuit-Switched Network)

- 물리 계층에 연결된 스위치들로 이루어진다. 즉, 주로 물리 계층에서 작용하는 네트워크로 하드웨어 측면에서 속도가 빠르다.

- 출발지와 목적지 사이의 하나의 연결이 하나 또는 다수의 링크들로 만들어진 망 자원을 전용으로 할당받는다.

- 각각의 링크는 주파수 분할 다중화(FDM) 또는 시 분할 다중화(TDM) 방식에 의해 n개의 채널들로 나누어 진다.

- 망이 전용자원으로서 할당되기 때문에 다른 사용자와 함께 사용할 수 없으므로 전송 중에 다른 데이터가 끼어들 수도 없다.

- 연결 개수가 제한되기 때문에 연결의 전체 시간측면에서 효율성이 떨어진다.

- 주로 전화망에서 사용하는 스위칭 방식이다.

- 연결 설정 단계 : 미리 연결을 설정한다. 이를 우리는 셋업 절차(setup)라고 표현한다.

• 데이터 전송 단계에서 이용되어질 자원을 예약한다.

• 이 자원들은 채널(타임 슬롯이나 주파수), 버퍼, 처리 시간, 입출력 포트를 의미하며, 데이터 전송 동안은 전용으로 할당되어진다.

• 종단간의 주소(End-to-end addressing)가 이용되어진다. ex) 출발지 및 목적지 IP 주소

- 데이터 전송 단계

• 데이터(세그먼트)는 패킷으로 분할되지 않고, 하나의 연속적인 흐름으로 전송된다.

• 주소는 헤더의 필드값에 저장되므로 데이터는 주소를 포함하지 않는다.

- 연결 해제 단계

• 자원을 해제한다.

- 미리 연결 설정하여 전용 자원을 할당하므로 실제 데이터만 전송할 때는 지연(delay)없이 데이터가 쭉 흘러간다.

▶ 회선 교환 방식의 네트워크 (Packet-Switched Network)

- 상위 계층(전송 계층, 4계층)에서 세그먼트가 캡슐화되어 3계층에 내려오면, 데이터그램이 되는데, 데이터그램은 세그먼트(4계층 헤더+데이터)와 3계층 헤더(IP헤더)를 포함한다. 즉, 오버헤드

- 상위계층으로부터 도착한 메시지(데이터그램)가 고정되거나 가변적인 크기의 패킷들로 나뉘어진다.

- 패킷에 대한 전용자원을 할당하지 않는다.

- FIFO(First-In-First-Out) 방식을 기반으로 자원이 할당된다.

- 스위치나 라우터에 큐(Queue)라는 버퍼가 있는데 버퍼가 꽉차면 큐잉 지연이 발생할 수 있다.

- Store-and-forward 방식 : 큐에 저장했다가 어디로 내보낼지 정한 뒤, 스위치(또는 라우터) 내부에 입력 버퍼에서 출력버퍼로 포워딩(forwarding)하는 방식이다.

- 주로 컴퓨터 통신에 이용되어진다. 데이터가 폭발적이므로 연결설정을 하지 않는다.

- 데이터를 패킷 단위로 작게 쪼개는 이유 : 메시지(데이터)가 클수록 오류 검출을 위한 오버헤드가 커지게 된다

▶ 데이터그램 방식의 네트워크 (Datagram Network)

- 패킷 교환 방식 중 하나로, 데이터그램이 패킷들로 분해된 후 각각의 패킷(나뉜 데이터그램)은 독립적으로 여겨진다.

- 연결 설정 단계가 없다.

- 수신측에서는 패킷들을 다 받아서 하나의 데이터그램으로 조합한다. 이 때, 패킷들 사이에 지연(delay)가 발생하여 데이터그램들이 목적지에 도착하는 순서가 어긋날 수 있다. 패킷이 하나라도 없으면 조합할 수 없기 때문이다.

- 패킷들은 전송 중에 손실되거나, 버퍼가 가득 차서 오버플로우가 발생하면 버려질 수 있다.

- 네트워크 계층(3계층)에서 주로 이용되는 방식이다.

- 링크를 사용자들이 돌아가면서 사용하기 때문에 하나의 링크를 이용할 수 있는 사용자 수가 많다. 따라서 회선 교환 방식보다 효율성이 높다.

- 라우터는 라우팅 프로토콜(Routing Protocol)이 만든 포워딩 테이블을 이용하는데, 포워딩 테이블에는 목적지 IP주소와 출력 포트번호가 저장되어 있다.

- 라우터는 패킷의 헤더에 있는 목적지 IP주소와 포워딩 테이블에 있는 IP주소를 비교한 뒤, 해당 IP주소에 맞는 출력 포트로 패킷을 포워딩한다. 모든 경로가 이런 방식으로 안내되어진다.

- 전체 지연 시간 = (transmission delay) +　(hop 수)*(propagation delay) +　(processing delay) + (queueing delay)

▶ 가상 회선 방식의 네트워크 (Virtual-Circuit Network)

- 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식의 혼합방식이다.

- 패킷 교환 방식 중 하나이지만, 연결 지향적인 네트워크로서 연결 설정 단계가 있다.

- 자원들은 셋업 절차나 필요 시에만 할당될 수 있다.

- 데이터는 패킷화되어지고, 각 패킷들은 연결 식별자(Virtual-Circuit Identifier, VCI)를 옮긴다.

- 모든 패킷들은 연결단계에서 설정된, 같은 경로를 따른다. 따라서 순서에 맞게 간다.

- 보통 데이터 링크 계층(2계층)에서 구현되며, 속도가 빠르다.

- 연결 단계에서 Global unique 주소가 연결 식별자(VCI)를 만들기 위해서만 이용되어진다.

- VCI는 스위치가 직접 관리하는 식별자로, 실질적으로 데이터를 전송할 때 이용된다. 숫자가 작고 Locally unique 주소라서 오버헤드가 축소된다.

- Label Swapping : 스위치를 지날 때마다 VCI를 바꾸는 것으로, 현 스위치가 식별하는 값을 다음 스위치가 식별할 수 있는 값으로 변경하는 것이다.

- 연결 설정 단계 : 연결에 필요한 VCI 테이블을 만들기 위해 출발지와 목적지의 글로벌 주소가 이용된다.

- 데이터 전송 단계 : 입력 포트 번호 및 VCI를 기반으로, 스위치가 출력 포트 번호 및 VCI를 찾기 위해 VCI 테이블을 탐색한다.

- 연결 해제 단계 : VCI 테이블의 VCI값은 이 단계에서 저장되어지며, 대응하는 entry들을 없앤다는 것을 스위치에게 알린다.

▶ Network Layer (네트워크 계층, 3계층)

- 송신 호스트에서 수신 호스트로 세그먼트를 전송한다.

- 송신 호스트에서 세그먼트를 데이터그램(datagram)으로 캡슐화한다.

- 수신 호스트에서 세그먼트를 전송 계층(4계층)으로 전송한다.

- 네트워크 계층이 모든 호스트와 라우터에서의 프로토콜을 지정한다.

- 라우터는 해당 라우터를 통과하는 모든 IP 데이터그램에 있는 헤더 필드를 검사한다.

▶ Network Layer Functions and Plane

- 라우팅 (Routing) : 출발지에서 목적지까지의 모든 경로를 결정한다. 라우터에서 라우팅 알고리즘으로 포워딩 테이블을 만든다. 포워딩 테이블에는 목적지 IP 주소와 해당 포트번호가 저장되어 있다.

- 포워딩 (Forwarding) : 라우터 내부에 입력 버퍼와 출력버퍼가 있다. 입력버퍼로 들어온 패킷의 헤더에 있는 IP주소와 포워딩 테이블의 IP주소를 비교하여 적절한 포트번호를 가진 출력 버퍼로 패킷들을 옮긴다.

- 라우팅이 출발지에서 목적지까지 여행을 계획하는 과정이라면, 포워딩은 여행 중간의 하나의 지점을 지나가는 과정이다.

- Control plane

• 넓은 네트워크의 논리적인 부분을 담당하는 뇌의 역할을 한다.

• 데이터그램이 종단 사이에 라우터들에 의해 어떻게 라우팅되는지 결정한다.

• 하드웨어 측면에서 라우터에 의해 구현되는 전통적인 라우팅 알고리즘 방식
• 소프트웨어 측면에서 서버에 의해 구현되는 SDN(Software-Defined Networking) 방식

• Per-Router Control plane : 각 라우터마다 있는 라우팅 알고리즘이 Control plane의 상호작용을 한다.

• Logically Centralized Control plane : 별도로 중앙에 배치된 컨트롤러가 local control agents(CAS)로 각 라우터와 상호작용한다. 중앙에서 control plane이 이루어짐.

- Data plane

• 각 라우터의 포워딩 함수들을 동작한다. 팔, 다리가 동작하는 것과 유사하다.

• 라우터 입력 버퍼에 도착한 데이터그램이 어떻게 출력 버퍼로 포워딩되는지 결정한다.

▶ Network Service Model

- 송신자에서 수신자에게 데이터그램들을 전송하는 채널에 대한 서비스 모델은 두 가지가 있다.

- 각각의 데이터그램에 대한 서비스 : 지연 시간이 40ms 보다 적은 상태로 전달된다.

- 일련의 데이터그램들에 대한 서비스 : 순서가 중요한 데이터그램을 위한 서비스로, 전송을 위해 최소한의 대역폭이 보장된다. 또한 각 패킷간의 간격에서 변화(ex : Jitter)가 제한적이다.

ex) 영상코덱(MPEG)

▶ 라우터 입력 포트의 기능 (3계층)

- 패킷의 헤더 필드 값(목적지 IP주소)을 보고, 포워딩 테이블에 있는 출력 포트 번호를 찾는다.

- 포워딩 테이블에 있는 IP주소와 패킷의 목적지IP주소를 비교하는데 시간이 오래 걸린다.

- 큐잉(Queuing) : 데이터그램이 포워딩하는 속도보다 더 빨리 입력 포트에 도착하면, 큐(입력 버퍼)에 저장된다.

- 목적지 기반의 포워딩 : 목적지 IP 주소만을 이용하여 포워딩한다. 전통적인 방식이다.

- 일반화된 포워딩 : 헤더 필드 값의 전체를 이용하여 포워딩한다.

▶ 목적지 기반의 포워딩

[ 원래는 IP 주소를 범위로 정해 포트 번호를 구분한다. ]

- IP 주소가 32비트이다보니 전체 값을 저장하면 테이블이 너무 커진다. 따라서 IP 주소에서 앞부분에 정해진 비트까지만 보여주고 범위(range)를 정하여 포트번호를 구분한다. 즉, 주소의 앞쪽만 매칭시켜서 해당 포트번호로 보낸다.

- Longest prefix matching : 패킷의 목적지 IP주소가 포워딩 테이블에서 둘 이상의 IP주소 범위에 포함될 경우, 그 중 비트가 가장 많이 공개된(가장 긴 prefix) IP 주소 범위의 포트번호로 포워딩한다.

[ 밑에 있는 예제의 정답은 위에서부터 0과 1이다. ]

- TCAMs : Ternary Content Addressable Memories 의 약자로, 실제 라우터가 포워딩 테이블에서 IP 주소를 탐색하는데 시간이 많이 걸리므로 라우팅의 속도를 빠르게 하기 위해 IP 주소 검색을 위한 포워딩 테이블이 저장되는 메모리이다.

▶ Switching fabrics

- 스위치 내부에서 각 입출력 포트를 가상의 회선으로 그물 또는 직물처럼 연결하여 구성되는 모양을 섬유(fabric)로 비유한 것이다. 즉, 스위치 내부가 직물 또는 망처럼 보이는 모양

- 입력 버퍼로부터 적절한 출력 버퍼로 패킷을 전송한다.

- Switching rate : 입력 포트에서 출력 포트로 패킷을 전송할 수 있는 속도로, 종종 다수의 입출력 라인 속도에서 측정되어진다. n개의 입력이 있을 때, 스위칭 속도는 입력 라인 속도의 N배가 요구된다.

[ 스위칭 구조 분류  ]

- Switching via Memory

• CPU의 직접적인 제어 아래에 스위칭하는 전통적인 컴퓨팅 방식으로, 첫 세대 라우터들의 스위칭 구조이다.

• 패킷이 시스템 메모리로 복사된다.

• 속도가 메모리 대역폭에 의해 제한된다.

• 메모리에 접근하는 시간도 많이 걸린다.

- Switching via a Bus

• 버스 구조는 2 이상의 신호선들을 모아놓은 것으로, 디지털 시스템에서 디지털 요소들을 상호 연결하는데 필요한 데이터 신호 통로들의 구조화된 그룹이다.

• 입력 포트 메모리로부터 출력 포트 메모리까지 하나의 공유된 버스를 통해 데이터그램을 스위칭한다.

• Bus contention : 스위칭 하는 속도는 버스의 대역폭에 의해 제한된다.

• ex)　Cisco 5600 제품이 32Gbps의 속도를 가진 버스 구조로 접근성에 있어서 충분한 속도를 가진다.

- Switching via Crossbar

• 제한적인 버스 대역폭을 해결한다.

• 다수의 프로세서들을 연결하기위해 개발된 interconnection nets, banyan networks, crossbar 망이다.

• 진보된 구성으로는, 데이터그램을 고정된 길이의 셀들로 분할하여 단편화한다.

• ex) Cisco 12000 제품이 interconnection network를 통해 60Gbps의 속도로 스위칭한다.

▶ 입력 포트 큐잉(Queuing)

- 큐잉은 입력 큐(버퍼)에서 패킷이 저장되는 것을 의미한다.

- 입력 큐(버퍼)가 꽉 차면 오버플로우(Overflow)가 발생했다고 한다.

- 큐잉 지연(Queuing delay) : 큐에서 패킷들이 대기하는 시간이다.

- 오버플로우가 발생하면 큐잉 지연(Queuing delay)이 일어나고 전송 속도가 저하된다. 또한 큐에 들어오지 못한 패킷들은 손실된다.

- HOL blocking : Head-of-the-Line blocking 의 약자로, 큐에서 저장된 패킷들 중 앞에 있는 패킷이 속도가 느려 뒤에 있는 패킷이 못가는 상황을 말한다. 즉, 둘 이상의 다른 입력 버퍼에서 같은 출력 버퍼로 이동하는 패킷들이 있을 때, 하나가 이동하면 다른 입력 버퍼의 맨 앞의 패킷은 이동할 수 없다. 그러면 대기하는 패킷의 뒤에 있는 패킷들도 덩달아 대기해야하는 상황을 말한다.

▶ 라우터 출력 포트의 기능 (3계층)

- 버퍼링(Buffering)

• 더 빠른 속도의 구조(fabric)로 인해 발생한다. 혼잡 제어나 버퍼공간의 부족으로 데이터그램(패킷들)이 손실될 수 있다.

• 스위치를 통해 도착하는 속도가 출력 라인 속도보다 크면, 버퍼링이 발생한다.

• 출력 버퍼에서 오버플로우가 발생하게 되면 큐잉 지연 및 패킷의 손실이 발생한다.

- 스케줄링(Scheduling) : 최고의 성능을 내기 위해 전송할 패킷의 우선순위를 조정하는 기능이다. 기본적으로 FIFO(First-In-First-Out)방식이다.

▶ 출력 포트 스케줄링(Scheduling)

- 스케줄링이란 링크로 보낼 다음 패킷을 결정하는 것이다.

- FIFO 스케줄링 : 기본적인 방식으로 처음 큐에 도착하는 패킷이 먼저 전송된다. 즉 순서에 맞게 전송한다.

- 오버플로우 발생 시 패킷을 버리는 방법

• tail drop : 꼬리 자르듯이 도착하는 패킷들을 버린다.

• priority : 우선순위를 기반으로 낮은 순위의 패킷들을 버린다.

• random : 무작위로 패킷을 뽑아 버린다.

- Priority Scheduling : 가장 높은 우선순위를 가진 큐에 담긴 패킷들을 먼저 링크로 보낸다. 즉 순위가 낮은 큐는 순위가 높은 큐가 비어 있어야 패킷들을 전송할 수 있다.

- Round Robin(RR) Scheduling : 다수의 큐들이 돌아가면서(Cyclically) 각각의 패킷들을 전송한다.

- Weighted Fair Queuing (WFQ) : 라운드 로빈(RR) 스케줄링과 유사하나, 각 큐마다 대기 시간이 있다는 점에서 차이가 있다. 즉, 각 큐는 돌아가면서 패킷을 전송하지만 전송되는 시간간격이 정해져 있다.

▶ 용어 설명

- Packet(패킷) : 네트워크 계층에서 사용하는 데이터의 형식화된 단위

- Host(호스트) : 인터넷에 연결된 컴퓨터

- Queue(큐) : FIFO(First-In-First-Out) 방식의 데이터 저장용 버퍼 (출구와 입구가 다름)

- Router(라우터) : 서로 다른 네트워크 간의 정보를 주고받기 위해 사용하는 네트워크 통신 장치

- Network(통신망) : 통신 시스템들을 통신 회선으로 연결하여 데이터(정보)를 주고받게 하는 시스템

▶ Packet-Switching (패킷 교환 방식)

- Store-and-Forward 방식 : 다음 링크로 전송되기 전에 라우터의 큐(저장용 버퍼)에 패킷을 쌓아놓고 한 번에 전송(Forwarding)하는 방식.

- 단, 큐는 패킷을 수용할 수 있는 범위가 정해져 있기 때문에 패킷의 양이 큐의 범위를 넘어설 경우 해당 패킷은 손실(Loss)되며, 이를 오버플로우(Overflow)가 발생했다고 한다.

- 패킷의 헤더에는 출발지(Source)와 목적지(Destination)의 정보(포트 번호, IP주소)가 있어 이 정보들을 통해 라우팅 알고리즘을 이용하여 경로를 설정한다.

- 라우팅 알고리즘(Routing Algorithms) : 라우팅 프로토콜이 포함하고 있는 알고리즘으로, routing table에는 패킷의 헤더로부터 읽어낸 목적지 IP주소가 있다. 이 정보를 기반으로 라우터가 패킷을 어떤 목적지로 보낼지 결정한다. 즉, 중간의 라우터(router)들이 표지판 역할을 하며 최종목적지까지 패킷들을 안내한다.

- 이 때, 패킷의 헤더에는 라우터를 지날 때마다 목적지 IP주소가 쌓이게 되므로 오버헤드가 점차 커지게 된다.

- 전송지연(Transmission-Delay) : L-bit 길이의 패킷을 속도가 R bps인 링크로 보낼 때, 큐에서 링크로 전달되는 시간은 L/R 초이다.

- 큐잉 지연(Queueing-Delay) : 라우터마다 큐가 각각 존재하기 때문에 다음 라우터로 이동되기 전에 패킷은 대기하게 된다. 즉, 패킷이 큐에 머무는 시간이다.

• 링크의 전송 속도(bps) < 큐에 패킷이 도착하는 속도 => 오버플로우 발생
• 전송 지연 시간 > 큐잉 지연 시간 => 오버플로우 발생

- 네트워크 상황에 따라 지나친 혼전 가능성이 있으며, 이를 위한 해결책으로 TCP(전송 제어 프로토콜)가 있다.

- source에서 router, router에서 router, router에서 destination 즉, 어떤 노드에서 다음 노드까지를 1hop이라고 표현한다.

- 이 방식은 주로 대용량 전송(Bursty Traffic)일 때 이용하며, 데이터가 한꺼번에 전송되므로 데이터가 활동하는 시간이 짧다고도 표현한다. 이러한 패킷 교환 방식은 컴퓨터 통신에서 쓰이는 방식이다.

▶ Circuit-Switching (회선 교환 방식)

[ 보라색 선이 전용 회선이다. ]

- 하나의 전용 회선을 할당받아 데이터를 주고받는 방식

- 패킷마다 각각의 전용 회선을 할당해야 하므로 통신을 위해 미리 연결(Set-up)절차를 거쳐야 한다. 셋업 절차는 송신측에서 수신측까지의 경로에 맞는 대역폭(Bandwidth)을 미리 할당받는 과정이다.

- 전용 회선은 패킷이 전송되지 않더라도 다른 패킷(데이터)이 끼어들 수 없으므로 속도와 성능이 항상 일정하다.

- 주로 실시간이 중요한 전화망에 사용된다.

- 회선을 할당하는 방식에는 주파수 분할 다중화(FDM)과 시 분할 다중화(TDM) 방식이 있다.

▶ Packet-Switching VS Circuit-Switching

- 패킷 교환 방식은 네트워크의 상황에 따라 대기시간이 다르므로 패킷의 순서가 보장되지 않는다. 그러나 회선 교환 방식은 정해진 경로를 따라 일정한 속도를 가지기 때문에 데이터의 전송 순서가 어긋나지 않는다.

- 패킷 교환 방식은 하나의 라우터가 잘못되어도 전송을 우회할 수 있기 때문에 오류에 강하다. 그러나 회선 교환 방식은 둘 사이에 오류가 생길 경우 데이터 전송이 실패하게 된다.

- 패킷 교환 방식은 라우터에 저장해놓는 시간(큐잉 지연)과 전파지연의 시간이 소비되어 전체 전송 시간이 지연된다. 그러나 회선 교환 방식은 미리 연결하는 시간을 제외하고 전파지연의 시간만 소비되므로 전체적으로 빠른 전송속도를 가지게 된다.

- 회선 교환 방식은 패킷 교환 방식에 비해 같은 네트워크 용량이라도 이용자 수가 제한되어 있다. 이는 전용 회선을 할당하기 때문이다.

1Mbps 짜리 링크에 각각의 사용자가 100kbps로 데이터를 전송한다면 패킷 교환 방식의 경우 10명 이상의 유저가 동시에 링크를 사용할 확률이 낮기 때문에 더 많은 이용자가 링크를 공유할 수 있다. 그러나 회선 교환 방식의 경우 각각의 사용자에게 전용 회선이 할당되기 때문에 최대 10명까지 이용자를 수용할 수 있다.

▶ Multiplexing (다중화)

- 여러 개의 데이터 신호(저수준의 채널)들을 합쳐서 고속신호(고수준의 채널)로 만들어서 하나의 링크로 전송하는 방식이다.

- 하나의 링크를 다중화시켜 여러 사용자가 동시에 링크를 사용하게 되므로 링크의 효율성이 높아진다.

- 이 때 사용하는 장치를 다중화기(Multiplexer)라고 한다. 만약 다중화기를 사용하지 않으면 단말기(사용자)마다 모뎀(변복조기)이 필요하므로 비용이 많이 들게 되어 비효율적이게 된다.

▶ 주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing, FDM)

- 링크의 대역폭(Bandwidth)을 주파수를 기준으로 분할하여 여러 개의 작은 채널을 할당하는 방식으로 한 전송로를 여러 단말기(사용자)가 이용한다.

- 링크의 대역폭이 전송할 신호들의 대역폭보다 클 경우에만 사용가능한 아날로그 기술이다.

- 간단한 구조로 모뎀(변복조기)이 필요 없어 비용이 저렴하다.

- 송신측 과정 : 각 단말기(Sender)가 비슷한 주파수 영역의 신호를 만들면 다중화기 내부에서 각 주파수를 각각의 다른 반송주파수(Carrier Frequency)로 변조(Modulate)한다. 만들어진 반송주파수들이 모여서 하나의 복합신호(Composite Signal)가 되면 수용 가능한 대역폭을 가진 전송 매체(전송로)를 통해 신호가 전송된다.

<Multiplexer - 다중화기>

- 수신측 과정 : 위의 과정에서 만들어진 복합신호는 다중 복구기(Demultiplexer) 내부에서 필터(Filter)를 통해 각각의 반송주파수로 분리되고, 제각각 복조기(Demodulator)를 통해 반송주파수에서 해당 주파수 영역의 신호로 복조(Demodulate)되어 해당 신호만 수신측으로 보내진다.

▶ 시 분할 다중화(Time Division Multiplexing, TDM)

- 링크의 대역폭을 시간 슬롯(Time Slot)으로 나누어 각각 채널을 할당하는 방식으로 다수의 채널이 하나의 링크의 시간을 분할하여 사용하는 방식이다.

- 링크의 높은 대역폭을 여러 채널이 공유할 수 있게하는 디지털 기술이다.

- 단, 어떤 채널이 사용되지 않을 경우(데이터를 전송하지 않는 경우)에도 시간이 할당되어 있기 때문에 시간 슬롯이 낭비 될 때가 있다. 이를 위한 해결책으로 비동기식 시분할 다중화기법(ATDM)이 있다.

- 송신측 과정 : 다중화기(Multiplexer)와 다중 복구기(Demultiplexer)는 각각 스위치의 역할을 한다. 서로 동시에 시스템이 동작되도록 설정(동기화)되어 같은 속도지만 서로 반대방향으로 돈다. 다중화기의 경우 스위치가 채널 앞에서 열리게 되며 그 채널은 링크에 보낼 수 있는 신호를 열린 순간 전송하게 된다. 이 과정을 끼워 넣기(Interleaving)이라고 한다.

- 수신측 과정 : 다중 복구기의 경우 스위치가 채널 앞에서 열릴 때, 그 채널은 링크에서 전송된 신호를 수신측으로 전송하게 된다.

▶ Multiplexing Summary

- 두 기술 모두 하나의 링크를 나누어 사용하는 점에서 같지만, FDM은 주파수 대역별로

나누어 채널을 할당하는 것이고, TDM은 시간별로 나누어 채널을 할당한다는 점에서 차이가 있다.

* Data : 비트(0, 1)로 구성된 정보

* Data Communication : 전송 매체(transmission medium)를 통해 두 기기간의 이루어지는 데이터 교환

1. 근본적인 특성

• Delivery : 올바르게 목적지로 전달하는 것
• Accuracy : 오류나 손실 없이 정확하게 데이터를 전달하는 것
• Timeliness : 시간적으로 중요한 데이터를 전달하는 것, 데이터 생성 즉시 지연(delay)없이 데이터를 전달하는 것, 실시간 전송  ex) 멀티미디어(음성/영상) 
• Jitter : 패킷(데이터 단위) 전송 중의 변화 ex) 음성이나 영상 데이터 전송 중 끊김현상

2. 시스템 요소

• Message : 전송되어지는 정보(데이터)
• Sender(송신자) : 데이터 메시지를 보내는 기기
• Receiver(수신자) : 데이터 메시지를 받는 기기
• Transmission Medium(전송 매체) : 메시지가 이동하는 물리적 경로(통신 링크)
• Protocol : 데이터 통신을 하기 위한 통신 규약(통신하는 기기간의 약속)

• Simplex : 단일방향의 통신  ex) 키보드, 모니터
• Half-duplex : 반이중방식 통신으로 전송과 받기가 가능하나 두 기기가 동시에 주고 받을 수는 없다.  ex) 무전기
• Full-duplex : 전이중방식 통신으로 전송과 받기가 동시에 가능하다.  ex) 전화

4. Network - 네트워크

• 통신 링크에 의해 연결되어진 통신 관련 장비들의 무리
• Device : host, end system, end host, connecting device such as router
• host(호스트) : 네트워크에 연결된 컴퓨터

• 전달시간, 응답시간 내에 측정되어진다.
• 처리율(throughput), 지연(delay), 받은 데이터간의 시간 간격(jitter), 손실과 관련이 있다.
• 유저의 수, 전송 매체의 종류, 하드웨어, 소프트웨어에 영향을 받는다.  ex) 사용자 수가 많을 수록 성능이 저하된다.

• 실패의 빈도수, 실패 이후 네트워크의 복구시간, 재난에 대한 네트워크의 견고함

• 비인증된 접근으로부터 데이터의 보호
• 데이터의 무결성
• 보안 정책 및 절차의 구현

• Point-to-Point(점대점) : 두 기기간의 전용링크를 제공하는 구조
• Multipoint(다중점) : 둘 이상의 기기들이 단일 링크를 공유하는 구조로 동시에 링크를 이용한다. 즉, 공동소유자 여러 명이 일정 기간 동안 돌아가면서 이용한다.

• Mesh

1. 모든 기기가 점대점 구조로 연결되어 전용 링크를 사용한다.
2. 두 기기간의 데이터 로드를 보장한다.
3. 하나의 링크가 고장나도 전체 시스템은 중단하지 않는다.
4. 보안성과 프라이버시가 보장된다.
5. 결함 확인과 결함 분리가 쉽다.
6. 케이블 수와 입출력 포트의 수가 (n(n-1))/2 만큼 요구된다.  ex) 5개의 사용자가 있다면 10개의 링크가 요구된다.

• Tree

Star 구조를 계층적으로 확장한 형태이다.

• Bus

1. 다중점 구조로 연결되며 하나의 긴 케이블이 모든 기기를 연결하는 척추 역할을 한다.
2. 설치가 쉽다.
3. 하나의 버스 구조가 지원할 수 있는 Tap(기기를 케이블에 연결하는 것)의 수와 길이가 제한된다.
4. 재연결과 분리가 어렵다.
5. 링크 공유의 문제로 각 기기가 동시에 데이터를 전송하면 신호가 충돌하는데 MAC(자료접근제어)에 의해 전송 순서가 결정된다.

• Ring

1. 각 기기는 점대점 구조로 연결되어 전용 링크를 사용한다.
2. 설치와 변경이 쉽다.
   
3. 기기와 링크간의 신호재생기(Repeater)가 존재한다.
4. 결함 분리가 단순하다
5. 단방향 연결, 모든 기기의 수와 최대 Ring의 길이가 제한된다.
6. 하나가 고장나면 전체 네트워크를 이용할 수 없다. 그래서 해결책으로 이중링크를 사용한다. 
7. 이중 링크(A Dual Ring) 구조는 데이터의 전송방향은 서로 반대인 링크를 가지는 구조로 두 개 모두 활성화되거나 하나는 백업용으로 사용되기도 한다. 

 7. 네트워크 유형

 - 규모에 따른 분류 (아래로 갈수록 범위가 커진다.)

• Body Area Network(BAN) : 무선통신방식으로 이용된다.
• Personal Area Network(PAN) : 블루투스
• Local Area Network(LAN) : 근거리 통신망
• Metropolitan Area Network(MAN)
• Wide Area Network(WAN) : 광역 통신망
• Internet : 각 네트워크를 연결한 가장 큰 네트워크

 - Local Area Network (LAN)

• 수 킬로미터까지 제한된 크기를 가진다. (근거리 통신망)
• PC나 단말기 사이에 네트워크 자원이 공유되어진다.
• Star, Bus, Ring 구조가 해당된다.

• 대륙끼리 통신이 가능할 정도로 넓은 범위의 데이터 전송이 가능하다. (광역 통신망)
• 대게 통신사에 의해 운영되고 통신사를 사용하는 조직에 의해 공유되어진다.
• 점대점 구조의 WAN과 라우터를 가지고 Switched 구조의 WAN이 있다.
• Internetwork (or Internet) : 내부적으로 연결된 네트워크들의 집합체이며, Switched 구조에서 최소 두 개의 링크를 하나의 스위치가 연결(LAN)하고 있고 해당 스위치는 라우터와 함께 점대점 구조로 연결(WAN)되어 있다.

[사진 출처 : http://www.mbaskool.com/business-concepts/it-and-systems/14504-packet-switching.html, 

http://www.webclasses.net/Courses/demos/MediaLight/Example1/The_OSI_Model/Content16184.htm ]