[Data Communications and Networking, 5th, Behrouz A. Forouzan] Table of Contents
Networks
`network`: 통신 링크들에 의해 연결된 장치(노드)들의 집합.
`장치(Device)`: host, end sytem, connectiong device such as router
- Network Criteria
네트워크 기준(평가 기준으로 이해했다.)
- Performance: 성능
- Reliability: 신뢰성(재난 등)
- Security: 보안
# Performance: 성능
전송 시간(transit time), 응답 시간(response time) 등 많은 방법으로 측정.
`전송시간(Transit time)`: 메시지 하나의 전송에 소요되는 시간
`응답 시간(Response time)`: 요청과 응답 사이의 시간
성능은 유저 수, 전송 매체의 타입(어떤 링크를 사용하는가), 소프트웨어와 하드웨어 등 많은 요소(factor)에 영향을 받는다.
`Throughput`: 수율, 처리율, 단위 시간에 전송할 수 있는 데이터의 양, 높을수록 고성능
(Throughput) = (전송되는 데이터의 양) / (단위 시간)
`delay`, `jitter`, `loss`: 적을수록 고성능
# Reliability: 신뢰성
실패 빈도, 복구 시간 등으로 측정되며 "재난 상황에서 네트워크를 얼마나 신뢰할 수 있는 가?"를 의미한다.
# Security: 보안
얼마나 비인가 접근(unauthorizd access)과 공격 등으로부터 데이터 보호가 잘 되는가?
데이터 보호뿐만 아니라 보안 정책 설립과 데이터 손실의 복구 절차 등도 포함한다.
- Physical Structures
네트워크는 2개 이상의 기기(devices)가 링크를 통해 연결된 것이다.
`link`: 장치들 사이에서 데이터가 전송되는 커뮤니케이션 통로(a communications pathway)
# Type of Connection
- Point-to-Point
- Multipoint( or Multidrop)
a `Point-to-Point` connection: 두 장치만 연결하는 링크의 연결 방식.(링크에 연결된 포인트가 두 개뿐)
링크 전체 용량을 연결된 두 장치의 전송에 사용한다. 보통 와이어나 케이블로 연결하지만 전자기파 혹은 위성 링크로도 가능하다. 무선 p-to-p 연결은 TV 리모컨과 TV를 예로 들 수 있다.
a `Multipoint` connection: 하나의 링크를 2개 이상의 장치가 공유하는 연결 방식.(링크에 연결된 포인트가 2개 이상)
채널의 용량이 공간적 혹은 시간적으로 공유된다. (the capacity of the channel is shared, either spatially or temporally.)
a `spatially shared` connection: 공간적으로 공유되는 연결로 여러 장치가 동시에 링크를 사용할 수 있는 연결을 의미한다.
If several devices can use the link simultaneously, it is a spatially shared connection.
공간적이라는 말이 잘 와닿지 않는데 데이터를 물, 링크를 파이프로 생각하고 각 장치에서 내보내는 물의 색이 다르다고 생각해 보자. 파이프의 단면적(공간)을 분할해 파이프 안에 파티션을 만들고 동시에 여러 색 물이 섞이지 않고 지나다닐 수 있게 한다고 기억하자.
a `timeshared` connection: 시분할 방식 연결.
If users must take turns, it is a timeshared connection.
동시에 보내지 않고 시간을 조율해 하나의 링크를 여러 디바이스가 공유하는 방식이다.
+ 링크에 노드를 붙이는 방식 중 하나로 `tapping`이 있다. tappaing을 많이 할수록 신호가 많아지고 신호가 약해진다.
# Physical Topology
`Physical topology`: 물리적으로 네트워크가 깔린(laid out) 방식
네트워크의 형상(the topology of a network)은 연결된 모든 노드(장치)와 링크사이의 관계를 기하학적으로 표현한 것이다.
+ 토폴로지에서는 "장치"와 "연결 매체" 대신 "노드"와 "링크"를 사용하겠습니다.
- Mesh: 그믈처럼 노드끼리 p-to-p로 연결된 네트워크 형태
- Star: 하나의 중앙 컨트롤러에 모든 노드가 p-to-p로 연결된 네트워크 형태
- Bus: 하나의 긴 메인 케이블에 모든 노드가 mulitpoint로 연결된 네트워크 형태
- Ring: 노드들을 p-to-p로 이어 붙여 원형으로 연결한 네트워크 형태
## Mesh
a `Mesh` topology: 그믈처럼 노드끼리 p-to-p(point-to-point)로 연결된 네트워크 형태.
모든 노드들이 p-to-p로 서로 연결되어 있는 mesh topology를 `full-mesh`라고 한다. n개의 노드로 구성된 full-mesh를 만들기 위해서는 nC2개의 duplex 링크가 필요하다.
모든 노드가 연결되어있지 않고 full-mesh에서 몇 개의 링크가 없지만 `connected graph`를 이루는 네트워크 형상을 `partial-mesh`라고 한다.
+ 링크가 `dedicated`하다는 의미는 해당 링크가 p-to-p연결에 사용되어 오직 두 개의 노드의 트래픽만 전송한다는 의미이다.
장점
1. p-to-p 링크를 사용하므로 노드가 받는 모든 데이터가 해당 노드에게 전송된 데이터임이 보장된다. 따라서 데이터를 수용할지 말지 고려할 필요가 없다(dedicated links guarantees its own data.)
2. 견고하다(Robust). 하나의 링크가 끊겨도 전체 네트워크에 큰 지장이 없다.
3. 보안(privacy or security)에 이점이 있다. A노드에서 B노드로 보낸 데이터는 물리적으로 다른 노드를 거치지 않고 직접 전송된다.
4. 결함을 찾기 쉽고 결함을 격리시키기 쉽다. 문제가 있는 걸로 의심 가는 링크를 피해 트래픽을 주고받아보며 결함을 찾고 찾은 결함을 격리시키기 쉽다.
단점
단점은 많은 링크의 수에서 파생된다. full-mesh의 경우 링크의 수는 p-to-p로 노드를 연결할 때 최댓값이다. 링크를 실제 케이블로 연결할 때 비용이 많이 든다.
1. 설치가 복잡하고 어렵다.
2. 물리적으로 힘들다(벽, 천장, 바닥 등에 많은 케이블을 집어넣어야 한다.)
3. 비싸다. 링크의 수만큼 케이블이 필요하고, 각각의 노드마다 n-1개의 I/O 포트가 필요하다.
## Star
a `star` topology: 하나의 중앙 컨트롤러에 모든 노드가 p-to-p로 연결된 네트워크 형태.
mesh와 달리 star는 노드끼리 직접을 연결을 허용하지 않고 허브를 통해서만 연결한다(허브의 인터페이스 개수에는 한계가 있다.). n개의 링크가 사용된다.
star topology는 적당한 수의 노드(너무 많으면 모두 허브에 연결할 수 없다.)를 갖고 성능과 신뢰성을 요구하며 중앙집중화로 제어와 관리가 요구되는 `LAN(Local-area networks)`에 주로 사용된다.
장점
1. 링크의 수가 n개만 필요하므로 mesh보다 저렴하다.
2. I/O포트가 각 노드마다 한 개만 있으면 된다.(허브와 연결)
3. 설치와 재설정이 쉽다. (추가, 이동 삭제 등의 하나의 노드를 재설정을 할 때 한 개의 연결만 재설정하면 된다.)
4. 링크들이 독립적이어서 하나의 링크에 장애가 발생하면 해당 링크만 영향을 받는다.
5. 4에 의해 결함을 찾고 격리시키기 쉽다.
단점
1. 가장 큰 문제는 전체 시스템이 하나의 포인트(hub)에 의존한다.(the dependency of the whole topology on one single point, the hub.) 따라서 허브가 다운되면 전체 시스템이 죽는다.
## Bus
a `bus` topology: 하나의 긴 메인 케이블에 모든 기기가 `multipoint`로 연결된 네트워크 형태.
노드들은 `tap`과 `drop line`에 의해 버스 케이블과 연결된다.
`drop line`: 메인 케이블과 기기 사이의 연결선.
`tap`: 케이블의 연결 부. 메인 케이블을 잘라 이어 붙이거나(splices into the main cable), 피복에 구멍을 뚫어 연결하는(punctures the sheathing of a cable) 방법 등이 있다. (telephone tap(wire tapping), vampire tap(pirecing tap))
전선의 신호는 거리가 길어질수록 신호가 약해지고 tapping을 많이 할수록 신호가 약해진다. 따라서 bus에 연결할 수 있는 탭의 수에 한계가 있고 탭 사이의 거리에도 한계가 있다.
케이블의 길이 당 연결할 수 있는 탭 수의 한계 때문에 LAN에서 주로 사용된다.
+ 물리적 bus 형상(pysical bus topology)을 논리적 ring 형상(logical ring topology)으로 사용하도록 설계가 가능하다.
장점
1. 설치가 쉽다. 하나의 메인 케이블(backbone cable or main cable)을 효율적인 경로에 설치하고 각각의 노드들을 메인 케이블에 각각의 drop line으로 연결하면 된다.
2. 더 적은 케이블이 필요하다. star topology의 경우 모든 기기에서 hub까지 연결하는 링크들이 필요한 반면 bus topology는 각각의 기기로부터 가까운 메인 케이블의 지점에 drop line으로 연결한다.
단점
1. 장애의 위치를 식별하고 격리시키기 힘들다.
2. 한번 설치한 bus를 이동, 변경하기 힘들다. 새로 기기를 추가하며 메인 케이이블의 경로를 변경하려면 이미 연결되어 있는 모든 기기들을 고려해야 한다.
3. 탭을 많이 만들수록 신호가 약해지기 때문에 주어진 케이블의 길이에 연결할 수 있는 최대 탭의 수가 제한된다.
4. 메인 케이블이 손상되면 모든 전송이 끊긴다. 심지어 두 기기가 문제 지점을 기준으로 메인 케이블의 같은 쪽에 연결되어 있어도 noise는 문제 지점으로부터 양쪽으로 전파되어 영향을 받는다.(a fault or break in the bus cable stops all transmission, even between devices on the same side of the problem)
## Ring
a `ring` topology: 노드들을 p-to-p로 이어 붙여 원형으로 연결한 네트워크 형태
신호는 한 방향으로 목적지에 도착할 때까지 기기에서 기기로 흐른다.
링에 속하는 노드들은 각각 `repeater`를 갖고 있다.
노드가 자기에게 보내지지 않은 신호를 받았을 경우, 노드의 `repteater`가 신호를 재생성해 다음 노드에게 전송한다.
When a device receives a signal intended for another device, its repeater regenerates the bits and passes them along.
`bus`처럼 신호를 공유하는 것이 아닌 받고 재생성해 내보내는 것이기 때문에 여러 노드를 지나도 신호가 약해지지 않는다.
장점
1. 설치와 설정이 쉽다. 링크드 리스트의 노드 추가/제거와 같이 인접한 노드와의 연결만 관리하면 된다.
2. 장애 격리가 간단하다. 보통 링에는 신호가 항상 도는데 신호를 받지 못하는 노드가 생기면 바로 장애 위치를 알 수 있다.
단점
단방향 신호는 단점을 갖는다.
1. a simple ring에서 하나의 고장은 전체 네트워크를 다운시킨다.
+ 이 단점은 a dual ring으로 해결 가능하다.
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