1.2 Access network & Core network

Access network: Digital Subscriber Line

Access network의 정의

: host(application을 run)를 core network의 edge router와 연결해주는 network

⇒ 가입 되어 있는 ISP(for internet 연결)의 edge router와 연결

= router와 host를 연결 시켜주는 network

• host device의 link type에 따라 다양한 access
• (smart phone에도 network link가 6-7개 내장, 집에선 residential, 학교에선 institutional, ... 하루종일 접속)
• KT가 집집마다 깔아놓은 구리 전화선(twisted pair)을 그대로 이용해 인터넷 망을 증설 → DSL

(특징) central office까지 dedicated (bandwidth를 다 내가 차지)

• 전화를 하던 망(voice가 가던 link)에 internet data를 전달
• 집에선 splitt가 분리, central office(구 KT 전화국)에선 "DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer)이 voice는 PSTN(telephone network), internet data는 Internet network로 분리
• uplink와 downlink의 속도 상이 (Asymetric DSL = ADSL) ⇒ downlink를 더 크게 증설VDSL: 요즘. 사용자가 전화국에서 멀어져도 Rbps 유지.
• FTTH (Fiber To The Home) : 요즘. KT가 2005년도에 FTTH 기술인 Fios 시행
• ADSL의 사용자가 전화국에서 멀어지면 서비스 속도와 용량이 떨어지는 단점을 보완해 VDSL 등장
• 거리에 따라 서비스 속도 (단위 시간당 사용할 수 있는 데이터 용량) 영향
• ADSL → HFC (1998) : Hybrid Fiber Coax (shared ⇒ capacity 공유)
  • ADSL의 twisted pair 대신 coax(동축) 사용CMTS ~ ISP : fiber
  • : 첫 단은 coax(~central office, 많으면 5000가구 까지 share), 뒷단은 fiber(~ISP, 더 먼 거리까지 가능)
  • home network ~ CMTS(Central Office) : coax
  • 실패: 애초에 cable network가 설치 되어 있어야 서비스 제공 가능

Enterprise access networks (Ethernet)

Layer 2 switch protocol로 통신 (부서끼리 통신)

: 내부 간 traffic이 많고 거리가 짧음

Ethernet cable의 coverage에 따라 switch로 묶음

• Fast Ethernet (~100Mbps)
• Giga bit Ethernet (~10Gbps)

Wireless access networks

• wireless LANs: 실내 ~30m 정도, stationary (선만 없음)
• ⇒ IEEE 802.11 b/g/n (Wifi는 alias): 현재 wifi 4,5,6까지 나옴. 11, 54, 450 정도 지원 (access pointer)
• Wide-area wireless access: ~km, mobile
• ⇒ 이동하면서도 끊김없이 인터넷을 사용하는 게 목표 (한 기지국의 coverage가 wide)

cf) 1G, 2G(아날로그 → 디지털. 단문), 3G(영상통화, 스마트폰: 단문-voice망, 장문-data망), 4G(속도), 5G(고용량)

Host: send packets of data

host는 msg를 보내는 게 목적. msg를 packets으로 쪼개서 core로 보냄

• application 계층의 msg → IP 계층에서 packets으로 (L bits)
• size (msg) ≥ size (packet) = L (bits)
• transmission delay: Lbits를 signal로 변환하는데 걸리는 시간

  

• = packet size(bits) = L / link transmission rate(bits per sec) = R (L/R)

cf) 네트워크에서 소요되는 네 가지 delay

• processing delay (node에서 processing, input 버퍼에서 output 버퍼로 switching 하는데 소요)
• queueing delay (output queue, 즉 output 버퍼에서 빠져나가기 위해 대기하는데 소요)
• transmission delay (bits를 signal로 변환하는데 소요)
• propagation delay (signal이 전송되는 데 소요)

msg를 packet으로 잘라 보내는 이유

1. Core Network Delivery Efficiency (retransmission)
   : 패킷 손실 시 손실 된 부분만 다시 보내면 돼서 retransmission이 효율적이다.
2. shared media multiplexing
   : access network는 보통 shared, 어느 한 user가 잡고 있지 않도록 여러 user의 패킷을 골고루 전송
3. parallel
   : 작은 size의 packet으로 쪼개 보내면 end to end delay 감축

Physical media

• bit: transmitter로부터 receiver까지 propagate
• physical link: transmitter ~ receiver
  • guided media:(wired) : copper, fiber, coax
  • unguided media(wireless) radio : propagates frelly

twisted pair (TP)

구리. for attenuation (감쇠) 감축

: two insulated copper wires (꼬은 걸 하나로 씀)

coaxial cable

구리. 꼬지 않고 동축

: two concentric copper conductors (HFC에 사용)

fiber optic cable

: low error rate, high-speed, tens of km

radio (wireless)

: radio link type

• microwave
• LAN
• wide-area
• satellite (Propagation delay 큼)

⇒ coverage(송수신자간 거리)에 따라 GEO, MEO, LEO 선택

Communication link에서 알아야 할 것

cable을 바라보는 시각

• effective distance: 제대로 성능을 발휘할 수 있는 거리 (link의 type이 결정)
• bandwidth: 어느 정도 용량의 data traffic까지 수용 가능한지 (bps)
• error ratio: error가 없어야 함

Core network: postal service (delivery)

가장 핵심적인 기술: packet/ circuit switching

: mesh of interconnected routers

(meshed network: 임의의 두 개를 골랐을 때 어떻게든 연결이 되어 있어야 함)

⇒ core network의 핵심, 지구 상의 누구와도 통신할 수 있도록, core network를 구성하는 router들이 meshed 상태 여야 함.

packet switching

hosts break application-layer messages into packets

core는 packet만 보내고 처리 (msg 몰라)

• 각 packet들은 full link capacity로 transmit 됨. (패킷 스위칭의 장점)
  • Virtual Circuit Packet switching
  • Datagram Packet switching (인터넷 지배)

(Datagram) Packet Switching functions

• routing: pkt의 헤더값을 보고 routing table 만듦

routing은 nation-wide한 관점으로 routing table 만듦

• forwarding: pkt을 다음 router의 output port로 전송 (=switching)
• → core network의 router 본연의 목적

routing을 통해 다음 router를 이미 알고 있고, 이에 기반해 forwarding

input port로 들어온 패킷을 어떤 output port로 내보내는 것 (local한 개념)

⇒ store-and-forward 들어온 패킷을 저장한 뒤 전달

Packet Switching: store-and-forward

• L-bit packet을 R bps 링크에서 비트에서 시그널로 전환하는데에 L/R sec가 걸림
• router의 input 버퍼에서 L bits 다 올 때까지 store-and-forward가 일어남

Ex. 1msg(3 pkts)의 e2e delay(2 hop transmission), Dtrans만 고려

⇒ L/R*4

⇒ 작은 size의 pkt으로 나누어 보내면 end to end delay 감축 (parallel)

Packet Switching: queueing delay, loss

한 port에는 input buffer=input queue와 output buffer가 모두 존재(들어오기도, 나가기도 하니까)

버퍼의 존재 이유: 연속적으로 처리해야 할 때, 프로세스들의 속도가 다르면 순차적으로 처리하기 위해 기다리라고 존재

⇒ output queue의 속도와 input queue의 속도 차에 기인

input queue의 arrival rate와 switching speed 보다 transmission rate가 떨어진다면 (Rin ≥ Rout) 버퍼 오버플로우 발생

arrival rate (bis) ≥ transmission rate 라면,

• packets will queue, wait to be transmitted on link
• packets can be lost if buffer fills up (buffer overflow) → loss 발생

queueing delay로 인해 loss가 생길 수 있다!