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인터넷 구조에 대해 살펴보면 네트워크들에 네트워크이다.

access ISPs를 통해 end systems(단말, host)를 연결 할 수 있다.    *access ISPs에는 reesidential, company, university ISPs가 있다.

이제 access ISPs에 end system을 연결했으면 access ISPs들을 상호 연결을 해야한다. 그렇게 해야지만 서로다른 access ISPs에 있는 어느 두개의 호스트들이라도 각각에 패킷을 전송할 수 있게된다. 그래서 묶어줘야 한다. 그렇게 되면 네트워크가 복잡한 형태를 띄게 된다. 그래서 네트워크에 네트워크 발전은 경제 상황이라든가 국가정책에 의해서 개선이 된다.

계속 인터넷 구조를 살펴보자 (다음으로)

첫번째로 각 엑세스 아이에스피를 나머지 엑세스 아이에스피에게 전부 다 연결하는 방법이다.

규모를 키웠다 줄였다 하는게 원활하지가 않다. 왜냐하면 O(N^2)의 연결이 필요로 하여 많은 연결이 필요하기 때문이다. 게다가 access ISPs 하나가 추가되면 또 다 연결해야하기 때문이다.

각 엑세스 아이에스피를 하나의 글로벌 ISP에 access net을 연결해주는 것이다. 그러면 원활하게 묶을 수가 있다. 

문제는 Customer ISP와 provide ISP간의 경제적 동의가 있어야 하는점이다.

만약 하나의 글로벌 아이에스피가 독립적으로 비지니스를 운영하면 금방 경쟁자들이 발생하게 된다. 그러면 이러한 경쟁자들을 또 묶어줘야 한다. 그렇게 되면 글로벌 아이에스피 간에 peering link를 만들던가 아니면 internet exchange point를 제3의 조직이 만들어가지고 각각의 ISP들이 연결 가능한 기기들을 삽입해 각각을 연결해야한다.

각 지역별로 묶어 글로벌 아이에스피로 뿌려주는 것도 있다.

그리고 자기 자신의 네트워크를 운영하는 content provide network 같은것들도 운영되고있다.

인터넷 구조를 정리해보면 이러한 모양이 된다.

Tier 1 ISP는 글로벌 아이에스피가 표현되고 구글로 표현된 것이 content provider network를 표현된다. 그다음에 IXP는 Internet Exchange Point라고 해서 제3의 사업자 또는 공공기관같은곳에서 서로다른 ISP를 연결할 수 있도록 장비를 갖추고 회선을 끌어다가 연결해주는 곳이다.

그래서 인터넷은 작은 숫자의 잘 연결된 커다란 네트워크를 중심으로 해서 연결되는데 tier-1은 commercial ISP가 되겠다. 우리나라로 치면 skt, kt LG 이런 사업자들이다.

Content provider network는 aws같은 곳이다.

[페킷스위칭과 서킷스위칭의 비교]

서킷스위칭에 비해 패킷스위칭이 더 많은 사용자가 네트워크를 사용하도록 허용할 수 있는 방식이다.

예를들어 link capacity가 1Mbps이다. 그리고 각 사용자가 active 일때 즉 전송할 패킷이 있고 네트워크를 사용하고자 할 때 100kbps의 속도가 필요하다. 그런데 항상 active상태가 아니라 10%의 시간만 active하고 나머지 90%의 시간은 idle 즉 사용하지 않은 시간이다. 

각 사용자가 100kbps의 속도가 필요하기 때문에 서킷 스위칭을 사용하는 경우에는 100kbps * 10하면 1mbps가 나온다. 그래서 서킷스위칭 방식에서는 할당받은 bandwidth를 배타적으로 사용하고 보장을 해줘야 하기 때문에 10명 초과의 사용자를 받을수가 없다.

그에비해서 패킷스위칭 방식에서 만약에 35명의 사용자를 수용했다고 가정하자. 35명 전부 다 이 링크를 사용하려고 하면은 사용할수가 없으니 몇명까지 이 링크를 사용해도 무리가 없을까를 계산해 보니 10명 까지이다. 그래서 35명의 사용자를 받을 때 동시 10명을 초과해서 active상태가 되는 확률은 얼마나 될까를 계산해봤더니 0.0004보다 작은 확률이다. 그러므로 충분히 35명을 수용해도 문제가 없다. 그래서 패킷스위칭방식이 서킷스위칭 방식보다 더많은 사용자를 수용 가능하다. 

그러면 0.0004의 값을 어떻게 나왔을까?

10명 이하로 active인거는 상관없고 초과하는 확률을 구하는거니깐 11명이 동시에 active한거를 구해야한다. 사용자 하나가 active할 확률은 1/10이다. 그다음 idle한 상태는 9/10이고,

그래서 사용자 11명이 active이고 나머지는 아닌 확률은 {(0.1)^11} * {(0.1)^24} 이다. 그래서 11명을 뽑는 방법은 35C11이 된다.

만약에 35명 이상의 사용자를 받는다면? => 확률이 커진다.

패킷 스위칭이 데이터를 전송하는 구간에서는 한꺼번에 데이터 전송이 일어나고 상당 기간동안 전송하지 않은 상태가 일어나는 것이 bursty data인데 이럴 경우에는 패킷 스위칭이 잘 작동한다.

Resource sharing을 하기 때문이다.

패킷스위칭은 서킷스위칭 보다 단순하다. (서킷스위칭은 call setup이 필요하다. 그래야지만 자원을 예약하고 할당할 수 있기 때문이다.)

Packet delay 와 loss에 의해서 과도한 혼잡상황이 벌어질 수 있다. 서킷스위칭에서는 딱 정해진 사용자만 받아서 서비스 하지만 패킷스위칭에서는 그보다 훨신 더 많은 사용자를 수용해서 서비스 하기 때문이다. 그래서 신뢰성 있는 데이터 전송, congestion control등을 위해 프로토콜이 필요로하게 된다.

Circuit-like behavior의 제공 방법이 있나?

즉 패킷스위칭에서 보장성 있는 행위를 제공해줄 수 있는 방법이 있는지 의문이 발생할 수 있다. 이전의 인터넷 서비스는 텍스트 위주였지만 오디오나 비디오, 즉 멀티미디어 어플리케이션이 대부분 차지하게된 인터넷 상황에서는 bandwidth를 보장해주는 서비스가 필요하게 된다.  그래서 이 문제를 풀기위해 계속 노력중에 있다.

인간사회에서 유사한 사례

서킷 스위칭 : 음식점 예약, 기차표 예약, 등등…

패킷 스위칭 : on demand allocation

[네트워크 코어에서 사용할 수 있는 또다른 스위칭 방식에 circuit switching이 있다. (회선 교환 이라 부른다.)]

서킷 스위칭 방식은 패킷 스위칭이랑 많이 다르다. 

서킷스위칭 방식은 전통적인 전화망에서 사용이 되었다. 

서킷스위칭 방식에서는 source와 destination사이에 call(전화 통화)을 위해서 end-end간에 resource(자원)을 예약하고 할당하는 방식을 취한다. (패킷스위칭에서 없었던 방식)

다이어그램(옆 그림)을 보면 각 링크가 4개의 서킷으로 나누어 져 있다. (가상의 회선임. 물리적으로 쪼갠게 아닌 논리적으로 쪼개놓은거임. 쪼개는 방식은 다음에 배운다고함)

 call을 통하는 top에서는 2번째 서킷 오른쪽에서는 첫번째 서킷을 차지한다. 즉 예약하고 할당해서 사용하게 된다. 

이 resources는(왼쪽 위, 오른쪽 밑 컴퓨터) dedicated 방식으로 사용하게 된다. 즉 전용으로 쓰는것이다. 공유를 안하고, 회선처럼 보장되는 성능을 담보할 수 있다. (패킷스위칭 방식이랑 다른점이다.)

저 두개의 resource가 아무런 통화작업, 또는 전송할 데이터가 없더라도 다른사람은 이 회선은 쓸 수 없다.

위와 같은 방식이 전통적인 전화망에서 사용되면서 전화 품질을 일정수준에서 유지시켜줬다.

[FDM versus TDM]

FDM (주파수 분할 다중화) 

y축은 주파수, x축은 시간.  Frequency band를 쪼개어 사용자 4명을 가정했을 때 각각의 유저에게 각자의 것을 할당해주는 것이고 각자의 노선만 쓸 수 있다.

TDM (시분할 다중화)

frequency band를 쪼개는게 아니라 link를 사용하는 시간을 짤라 번갈아가며 쓰는 방식이다. 주기적으로 각자가 쓸 수 있는 시간이 돌아온다. 시간마다 쓸 수 있는 시간이 있고 해당 시간에는 해당 유저만 사용 가능하다.

위 두 방식 둘 다 dedicated 방식으로 사용하게 된다.