[컴퓨터 네트워크] 2일차 수업 (Introduction/Application Layer)

4. Performance: loss, delay, throughput

데이터의 loss와 delay발생

네트워크의 어느 한 지점에서 데이터가 너무 많이 들어와서(도착 속도가 너무 빨라서) 이 데이터가 다른 지점으로 나가는 용량을 초과할 때 패킷 손실이 발생하게 된다. 라우터의 버퍼가 가득 차서 더 이상 데이터를 수용할 수 없게 되고, 새로운 패킷들은 버려지게 된다.

패킷 지연시간은 총 4가지의 요소가 더해져서 계산된다.

1. 노드 처리 지연(Nodal Processing Delay)
- 패킷이 라우터에 도착하여 처리되는 시간
- 비트 오류 확인, 출력 링크 결정

2. 큐잉 지연(Queueing Delay)
- 패킷이 출력 링크에서 전송되기 위해 대기하는 시간
- 라우터의 혼잡 수준에 따라 달라짐

3. 전송 지연(Transmission Delay)
- 패킷이 라우터의 출력 포트에서 전송되는 시간
- d trans = L / R
(R은 링크 전송 속도, 네트워크가 데이터를 전송할 수 있는 최대 속도
L은 전송되는 데이터 패킷의 길이)

4. 전파 지연(Propagation Delay)
- 신호가 링크를 따라 이동하는 시간
- 매우 짧음
- d prop = d / s (d는 물리적 링크의 길이, s는 전파 속도)

 

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실제 인터넷의 지연과 경로를 측정하는 도구로 traceroute 프로그램이 있다.

소스에서 목적지까지 인터넷 경로를 따라 각 라우터를 거치며 지연시간을 측정한다.
경로에 있는 각 라우터 i에 대해서:

세 개의 패킷 전송 - 목적지로 가는 경로에 있는 라우터 i에 도달하도록 세 개의 패킷을 전송한다. 이때 패킷의 TTL 값을 i로 설정하여 해당 라우터에서 만료되도록 한다. (* TTL이란 Time-to-Live, 네트워크에서 패킷의 생존 시간을 제한하여 무한 루프를 방지하고 네트워크 자원을 보호하는 필드, TTL은 각 홉을 거칠 때마다 감소하며, TTL 값이 0이 되면 패킷은 폐기된다.)

라우터 i가 패킷 반환: 각 라우터 i는 패킷을 송신자에게 반환한다. 

송신자가 시간 측정: 송신자는 전송과 응답 사이의 시간 간격을 측정하여 지연 시간을 계산한다.

tace rt 명령어

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Packet Loss는 네트워크에서 데이터 패킷이 목적지에 도달하지 못하고 손실되는 현상이다. 

패킷은 전송되기 전에 일시적으로 버퍼(대기영역)에 저장된다. 하지만 버퍼의 크기는 제한되어 있으므로 패킷이 도착할 때 버퍼가 가득 차 있으면 해당 패킷은 버려진다(손실된다). 손실된 패킷은 이전 노드나 송신 시스템에 의해 재전송될 수 있고, 일부 경우에는 재전송되지 않을 수도 있다.

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Throughput 처리량

송신자에서 수신자로 비트가 전송되는 속도를 의미한다.

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5. Security

네트워크 보안의 분야:

• 악의적인 공격자들이 어떻게 컴퓨터 네트워크를 공격할 수 있는지 (how bad guys can attack computer networks)
• 어떻게 네트워크를 공격으로부터 방어할 수 있는지 (how we can defend networks against attacks)
• 공격에 면역이 되는 아키텍처를 어떻게 설계할 것인지 (how to design architectures that are immune to attacks)

 

인터넷의 원래 설계 의도:

• 인터넷은 원래 보안을 염두에 두고 설계되지 않았음 (Internet not originally designed with much security in mind)
• 원래의 비전: "투명한 네트워크에 연결된 상호 신뢰하는 사용자 그룹" (original vision: "a group of mutually trusting users attached to a transparent network")
• 인터넷 프로토콜 디자이너들이 "따라잡기"를 하고 있음 (Internet protocol designers playing "catch-up")
• 모든 계층에서의 보안 고려 (security considerations in all layers)

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- Dos(Denial of Service)
- packet sniffing
- IP spoofing

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6. Protocol layers, service models

프로토콜의 레이어

네트워크를 구성하는 여러가지 요소들이 있다.
host, routers, link of various media, applications, protocols, hardware, software ...

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레이어링이 필요한 이유 (Why Layering?):

• 명확한 구조는 복잡한 시스템의 구성 요소의 식별과 관계를 가능하게 한다 (Explicit structure allows identification and relationship of complex system’s pieces):
  • 논의를 위한 계층화된 참조 모델 (Layered reference model for discussion)
• 모듈화는 시스템의 유지보수와 업데이트를 용이하게 한다 (Modularization eases maintenance and updating of system):
  • 계층의 서비스 구현의 변화는 시스템의 나머지 부분에 투명하게 유지됨 (Change in layer’s service implementation: transparent to rest of system)
  • 예를 들어, 게이트 절차의 변경은 시스템의 나머지 부분에 영향을 미치지 않음 (e.g., change in gate procedure doesn’t affect rest of system)

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OSI 7계층

1. 물리 계층 (Physical Layer): 하드웨어적 연결, 전기적 신호 전송
2. 데이터 링크 계층 (Data Link Layer): 노드 간의 데이터 전송 및 오류 검출
3. 네트워크 계층 (Network Layer): 데이터의 경로 설정 및 논리적 주소 지정
4. 전송 계층 (Transport Layer): 데이터 전송의 신뢰성 확보, 흐름 제어
5. 세션 계층 (Session Layer): 통신 세션 설정, 유지, 종료
6. 표현 계층 (Presentation Layer): 데이터 형식 변환, 암호화
7. 응용 계층 (Application Layer): 사용자와 직접 상호작용하는 애플리케이션 서비스

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Applications

1. Principles of network applications

- Client - Server paradigm (CS구조)
- Peer to Peer paradigm

 

 

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Internet transport protocols services

TCP 서비스: 신뢰성 있는 전송, flow control, congestion