Network Edge: Access와 Link를 중심으로

Network Edge는 여러 호스트(Host)들로 이루어져있다. 호스트에는 클라이언트(Client)와 서버(Server)가 있다. 종종 서버들은 데이터 센터에 위치한다.

Network Core는 상호 연결된(Interconnected) 라우터들로 이루어져있다. 네트워크들의 네트워크라 불린다.

Q: 어떻게 엔드 시스템을 Network Edge에 존재하는 Router로 연결할까?

A: 엔드 시스템을 Network Edge에 연결하는 방법에는 여러 타입이 존재한다.

• residential access network
• institutional access network(school, company)
• mobile access network(WIFI, 4G/5G)

 

Cable-Based Access

Cable-based Access 시에는 엔드 시스템의 CMTS(Cable Model Termination System)의 Cable Headend로부터 인터넷 연결을 시작한다. 이 때 Frequency Different Multiplexing(FDM)이 사용된다. 데이터와 TV 각각의 다른 채널들이 공유되는 케이블 내부에서 다른 주파수 대역으로 전송하는 방식이다. 즉, 통신 매체에서 이용 가능한 총 대역폭을 겹치지 않는 일련의 주파수 하부 대역으로 분리시킨 뒤, 분리된 대역을 각각 개별 신호를 전달하는데 사용하도록 하는 기술이다.

HFC (hybrid fiber coax)는 비대칭적인 전송 속도를 보여준다. downstream 전송 시에는 40Mbps~ 1.2Gbps 속도를, upstream 전송 시에는 30-100Mbps의 속도를 지원한다.

네트워크에 사용되는 케이블과 섬유는 ISP router로 연결된다.

 

Digital Subscriber Line (DSL)

케이블 기반 접근과 달리, DSL은 telephone line을 사용한다.

데이터와 음성은 다른 주파수를 가지며, DSL phone line의 데이터는 Internet으로, DSL phone line의 음성은 telephone net으로 연결된다.

비대칭적인 전송 속도를 보여준다. downstream 전송 시에는 24Mbps ~ 52Mbps 속도를, upstream 전송 시에는 3.5-16Mbps의 속도를 지원한다.

 

Fiber to the Home (FTTH)

Central Office로부터 집까지 광섬유(Optical Fiber path)를 제공하는 방식이다. 앞서 소개한 두 가지 방식보다 대역폭(bandwidth)이 높다. 광섬유를 인근의 Splitter에 연결하는 Optical Network Terminator(ONT)와 Splitter와 연결되어 광신호와 전기 신호의 변환을 제공하는 Optical Line Terminator(OLT)로 구성되어있다.

Giga bit의 속도에 도달하기 위해서 한국에서는 지배적인 기술이다.

 

Wireless access network

공유되는 wireless access network는 엔드 시스템을 라우터에 연결한다. 이 때 통하는 base station을 access point라 부른다.

• Wireless Local Area Network(WLAN)
  • 약 30m 반경
  • 11, 54, 450 Mbps
  • WiFi
• Wide-area cellular access networks
  • 모바일 / 셀룰러 네트워크
  • 약 10km 이상의 넓은 반경
  • 10's Mbps and more
  • 4G, 5G

 

Enterprise Network

• 회사나 대학 등에 사용된다.
• Wired, Wireless Link, 스위치와 라우터가 혼합된 기술이다.
  • Ethernet: Wired Access이며 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps의 속도를 가진다.
  • WiFi: Wireless Access Points이며 11, 54, 450Mbps의 속도를 가진다.

 

Data Center Network

• 높은 대역폭의 링크(10s to 100s Gbps)로 수 백개에서 수 천개의 서버가 함께 인터넷에 연결되어 있다.

 

Host

호스트들은 패킷 데이터를 전송한다. 이 과정을 좀 더 풀면, 어플리케이션에서 전송을 원하는 메시지를 그보다 작은 L bits의 chunks로 나눈다. 이를 패킷이라고 부른다. 이러한 패킷들을 Access Network에 R의 전송 속도로 전송한다. link transmission rate는 link capacity, link bandwidth라고도 불린다.

따라서 패킷 전송 딜레이는 L(bits)/R(bits/sec)로 계산된다.

 

Physical Media 링크

• bit
  • 전송자와 수신자 사이에서 전파된다.
• physical link
  • 전송자와 수신자 사이에 놓여있다(lie).
• guided media
  • Solid media를 통해 신호들이 전달된다.
  • Ex. Copper, fiber, coax등
• unguided media
  • 자유롭게 신호들이 전파된다.
  • Ex. Radio

 

Twisted pair (TP)

• two insulated copper wires
  • Category 5: 100Mbps 1Gbps Ethernet
  • Category 6: 10Gbps Ethernet
• Unshielded twisted pair (UTP)
  • 주로 LAN에 쓰인다.

 

Coaxial cable

• two concentric copper conductors
• 양방향이다
• 브로드밴드
  • 다중 주파수의 채널이 케이블에 존재한다.
  • 채널 당 100's Mbps의 속도를 낸다.

 

Fiber optic cable

• glass fiber carrying light pulses, each pulse a bit
• High-speed operation(빠르다)
  • high-speed point-to-point transmission (10's-100's Gbps)
• lower error rate(낮은 오류율)
  • repeaters spaced far apart (repeater는 신호를 증폭시킨다.)
  • immune to electromanetic noise

 

Wireless radio

• signal carrried in various bands in electromagnetic spectrum(전자기 스펙트럼)
• wireless
• half-duplex (송신자->수신자)
• 전파 환경에 영향을 받는다
  • reflection
  • obstruction by objects
  • interference/noise
• 링크에는 WLAN, Wide-area, 블루투스, 위성 등이 쓰일 수 있다.