Chapter 1. 컴퓨터 네트워크와 인터넷
들어가보자
인터넷이란 무엇인가?
- 인터넷을 구성하는 요소들로 살펴보기 (HW적인) : 1장에서는 4가지 구성요소 (Host, Packet switches, Communication links, Networks) 로 네트워크를 설명하고 있음
- 분산 애플리케이션에 서비스를 제공하는 인프라스트럭쳐로 살펴보기 (SW적인) : 내가 앱을 만들면 서버를 만들어야 하는데, 이 서버를 어떻게 만들어야 하는지에 대한 내용 (계층상에서는 Application Layer에 해당)
- 응용 서비스를 만들고자 할 때 데이터가 필요함. 어디서 가져와보면 좋을까? - 공공데이터 포털 (data.go.kr) 등을 활용하면 좋음
프로토콜이란 무엇인가?
한 학기 내내 여러가지 프로토콜에 대해 접하게 될 것임
프로토콜이란? 개체 간에 이루어지는 데이터 통신을 제어하는 규칙들의 집합
- 프로토콜의 주요 요소 3가지
- Syntax : 데이터의 형식 (ex. IP라면 IP의 형식, 헤더 구성 등)
- Semantics : 데이터의 의미
- Timing : 데이터의 순서, 속도 등
- TCP/IP Layer는 5가지로 나눔. 어떤 Protocol이 있는지?
- Application Layer : E-mail, Web, FTP, Telnet, ...
- Transport Layer : TCP, UDP
- Network Layer : IP, routing protocols
- Link Layer : Ethernet, WiFi
- Physical Layer
이번 학기에서는 위 3개 레이어에 대해 다룰 예정
Inroduction
Chapter Goal : Get "feel", "big picture" - introduction to terminology
인터넷 : 구성요소 (a nuts and bolts)
- Hosts : end systems (외곽에 있는 장치들)
- 5개의 계층을 모두 다 가지고 있음. 응용 서비스들이 동작하고 있음
- Packet Switches : forward packets (패킷을 전달하는 장치들)
- 라우터, 스위치 등
- 패킷은? chunks of data
- Communication Links : fiber, copper, radio, satellite
- 전송률(throughput) / 대역폭(bandwidth) 등을 고려해야 함
- Networks : collection of devices and links
거의 대부분의 장치들이 인터넷을 통해 연결되어 있음 (ex. IP카메라, 게이밍 디바이스, AR 장비, 심지어 자동차까지)
Internet에서 I 는 대문자로 표현해야 함. 심지어 문장 중간에 들어가더라도
인터넷 표준
- RFC : 표준화된 문서들에 부여되는 문서 번호
- IETF (opens in a new tab)
RFC 문서를 보면 정말 건조하고 재미없고 불친절하게 쓰여 있음. 하지만 이게 표준이기 떄문에 이걸 따라야 함
서버랑 클라이언트가 소켓을 통해서 네트워크에 접속하고 받고 함 - 이거는 2장에서 이야기함
프로토콜이란?
- 뭔가 사람들이 정한 규칙/규약
- 프로토콜의 주요 요소
- Syntax : 데이터의 형식
- Semantics : 데이터의 의미
- Timing : 데이터의 순서, 속도 등
네트워크를 3가지로 접근함
- Edge
- Access Network
Access networks and physical media
어떻게 Edge Host를 네트워크에 연결하기 위한 방법 - Access Network (ex. WiFi, Ethernet, DSL, Cable, Fiber)
- 가장 전통적인 Access Network 구성법 : DSL (Digital Subscriber Line) : 전화선 가지고 인터넷을 접속하는 것.
- 당시에는 전화선의 품질이 별로 안 좋아서 전화국 반경 2km 정도까지만 망을 구축했는데, 이 망을 가지고 인터넷 접속을 함. (음성 신호와 데이터를 하나의 라인을 사용)
- DSLAM이라는 장비가 있는데 이건 DSL 을 통해서 들어오는 신호를 전화/데이터로 분리하여 전화는 전화 네트워크로, 데이터는 ISP로 보내는 역할
- Cable : 케이블 TV 네트워크를 사용하는 것.
- Cable Headend : 케이블 네트워크에서의 DSLAM 역할. 중계 장치 역할이라고 보면 됨. TV 신호나 인터넷 신호 등을 받아서 각각의 네트워크로 보내주는 역할. 케이블 네트워크에서는 콘텐츠를 Delivery하기 위해서 매우 중요하다.
- Cable에서는 하나의 케이블을 여러 집들이 공유하고 있음.
- FDM (Frequency Division Multiplexing) : 주파수를 나눠서 여러 채널을 만들어서 여러 채널을 동시에 전송하는 방식 (ex. 저주파는 TV, 고주파는 데이터 -> 왜?)
- DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) : 케이블 네트워크에서 데이터를 전송하기 위한 표준 (여기에 보면 100mbps, 200mbps 이정도 수준으로 나와있음) - 그래서 기가단위로 가려면 광케이블로 가야함
- HFC (Hybrid Fiber Coax) : 케이블 네트워크에서는 케이블을 통해서 집에 전달하고, 집 안에서는 광섬유로 전달함. (케이블은 광섬유로 전환되어서 집에 전달됨)
Home Networks
홈 네트워크는 복합적인 구성을 가지고 있음. (ex. WiFi, Ethernet, ...)
보통 '공유기'라고 불리는 장비가 네트워크에 접속할 수 있도록 하는 모든 장비를 포함 - AP, Router, Modem 등
- WLAN (Wireless LAN) : 보통 WiFi를 말함. 802.11이라는 표준을 따르고 있음. 거리는 100ft(30m) 정도, 속도는 100Mbps 내외
- 802.11a/b/g/n/ac/ax : 각각의 표준에 따라서 속도, 주파수 대역 등이 다름
저거보다 더 큰 영역을 차지하는게 Wide-area cellular network (ex. LTE, 5G) - 이동통신 기반의 네트워크 (이건 6장 정도에서 다룸)
4g 넘어오면서 음성/데이터를 하나로 통합함
데이터 센터도 하나의 Access Networks 부류에 속한다 (ex. Amazon Case - 전자 상거래를 위한 각종 페이지들 / 아마존의 데이터를 처리하기 위한 병렬 컴퓨팅 / 퍼블릭 클라우드 서비스 (AWS) 제공)
우리가 결국 인터넷을 쓸 때 최종적을 사용하는 프로토콜은 HTTP인데, 이 프로토콜을 계속해서 개선하기 위해서 구글이 열심히 하고 있음. (ex. QUIC)
Network Core
라우터들의 집합 - 라우터가 어떻게 데이터를 처리하는가?
라우터들이 하는 일을 크게 두 가지로 나누어보면 Packet Switching과 Circuit Switching이 있는데, 여기서는 Packet Switching에 대해서만 다룸
Packet Switching
패킷 스위칭을 수행하는 장치들은 라우터, 스위치 등이 있음
Two key network-core functions
- Forwarding : move packets from router's input to appropriate router output
- 패킷을 받아서 어느 쪽으로 내보내야 목적지로 도착할 수 있을까? 를 판단하는 것. (목적지 주소를 보고 가려면 어떻게 해야할까?)
- 그걸 판단하는 Table이 있을건데, 이걸 어떻게 만들어야 할까? (Routing이 이걸 만드는 것)
- Routing : determine route taken by packets from source to destination
- 라우팅은 라우터가 함
- 라우터들끼리 정보를 주고 받으면서 라우팅 프로토콜/알고리즘을 통해서 패킷을 어디로 보내야할지 결정함
- 그걸 라우팅 테이블이라고 함
Packet-switching : store-and-forward
패킷이 가령 1500바이트라고 하면, 라인을 타고 쭉 들어올건데,
store-and-forward vs cut-through
- Packet-Switching : 데이터가 들어오면, 데이터가 다 들어올 때까지 기다렸다가, 데이터가 다 들어오면 판단해서 어디로 보낼지 결정함 (store-and-forward)
- Cut-Through : 데이터가 특정 길이로 들어온다고 하면, 앞 부분에 어디로 가야할지에 대한 정보가 있음. 그 정보를 보고 판단해서 어디로 보낼지 바로 결정함 (뒤에가 아직 안 들어오더라도)
S - Router - D
S -> Router D(Trans) 전송 지연 - 라인에 올리는 시간 = 100kbps / 10mbps = 10ms (처음 비트가 라인에 올라와서 -> 마지막 비트가 라인에 올라올 때까지가 100kbps) - 링크의 성능 (데이터가 라인에 올라오는 스피드) => 밑에 두개는 거리와 성능에 관계가 있는데, 얘는 라인의 성능에 관계가 있음 (좀 다름) - 그래서 얘가 중요 (R bps / L-bit packet) - 링크가 밀어내는데 걸리는 시간 - 그렇다고 해서 얘가 전송에 관련된거냐? 아니지. Propagation Delay까지 해야 가는거다.
S -> Router D(Prop) = 1000m / 2*10^8 m/s = 5ms (전파 지연) - 빛의 속도로 전파가 되기 때문에 Transmission보다는 빠르다 -> 네트워크의 거리와 관계 있음 (멀리 떨어져있으면 크다)
Router D(Proc) = 0.1ms (처리 지연) - 라우터가 패킷을 받아서 처리하는 시간 (메모리 Access와 관련 있음) - 반도체 기술에 따라서 결정됨 (라우터의 성능) - 메모리 액세스를 초당 몇 개를 하느냐
Router D(Q) - 자원에 비해 패킷이 순간적으로 많이 몰리거나 하면 큐잉이 발생함. 패킷이 몰려온다고 해서 얘네를 버릴 수는 없잖아. 예를 들어 들어오는 회선이 100mbps로 쏟아져들어오는데, 나는 10mbps로 밖에 못보내는데, 그럼 어떻게 해야할까? - 큐잉 딜레이가 발생함. - 얘는 누구에 의존하냐? 외부에서 들어오는 패킷의 속도에 의존함. (네트워크의 트래픽에 의존함) -> 예상할 수가 없음.
총 소요시간 : D(Trans) * 2 + D(Prop) * 2 + D(Proc) = 10ms + 5ms + 0.1ms = 15.1ms
Transmition Delay가 많이 언급이 되고, Queueing Delay는 가장 예측하기 어렵다.
Queue에 패킷을 쭉 쌓다가, 어느정도 쌓이면 버린다. (drop을 한다)
-> 얘랑 반대에 있는게 바로 Circuit Switching : 파이프같은 걸 하나 쭉 뚫고, 자원을 다른 사람이 쓸 수 없게, 해당 콜만 쓸 수 있게 (그걸 서킷) 하고, 그 서킷을 통해서 데이터를 보내는 것. (ex. 전화망) - dedicated resources (no sharing) -> 전화 망에서 다이얼을 돌리면 Request 가 가고, Accept가 오고, (call setup 과정이 필요) - 근데 packet switching에서는 call setup이 필요 없음. (그냥 보내면 됨) 단, tcp에서는 call setup이 필요함 (3-way handshake)
그러면 Circuit Switching에서 링크의 자원을 어떻게 나눠 갖느냐 : FDM and TDM
- FDM (Frequency Division Multiplexing) : 주파수를 나눠서 여러 채널을 만들어서 여러 채널을 동시에 전송하는 방식 (ex. 저주파는 TV, 고주파는 데이터)
- TDM (Time Division Multiplexing) : 시간을 나눠서 여러 채널을 만들어서 여러 채널을 동시에 전송하는 방식 (ex. 1초를 8등분해서 8개의 채널을 만들어서 8개의 채널을 동시에 전송하는 방식)
Packet switching vs Circuit switching
N명의 유저가 1Gpbs Link 를 사용한다고 하자. 이 때, 각 유저는 100Mb/s 의 속도를 Active 상태일 때 쓴다고 한다. 그리고 전체 시간의 10%만 Active 되어 있다.
- Circuit Switching : 라인 자체가 1Gbps이고, 인당 100Mbps를 쓰니까 10명만 쓸 수 있음.
- Packet Switching : with 35 users, probability that more than 10 are active at the same time is less than 0.004
- 0.004? 4/10000의 확률로 100mbps를 못 쓴다. 이 외의 경우에는 100mbps를 쓸 수 있다.
- 0.004는 어떻게 나온거지? -> 가령 내가 n명을 수용했다고 하자. n명의 유저 중에 k명이 active할 확률은? 0.1이지. (0.1)^k _ (0.9)^(n-k) _ nCk (이항분포) => 이걸 계산하면 0.004가 나옴
- 이 때 k가 10명까지는 상관 없다.
- sigma (k=11 to 35) (0.1)^k _ (0.9)^(n-k) _ nCk = 0.004
Is packet switching a slam dunk? -> 유저가 100% Active 되어 있는 환경이라면 circuit switching이 훨씬 유리 -> 하지만, 실제로는 유저의 일부만 Active 되어 있는 경우가 많음. 그럼 packet switching이 훨씬 유리 (Bursty하다) -> 그렇다면 packet switching이 유리함
- Packet Switching 방식을 쓰긴 쓰지만 Circuit Switching의 장점을 일부 활용할 수 있다면 얼마나 좋을까
- Virtual Circuit (가상 회선) : 패킷 스위칭을 쓰면서, 서킷 스위칭의 장점을 일부 활용할 수 있도록 만든 기술
- ATM (Asynchronous Transfer Mode) : 패킷 스위칭을 쓰면서, 서킷 스위칭의 장점을 일부 활용할 수 있도록 만든 기술 => 얘를 쓰면 좋겠다고 생각했는데, 결국은 안 쓰게 됨 (ex. 화상 전화같은 것들이 이런 기술을 쓰면 좋겠다고 생각했는데, 결국은 안 쓰게 됨)
Internet Structure: "A Network of Networks"
Question : 전 세계의 access net들이 있을건데, 얘네를 어떻게 연결하지?
- 모두 1:1로 연결된다? 작으면 가능할 텐데 크면 불가능하다.
- 그럼 어떻게 연결해야할까? - Star 구조 : Global ISP 와 연결된다
- 이렇게 ISP들이 전 세계에 있을거고, 지역별로도 ISP가 있을 것이고, 그러면 얘네를 어떻게 연결해야할까? => Hierarchical 구조로 연결한다.
- 지역별로 연결된 ISP들이 있을거고, 그걸 연결하는게 Regional ISP가 있을거고, 그걸 연결하는게 Global ISP가 있을거다.
- 구글같은거 보면 전 세계에 데이터 센터가 있을 것이고, 그걸 구글이 직접 연결하기도 한다
- 이런 계층들이 어떻게 되어 있나?
- Tier-1 ISP : Global ISP
- IXPs (Internet Exchange Points) : Tier-1 ISP들이 연결되는 지점
- Tier-2 ISP : Regional ISP
- Tier-3 ISP : Local ISP
- Content Provider Networks : 구글, 페이스북, 아마존 등등
이런 식으로 네트워크 망이 입체적으로 구성되어 있다.
Performance : Loss, Delay, Throughput
패킷 전송 중 지연과 손실은 왜 발생하나?
- Delay : 4가지 종류가 있음
- Nodal Processing Delay : 라우터가 패킷을 받아서 처리하는 시간
- Queueing Delay : 큐잉이 발생하는 시간 - 가장 예상하기 어렵다. 공부할 것도 많고..
- Transmission Delay : 라인에 올라가는 시간
- Propagation Delay : 전파되는 시간 -> 거리에 관계
- D(Nodal) = D(Proc) + D(Q) + D(trans) + D(prop)
요 책에서 강조하는게 D(trans) 와 D(prop) 을 잘 구분하라는 것.
- Queueing Theory (대기 이론) : 학부에서는 안 다루고, 대학원에서 한 학기과정으로 다루기도 함 - 딜레이값이 얼마나 될지를 구하고 계산하고 하는 것
- 대표 저서 : Kleinrock의 Queueing Systems (책 70p에 인터뷰가 있음)
트래픽 부하 : traffic intensity = La/R (L : 패킷의 길이, a : 패킷의 도착율, R : 링크의 전송률)
- La/R < 1 : 링크가 유휴 상태 (0에 가까우면 큐잉 딜레이가 작으니까 좋지)
- La/R > 1 : 링크가 포화 상태 (1에 가까워질 수록 큐잉 딜레이가 늘어난다 -> 얼마나? 지수적으로) -> 1에 가까워지면 큐잉 딜레이가 무한대로 가게 된다.
- La/R = 1 : 링크가 포화 상태
책에 14, 15, 16번이 Queueing Theory를 가볍게 들여다볼 수 있는 Example이니까, 요거를 다음 시간에 풀어볼 수 있게 준비하자. (숙제)
보통 사업을 한다고 하면 최대 0.6 내지 0.7 정도의 부하를 갖는 수준으로 설계를 한다. (그 이상으로 가면 지수적으로 부하가 늘어나기 때문에 안됨)
-> 이렇게 되는 이유는 a가 deterministic 하지 않기 때문에 (랜덤하게 들어오기 때문에)
traceroute
발신-수신 노드의 경로를 찾는 명령어
haenu@haenuui-MacBookPro ~ % traceroute hufs.ac.kr
traceroute to hufs.ac.kr (203.232.224.3), 64 hops max, 52 byte packets
1 172.16.0.1 (172.16.0.1) 81.849 ms 4.291 ms *
2 203.232.228.254 (203.232.228.254) 66.410 ms 3.729 ms 4.142 ms
3 203.232.224.240 (203.232.224.240) 8.948 ms 4.507 ms 4.596 ms
4 203.232.224.3 (203.232.224.3) 7.054 ms 12.755 ms 4.499 ms- IP 프로토콜의 TTL 필드를 이용해서 좀비 패킷을 없앤다.
- ICMP - TTL expired in transit
traceroute는 어떻게 만들지?
- TTL 값을 1로 설정해서 패킷을 보낸다. (3개 보냄)
- 그러면 첫번째 라우터가 패킷을 받고, TTL을 0으로 만들고, ICMP 메시지를 보낸다.
- 그러면 그 ICMP 메시지를 받은 곳이 첫번째 라우터가 되고, 그 다음 라우터로 패킷을 보낸다. (TTL을 2로 설정해서)
- 이렇게 반복해서 패킷을 보내고, ICMP 메시지를 받으면 그게 라우터가 되는 것
- 그러면 제일 마지막에 도착하는 곳이 목적지가 되는 것 - 마지막을 어떻게 알지?
- Transport 계층에 가면 목적지의 포트번호를 알 수 있음
처리율 (Throughput)
- Throughput은 실질적으로 데이터를 보낼 수 있는 속도
- Throughput은 minium 값으로 측정하는 것이 좋다. (bottleneck link)
- 보통은 Access part가 bottleneck이 된다.
Security
보안은 8장에 있는데, 이쪽에서는 그냥 잠깐 훑어지나가는 정도로 되어 있음.
인터넷이 처음 시작되었을 떄는, '인터넷을 사용하는 사람들은 선한 사람'으로 생각하였음. 그래서 보안에 대한 고려를 하지 않았음.
그러나, 인터넷이 발전하면서, 보안에 대한 고려가 필요해졌음. 그래서 각 레이어별로 여러 보안적인 고려가 들어가기 시작했다.
그래서 생각해야하는 부분? 도대체 어떻게 공격을 할까? -> 이걸 가지고 어떻게 대처할지를 알아보자. -> 나중에는 구조적으로 어떤 공격이 오든 막으려면 어떻게 해야할까를 생각하게 된다.
여기서는 공격 패턴만 몇 가지 살펴보자
- Packet "Sniffing" : 엿듣기
- 와이어샤크 같은 프로그램을 쓰면 패킷을 엿듣을 수 있다. (그래서 패킷을 암호화해서 보내는 것이 중요하다)
- IP Spoffing : IP 주소를 변조해서 보내는 것
- DoS (Denial of Service) : 서비스 거부 공격
- TCP의 3-way handshake를 이용해서 공격하는 것 (Call setup request를 무지막지하게 보내면 ACK를 보낸다)
- DNS같은 경우는 UDP를 사용함. TCP를 쓰면 이런 공격에 취약해서?
- Lines of Defense
- Authentication (종단점인증) : 내가 누군가와 통신을 하고 있는데, 그 사람이 진짜 그 사람인지 확인하는 것 (IPSec 같은걸 보면 종단점을 확인하는 과정을 거친다)
- Confidentiality (기밀성) : 아무나 살펴볼 수 없게 암호화를 하는 것
- integrity checks (무결성) : 내가 데이터를 받았는데, 이걸 조작할 수 없도록
- Access restrictions
- firewall
이런 3가지를 확인해야 한다. 막연하게 "보안"!! 하는 것보다 이런 것들을 챙기면서 해야 한다.
8장에서 이런 부분이 어떻게 구현되었는지 등을 알 수 있으니 참고하자.
Protocol Layers, Service Models
왜 5개, 7개의 계층 같은 걸로 나눴는가?
공항 서비스의 사례를 보면, 여러 서비스들을 계층으로 분리해서 제공한다.
계층을 나누면 또 좋은 점 - 계층별로 인터페이스만 잘 짜두고 관리하면 유지보수하기에도 좋고 하다
어떤 계층이 있지?
- application
- transport
- network
- link
- physical
capsulation -> decapsulation
특정 계층에서 capsule화한 것을 동일 계층에서 decapsulate한다.
라우터같은 걸 거치면서 캡슐화된 데이터가 막 바뀌고 그렇기도 한다
근데 스위치는 안 바꾼다. 목적지 주소를 보고 바로 보내기 때문에
아직 각 계층들을 살펴보진 않았지만, 계층별로 어떤 헤더들을 붙이는지? 이런 것들을 다음 시간에 살펴보면 될 것 같다.
DNS - specific address를 가져와서 아래 레이어로 보냄
DNS의 도움을 받아서
port address - host
mac 주소는 link by link (링크를 벗어날 때마다 다음 링크의 mac 주소를 찾아야 함)
TCP/IP 계층별 헤더 구조
제일 위에 포트 번호가 있고, 그 다음에는 나머지 헤더들...
얘는 되게 간단한데, 간단한 거 안에서 포트 번호가 제일 앞에 있어야 한다.
IP주소는 32비트로 되어 있음. (IPv4)
근데 IP가 매우 부족해서 IPv6로 넘어가고 있음
v6를 보면 제일 앞에 version이 있다. v4도 있고. 그래서 패킷이 들어오면 제일 처음 비트를 보고 ip version을 판단한다.
IPv6는 2의 128승이라서 매우 크다.
-> 이런 헤더들을 보여준 이유 : 헤더에는 대부분 Address가 들어가있다. Port가 들어가있는 경우도 있지만 그것도 같은 맥락.
V2X? (Vehicle to Everything) - 자동차가 다른 모든 것들과 통신을 하는 것
자동차들 간의 통신, 자동차와 도로, 자동차와 인프라, 자동차와 서버, 자동차와 클라우드, 자동차와 사람, 자동차와 기타 등등
어떻게 연결되는지?
-> 자동차 간의 통신을 위해서는 주기적으로 주고받는게 있고, (루틴한 안전 메시지) -> 자동차가 특정 상황에서 이벤트를 발생시키는 경우가 있고 (긴급한 이벤트 기간의 안전 메시지)
이런 식으로 상황을 나눠서 프로토콜을 설계한다. WAVE 규격이라고 하는데, 이런 규격을 만들면서 프로토콜 스택에 반영해나간다.
5개의 프로토콜 스택이 있는데,
이미지 넣기
- WSMT (Wave Short Message Protocol) : 처리해야 할 프로토콜 -> 이걸 만들어서 넣었다.
그래서 각각의 자동차들은 교과서에서 보는 기본 스택만 가지고 있는게 아니고, WSMP 같은 스택도 넣어서 사용한다. (현장에서는 이렇게 프로토콜 스택을 확장/변형 시켜서 개발하고 만든다.)
인터넷의 역사
지리적으로 떨어져있는 컴퓨터 간의 통신이 제일 처음 이뤄진 것 - 그게 바로 인터넷이 처음 열린 날
- 1969 : ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network)
- 미국 서부 지역의 스탠포드와 UCLA를 연결하는 것이 처음
- IMP라고 하는 라우터를 만들어서 연결했다.
- 그렇게 먼 거리에서 통신을 하는 것이 처음
(그리고 1969년은 아폴로 11호가 달에 착륙한 해이기도 하다)
이 ARPANET 프로젝트를 진행했던 분 중 하나가 Kleinrock이다.
인터넷의 아버지라고 불리는 사람은 Vint Cerf & Bob Kahn
이 분들이 생각했던 internetworking의 원칙
- minimalism, autonomy
- host들이 대부분의 역할을 담당해야 하고, 라우터는 최소한의 역할만 담당해야 한다.
- 전화망같은 경우 망 안에서 정말 많은 일들이 일어났고, 구조 자체도 매우 복잡했다. 그래서 이런 복잡한 구조를 최소화하려 했다.
Internet Hall of Fame
2012년부터 시작해서 매년 인터넷의 역사에 큰 공헌을 한 사람들을 선정한다.
전길남 교수님도 12년도에 선정되었다.
Vint Cef 는 현재 Google의 VP로 일하고 있다. (Chief Internet Evangelist) - 인터넷의 아버지는 여전히 일을 하고 있다~ (Digital Vellum Project)
과제
Queueing Theory 맛 보기
P14
라우터 버퍼에서의 큐잉 지연을 고려하자. I는 트래픽 강도를 나타낸다. 즉, I = La/R이다. I < 1 인 경우 큐잉 지연은 IL/R(1 - I) 라고 하자.
- a. 전체 지연, 즉 큐잉 지연 더하기 전송 지연에 대한 공식을 써라.
- b. 전체 지연을 L/R의 함수로 나타내보라.
I = La/R
R은 뽑아내는거, L*a b/s -> R bps
큐잉이 걸리고, 어떻게 처리되는지를 보면 저 그래프처럼 된다.
D(2) = IL/R(1 - I) + L/R - 얘가 대기하는 시간
전체 지연은?
D(T) = D1 + D2 = L/R + IL/R(1 - I) = L/R * (I / (1 - I) + 1) = L/R * (1 / (1 - I)) = L/R * (1 / (1 - La/R))
여기서 L/R을 x로 치환하면
D(T) = x / (1 - ax)이게 무슨 말? D1은 전송 지연, D2는 큐잉 지연 (은행 가서 업무를 보는데, 대기석에 앉아있는 건 큐잉 지연, 창구에서 업무 보고 있는게 전송 지연)
P15
a는 링크에 도착하는 패킷률(패킷 도착 속도, 단위: 패킷/초), u는 링크의 전송률(단위: 패킷/초)을 나타낸다고 하자. 이전 문제에서 도출한 전체 지연(즉, 큐잉 지연과 전송 지연의 합)에 기반하여 a와 u를 이용한 전체 지연 공식을 작성하라.
1초에 패킷이 몇 개 나가느냐? u(뮤)개 (뮤는 초당 나가는 패캇 개수이다)
u = 1 / (L/R) = 1 / x
14번 문제에서 도출한 식에서 u는 1/x을 대입하면
D(T) = x / (1 - ax) = (1/u) / (1 - a/u) = 1 / (u - a)1 / (u - a) - 이게 진짜 대단한 식인데
1 / 빼내는 것 - 들어오는 것 = D(T) = 총 지연
intensity가 분모에 있기 때문에 graph 가 linear하지 않고 지수적으로 올라가게 된다
P16
출력 링크 이전의 라우터 버퍼를 고려하자. 이 문제에서 큐잉 이론의 유명한 공식인 리틀(Little)의 공식을 사용한다. N은 버퍼 내의 평균 패킷 수와 전송 중인 패킷의 합을 나타내고 a는 링크에 도착하는 패킷률(패킷 도착 속도)을 나타낸다고 하자. d는 패킷이 겪는 평균적인 전체 지연(즉, 큐잉 지연과 전송 지연의 합)을 나타낸다고 하자. d는 패킷이 겪는 평균적인 전체 지연 (즉, 큐잉 지연과 전송 지연의 합)을 나타낸다고 하자. 리틀 공식은 N = a * d 다. 평균적으로 버퍼에 100개의 패킷이 있고 평균 패킷 큐잉 지연이 20ms라고 가정하자. 링크 전송률이 100패킷/초다. 리틀 공식을 이용하여 평균 패킷 도착 속도를 계산하라. 패킷 손실은 없다고 가정한다.)
Little's Law라고 하는 아주 유명한 규칙임
Example
은행에 갔는데, 사람들이 시간마다 a명씩 도착한다. (a명 / h)
그랬을 때, 은행에 갔을 때 평균적으로 대기하는 사람이 얼마일까?
T라는 값이 필요함. T는? 평균적으로 대기하는 시간
N (평균적으로 대기하는 사람) = a * T
- a는? 시간당 도착하는 사람의 수
- T는? 평균적으로 대기하는 시간
=> d라는 시간 동안 a라는 사람이 도착한다고 하자. 그럼 N은? a * d (내 뒤에 온 사람들이니까)
N은 100 + 1 (101명)
a는? 20ms
d는? 100ms
N = a * d
그러면? a = N / d = 101 / 100 = 1.01 =
=> 문제도 잘못 되어있음 (8판) => little's law를 이해하기 위해서 낸 문제니까 그거 위주로 보면 될듯 (L = a * d)
큐잉 이론에 의하면 번호표 뽑고 기다리는 것. 그리고 자리가 난 창구로 가는 것. (은행처럼) => 요게 대기 시간이 짧다