[컴퓨터네트워크] Chapter1.3 네트워크 코어와 라우터

1.3 네트워크 코어

• 네트워크 코어와 라우터
• 패킷 스위칭(Packet Switching)
• 회선 스위칭(Circuit Switching)
• 인터넷 코어 구조

 

네트워크 코어와 라우터

*라우터(router): 고속의 링크로 연결

: 접속 네트워크(Access Network)들을 연결하기 위해 ISP들이 운영하는 광역 네트워크

• 구성
  : 라우터(Router)들을 고속의 링크로 연결
• 종단간(End-to-end) 경로
  : N개의 링크와 (N-1)개의 라우터의 연결

 

라우터(Router)

- 라우터 구조

- 라우터의 역할

1) 연결기능: 대상(Network)  ( 링크를 통해 네트워크를 연결 )

2) 패킷 교환: 대상(Packet)

 

 

패킷 스위칭(Packet Switching) (<ㅡ> 패킷 스위치)

- 패킷(Packet)

: 전송 장치 간에 전달되는 정보 단위
  공유 링크의 공정한 전송을 위한 긴 메시지를 작은 패킷 단위로 나누어 전송

 

- 패킷 스위치(Packet switch)

: 입력 링크와 출력 링크 간에 패킷 단위 교환

예) L2(링크 계층) 스위치(Access Network에서 작동), 라우터(Core Network에서 작동)

*둘이 교환하는 패킷의 종류가 다름.

 

 

라우터 링크 전송속도와 지연시간

• 링크 전송속도(Link transmission rate)
  - 초당 링크가 전송가능한 비트의 수(bit per second, bps)
  - 링크의 종류에 따라 달라짐
  - Fast Ethernet 링크: 100Mbps, Gigabit Ethernet 링크: 1000Mbps
• 패킷 전송지연시간(Transmission delay)
  - 전송 장치가 패킷을 링크로 전송하는데 걸리는 시간
  - 패킷 크기:  L 비트, 링크 전송속도: R bps
    패킷 전송지연시간: L/R seconds
  - L = 7.5Mbits, R = 1.5Mbps → 전송 지연시간 = 5 sec

 

라우터 Store-and-Forward 전송

• 라우터의 저장-전달(Store-and-Forward) 전송 : 패킷 다 저장 후에 전달 시작
  - 수신 패킷을 버퍼 메모리에 저장
  - 패킷을 완전히 수신 후 패킷 전송 시작
  - 출발지와 각 라우터에서 전송지연시간 발생!
• 종단간 패킷 전송지연시간: D end-to-end
  - 패킷 크기: L 비트, 링크 전송속도: R bps, 링크 개수: N
  - D end-to-end = N x (L / R), 전달 지연시간 미고려

 

라우터 큐잉 지연시간과 패킷 손실

• 큐잉 지연시간(Queuing delay)
  - 패킷이 패킷 스위치(라우터)의 출력 링크의 큐 버퍼 메모리에서 전송전에 대기하는 시간
  - 출력 링크의 전송속도보다 많은 양의 패킷이 해당 링크로 교환될 때 발생
  
  
• 패킷 손실(Packet loss)
  - 버퍼 메모리에서 패킷이 저장되지 못하고 없어지는 현상
  - 유한한 크기의 버퍼 메모리에 저장될 수 없을 만큼
    많은 양의 패킷이 해당 링크로 교환될 때 발생

큐잉지연시간 (Queuing delay)

: 도착(출력링크) 서버의 트래픽이 많이 몰리는 경우,

버퍼 메모리(FIFO Queue_자료구조)에 저장을 한 다음

앞에 저장되어 있는 패킷이 다 처리될 때까지 기다려야 함.

패킷 손실&nbsp; (Packet loss)

 

 

라우팅 테이블과 라우팅 프로토콜

• 라우팅 테이블(Routing table) // 어느 링크로 교환할 것인가를 판단하는 자료구조!
  : 입력 패킷에 대한 교환 규칙을 정의하는 자료구조
  - 패킷 전달 테이블 (Forwarding table)
• 라우팅 프로토콜(Routing protocol)
  : 라우팅 테이블을 자동으로 생성하는 프로토콜

 

 

회선 스위칭(Circuit Switching) (<ㅡ> 패킷 스위치)

*Circuit ☞ 저속의 케이블(like. 전화선)

 

- 스위치의 입력 포트에 연결된 회선(링크)을

  출력 포트에 연결된 동일 전송속도의 회선으로 교환.

- 회선 교환 작업을 일련의 스위치에서 반복하여

   종단 장치를 일정 전송속도의 전용 회선으로 연결.

• No sharing link
• No store-and-forward
• No queuing delay

*출발지에서만 발생하지, 중간에서는 발생하지 X

회선 스위칭(Circuit switching)

• 회선 스위칭의 특징과 응용
  - 일정한 전송 속도 보장
  - 짧고 일정한 지연 시간이 보장
  - 전화와 같이 연속적인 신호 전송과 실시간을 요하는 응용에 적합
• 회선 스위칭의 문제점
  - 데이터가 발생되지 않는 구간에서는 회선이 낭비

 

■ 패킷 스위칭과 회선 스위칭

- 회선 스위칭: 링크 일부 전용

• 링크 전송속도: 1Mbps
• 사용자수: 10명
• 1인당 100Kbps 전용회선 할당

- 패킷 스위칭: 링크 공유

• 링크 전송속도: 1Mbps
• 전체 시간 중 10%만 링크 사용
• 35명의 사용자 중에 11명 이상이 동시에 링크 사용할 확률: 0.0004(0.04%)
• 35명이 100Kbps 이상의 전송속도로 링크를 사용할 확률이 99.94%
• 1명만 사용하는 경우 1Mbps 전송속도 사용
• 불연속적인 데이터 전송에 매우 효율적

 

 

인터넷 코어 구조

상위 ISP 네트워크들의 네트워크

: 고속의 링크들이 패킷 스위치인 라우터들로 그물망처럼 연결된 네트워크(Mesh of Routers)