[네트워크] 패킷 스위칭과 서킷 스위칭 2 + 프로토콜 계층 구조

1. 패킷 교환 vs 서킷 교환의 비교

• 패킷 교환의 장점:
  • 데이터를 보낼 때만 자원을 사용하는 방식이라 '간헐적으로 발생하는(bursty) 데이터' 전송에 매우 효율적
  • 자원을 여러 사람이 공유할 수 있어 시스템이 단순하고, 사전에 복잡한 연결 설정(call setup) 과정이 필요 없음
• 단점과 해결 과제:
  • 하지만 사용자가 너무 몰리면 패킷 전송이 지연되거나 손실될 수 있다는 단점이 있음
  • 이를 해결하기 위해 신뢰성 있는 데이터 전송과 혼잡 제어를 위한 별도의 프로토콜이 필요
  • 오디오나 비디오 앱처럼 일정한 전송 속도가 중요한 경우에는 대역폭을 보장해주는 기술이 추가로 요구됨

2. 인터넷의 구조: "네트워크의 네트워크" 

• 기본 구조:
  • 개별 호스트들은 '액세스 ISP'(가정, 회사, 학교 등)를 통해 인터넷에 접속
  • 이러한 수많은 액세스 ISP들이 서로 데이터를 주고받으려면 다시 상위 단계에서 서로 연결되어야 함
• 계층적 연결:
  
  • Peering link : 장비들의 거리가 가까울 때 사용
  • IXP (인터넷 교환 지점): 여러 ISP들이 서로 직접 데이터를 교환할 수 있게 해주는 접점 (장비들이 서로 너무 멀때 사용)
  • 콘텐츠 제공자 네트워크 (Content Provider Networks):
    • 구글이나 페이스북 같은 기업은 자신들의 데이터 센터를 직접 연결하는 전용 네트워크를 운영
    • 일반 ISP를 거치지 않고 사용자에게 더 빠르게 콘텐츠를 전달

3. 패킷 손실과 지연은 왜 발생하는가? 

• 지연의 원인:
  • 패킷이 라우터에 도착했을 때, 나가는 선로의 용량보다 들어오는 데이터 양이 일시적으로 많으면 라우터 내부의 '버퍼(대기 공간)'에 쌓이게 됨
  • 여기서 기다리는 시간이 '큐잉 지연(Queueing delay)'
• 패킷 손실:
  • 만약 버퍼가 이미 꽉 찼는데 새로운 패킷이 계속 들어온다면, 더 이상 저장할 공간이 없어 패킷을 버리게 됨
• 네 종류의 지연 시간: 패킷이 이동할 때 총 지연 시간은 다음 네 가지의 합으로 결정
  
  1. 노달 처리 지연: 에러 체크 및 다음 목적지 결정 시간.
  2. 큐잉 지연: 버퍼에서 차례를 기다리는 시간.
  3. 전송 지연: 패킷을 선로로 밀어내는 데 걸리는 시간 (패킷 길이 / 전송 속도).
  4. 전파 지연: 물리적인 매체를 통해 전기 신호가 이동하는 시간.

4. 처리량 (Throughput)의 개념

• 정의: 송신자와 수신자 사이에 실제로 데이터가 전달되는 속도를 의미
• 병목 지점 (Bottleneck Link):
  • 전체 경로 중에서 가장 전송 속도가 느린 구간이 전체 속도를 결정하게 됨
  • 예를 들어, 서버 쪽 속도가 아무리 빨라도 중간 경로의 속도가 느리다면 최종 속도는 그 느린 구간을 따르게 됨

5. 네트워크 보안과 악성 코드 

• 인터넷 설계의 한계:
  • 초기 인터넷은 서로 신뢰하는 사용자 그룹을 전제로 설계되었기 때문에 보안 요소가 부족
  • 현재는 모든 계층에서 보안을 고려해야 하는 상황
• 주요 위협:
  
  • 바이러스 (Virus): 이메일 첨부 파일처럼 어떤 개체를 실행할 때 자가 복제하여 감염
  • 웜 (Worm): 사용자가 아무것도 하지 않아도 네트워크를 통해 스스로 복제하고 퍼져나감
  • 스파이웨어: 사용자의 키보드 입력이나 방문 사이트를 기록해 정보를 빼돌림

6. 프로토콜 계층 구조

• 계층화의 이유:
  • 네트워크 시스템은 매우 복잡하므로, 이를 체계적으로 조직하기 위해 '계층(Layer)'으로 나눔
  • 각 계층은 하위 계층이 제공하는 서비스를 이용해 자신의 기능을 수행
  • 특정 계층의 내부 구현이 바뀌어도 다른 계층에 영향을 주지 않아 유지보수가 쉬움
• 비유 (항공 여행):
  • 항공 여행 시스템에서 티켓 구매, 수하물 처리, 게이트 탑승 등이 각기 다른 서비스 계층으로 나뉘어 유기적으로 돌아가는 것과 같은 원리