컴퓨터 네트워크 ch1 (2)

1.2 Network Edge

Network structure

• network edge : 
  1. hosts : clients and servers
  2. P2P [Peer to peer] : 한 peer가 client, server 모두 될 수 있음
  3. servers often in data centers ; 하드웨어라고 생각하기 쉬우나, 그 자체보다는 서비스를 제공하는 부분을 의미
• access networks, physical media
  1. wired, wireless communication links
  2. core network에서 edge들이 어떻게 연결되는가
• network core :
  1. interconnected routers
  2. network of networks

노란색 부분이 core망

 

 

 

Access networks

 

Q. How to connect end systems to edge router?

• residential access nets
• institutional access networks (school, company)
• mobile access networks

Keep in mind :

• bandwidth(bits per second) of access network? ; core 망에서는 bandwidth가 굉장히 넓고 처리속도가 빠름
• 그러나 access network에서 bottle neck으로 access network에서 속도가 느려짐
• shared or dedicated? ; shared 일수록 더 느리다

 

 

Home (residential) access net.

• Dialup via modem
  • up to 56 Kbps  direct access to router (often less)
  • 인터넷과 전화를 동시에 사용하지 못한다

인터넷 사용을 위해 위, 아래 주파수를 잘라내서 디지털 신호로 바꾼다. 그러나 voice와 data의 주파수가 겹치기 때문에 하나는 사용하지 못하게 된다.

 

 

modem에서 디지털을 아날로그 신호로, 아날로그를 디지털 신호로 바꾸는 역할을 한다

 

• DSL (Digital Subscriber Line = Digital Subscriber Loop)
  • A technology for supporting high-speed digital communication over the exisiting local loops
  • 인터넷과 전화 동시에 사용 가능

• ex) ADSL [Asymmetric DSL]

Upstream보다 Downstream이 훨씬 넓다

 

 

 

Home access net : Cable

• frequency division multiplexing (FDM) : different channels transmitted in different frequency bands

 

• HFC [Hybrid Fiber Coax]
  • asymmetric : up to 30 Mbps downstream, 2Mbps upstream
  • network of cable and fiber attaches homes to ISP router
    • homes share access to router

• FTTH (Fiber To The Home)
  • 궁극적 목적 ; 가정까지 광섬유를 깔겠다 ; 예전에는 너무 비싸서 FTTC (도로변까지 fiber)

 

 

 

Home networks 

Typical home network components

• xDSL or cable modem
• router / firewall / NAT
• Ethernet
• wireless access pointer

 

 

 

Enterprise access net

• company/univ local area network(LAN) connects end system to edge router
• today, end systems typically connect into Ethernet switch

주황색 묶음이 LAN

 

 

 

Wireless access net.

• shared wireless access network connects end system to router
• via base station aka "access point"

 

• wireless LANs
  • within building
  • IEEE 802.11 wifi 표준 : a/b/ac/ab/b/g ; 11,54Mbps transmission rate

• wide-area wireless access
  • provided by telco (cellular) operator, 10's km
  • between 1 and 10Mbps
  • 3G, 4G : LTE
  • 주파수가 높아지면 직진성이 강해지기 때문에 장애물이 있으면 통과하지 못한다. 그러나 주파수가 낮아지면 통과할 수 있다

 

 

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1.2.2 Physical Media

• Classes of Physical Media
  • guided media [유선]
    • signals propagate in solid media : copper, fiber, coax
  • unguided media [무선]
    • signals propagate freely, e.g., radio

 

 

• Physical Media : Twisted Pair (TP)
• UTP [Unshield]and STP [Shield]
• 꼬아진 두 전선 사이의 전압으로 정보를 전달하는데, 타이트하게 연결되어 있을 경우 noise의 영향이 있어도 두 전선의 전압이 같은 크기로 증가하고 감소한다. 결국 전압의 차이는 같으므로 외부 noise로부터 영향이 줄어들게 된다

 

• UTP : category가 높을수록 속도도 빠름
  • category 3 : traditional phone wires, 10Mbps Ethernet
  • category 5 : 100Mbps Ethernet
    • category 5e : 1 Gbps
  • category 6 : 10Gbps

 

Physical Media: coaxial cable

• two concentric copper conductors
  • baseband (modulation없이 그냥 보냄)
    • single channel on cable
    • legacy Ethernet
  • broadband (modulation O)
    • multiple cahnnel on cable
    • HFC

철망인 outer conductor를 ground시켜서, 외부 interferene차단

 

Physical Media: Fiber

Fiber optic cable: (가장 이상적인 전송매체)

• Glass fiber carrying light pulses, each pulse a bit
• Ultra-high bandwidth (up to 50Tbps)
• Lower error rate
• 외부 전자기의 간섭으로부터 영향받지 않음
• Secure, wire-trapping near impossible ; 정보를 빛으로 보내야 하기 때문에 밖에서는 보내고 있는 정보가 무엇인지 확인 불가
• Very low attenuation ; 선 길이가 길어지면 Loss가 생기고, 중간에 같은 신호를 보내야 하는데 그 주기가 꽤 길다. 즉 loss가 없음

 

 

표시한 곳 주로 사용, 1300, 1550

Physical media: radio

• Regulated by ITU-R
• noisier (more bit error) than wire transmission
• Reflection, interference, obstruction by objects
• Frequency spectrum
• VLF(3~30kHz), LF(30~300kHz), MF(300~3000kHz; AM), HF(3~30MHz,HAM), VHF(30~300MHz, TV, FM), UTF(300~3000MHz; TV)

 

• Typical Radio link types:
• LAN (IEEE802.11 e.g., Wifi) : 11Mbps, 54Mbps
• wide-area (e.g., cellular) : e.g. 3G, 4G
• satellite
  • Kbps to 45Mbps channel
  • 270msec (from ground station through satellite back to ground)
  • geosynchronous(정지궤도) versus low-earth orbiting (LEO)
• Terrestrial microwave (산꼭대기)

 

Send packets

Sending function in a host

• takes application message
• breaks into smaller chunks, known as packets, of length L bits
• transmits packet into access network at transmission rate R
  • link transmission rate = link capacity = link bandwidth

 

Physical media: Basic theorems

Nyquist Theorem

• expresses the maximum data rate for a noiseless channel
• 특이한 경우. 절대온도가 0이 아닌 이상, noiseless가 될 수 없기 때문

 

Shannon Theorem

• the maximum bit rate of a random noisy channel : channel capacity
• 현재는 이 limit으로 접근해야 한다

 

Example)

If a binary signal is sent over a 3-kHz channel whose signal-to-noise ratio is 20dB, what is the maximum achievable data rate?

 

$$ 10 \times log_{10} S/N = 20dB $$

$$ S/N = 100 $$

binary signal → $V = 2$

 

[By Nyquist theorem]

$$ 2\times3k log_2 2 = 6kbps $$ 

 

[By Shannon theorem]

$$ 3k log_2 (1+S/N) bits/sec = 19.97kbps $$ 

 

Ans) 더 숫자가 작은 [Nyquist theorem] $6kbps$