Chapter 1 : Introduction

Internet

The Internet: a "nuts and bolts" view

hosts = end systems
packet switch: router, switch
Internet: Interconnected ISPs
protocol: control sending, receiving of messages

The Internet: a "service" view

Infrastructure가 application에게 service를 제공
programming interface를 distributed application에게 제공함

Protocol

모든 Internet 통신은 protocol에 의해 관리됨

Network edge: hosts, access network, physical media

hosts: client & server
Access networks, physical media: wired, wireless communication links
Network core: interconnected routers
end system이 edge router에 연결하는 방법: 여러 종류의 access networks를 이용
알아야 하는 것: transmission rate of access network, shared or dedicated access among users

Access networks: cable-based access
HFC(hybrid fiber coax): downstream transmission rate(40mbps - 1.2gbs) / upstream transmission rate(30mbps - 100mbps), asymmetric(비대칭적 특징을 가짐), ISP에서 cable headend가 받아서 여러 집으로 network를 분배함 

Access networks: digital subscriber line (DSL)
DSL로 들어온 data는 internet으로 가고 DSL로 들어온 voice는 telephone net으로 간다

Wireless access networks
공유된 wireless access network는 end system을 router에 연결한다.

Packet 전송
host sending function:

1. application message를 받는다.
2. packet이라 하는 작은 chuck로 쪼갠다.
3. transmission rate R로 access network에 보낸다.

packet transmission delay = L(bits)/R(0000bits/sec)

Physical media

guided media/unguided media: 유선은 정해진 곳으로 가고 무선은 freely하게 퍼짐(ex. 라디오)
coaxial cable, fiber optic cable, wireless radio, radio link types

Network core

packet-switching: message를 packets으로 분할하고 router를 통해 목적지까지 전송하는 것
transmission delay: 라우터나 스위치에서 나가는데 걸리는 시간. L길이 packet를 R의 속도로 전송하면 L/R초가 걸린다.
store and forward: 전체 packet이 도착해야 다음으로 전송됨
end-end delay: 전체 지연

queueing delay & loss: 만약 arrival rate가 transmission rate를 넘어가면 buffer에 packet은 queueing되고 delay가 발생한다. 만약 queue가 가득 찼다면 loss가 발생한다.

Forwarding: local action, packet을 router의 input link에서 output link로 보낸다. 
Routing: global action, 목적지까지 길을 정하는 것

circuit switching: 자원을 할당해줌, packet switching과 다르게 공유가 아님(전화에 유용함)
FDM: 좁은 frequency에 전체 time을 할당해주는 것
TDM: periodic slot을 일정 주기마다 할당해주고 전체 frequency를 쓸 수 있게 해줌

Packet switching vs circuit switching
조건: 1 Gb/s link
각 user는 활동중일때 100mb/s를 송신하고 10% 시간만 활동한다. 

circuit-switching: 10 users(100mb/s * 10 = 1Gb/s)
packet switching: with 35 users 일때 10명 이상이 활동중일 확률은 0.0004보다 낮다.
=> 10명 이상이 활동중일 경우 queue의 길이가 늘어나고 10명 미만으로 활동중일 경우 queue의 길이가 줄어든다.

그럼 packet switching이 가장 좋은 것인가?
=> 하지만 과도한 congestion이 발생할 수 있다.
=> bandwidth를 보장해줌으로써 circuit-like behavior를 제공한다.

Internet structure
엄청 많은 access ISP를 어떻게 다같이 연결할 수 있을까?
=> 일일히 다 연결할까? => 너무 비효율적이다 => global ISP 을 통해 연결하자! => global ISP도 경쟁자가 생김 => global ISP와 연결하고자 하는 IXP가 생김 => global ISP와 연결하려는 regional network가 생김

Performance: loss, delay, throughput

packet loss: link에 출력속도 보다 도착속도가 더 빠르면 queue 범위를 넘어가 packet이 손실됨

processing delay: 패킷 헤더 조사 후 어디로 전송할 건지 결정하는 시간
queuing delay: packet이 queue에서 링크로 전송되기를 기다리는 시간
transmission delay: 패킷의 모든 데이터를 링크로 전송하는데 필요한 시간 (L/R)
propagation delay: router에서 router까지 전파에 필요한 시간 (d/s)

total nodal delay = processing delay + queueing delay + transmission delay + propagation delay

Packet queueing delay

R: link bandwidth (bps)
L: packet length(bits)
a: average packet arrival rate

La/R 이 0 근처일 경우에는 delay가 거의 없다가 1에 접근할 수록 무한대로 발산함

Throughput

throughput: rate (bits/time), sender에서 receiver로 보내지는 속도
instantaneous/average: point in time에서의 속도/ longer period of time 에서의 속도

Bottleneck link: end-end throughput을 제한하는 link => 전체 throughput은 bottleneck link가 결정함

Protocol layers, service models

layering 하는 이유

1. identification, relationship of complex system's pieces
2. modularization eases maintenance

Internet protocol stack

application: supporting network applications
transport: process-process data transfer
network: routing of datagrams from source to destination
link: data-transfer between neighboring network elements
phsyical: bits "on the wire"

Encapsulation

1. 송신 종단 시스테믜 프로토콜 스택 아래로 데이터를 보냄
2. 중간의 링크 계층 스위치와 라우터의 프로토콜 스택을 위아래로 거치고
3. 수신 종단 시스템의 프로토콜 스택 상위로 보낸다.