Network Core - Switching, ISP

Ch1-3. Network core

1. packet switching
2. circuit switching
3. network structure

 

 

Packet Switching

• router들이 묶음
• source hosts가 메시지를 packet으로 나누어줌. 그것을 첫 router에서 다음 router로 전송
  • router에서 분할하지 않음!!
• 역할
  • • routing : source로부터 목적지까지의 경로를 정하는 것
      • routing algorithm으로 테이블로 계산함
    • forwarding :  계산한 테이블을 바탕으로 목적지로 보내는 일을 함
• == store-and-forward
  • 라우터는 하나의 패킷에 속하는 비트를 모두 다 받기까지 일단 일단 저장하며 기다렸다가 다음 라우터로 forward 함
  • • 각 packet switch는 하나의 packet이 모두 도착한 다음에 전송될 수 있음
    • 이 때 R bps, 즉 전체 수용량을 모두 사용하여 전송 (full capacity)
    • 이 때 end-end delay = L/R + L/R = 2(L/R)
    • ex) one-hop numerical ex
      • • L = 7.5Mbit, R = 1.5Mbps
        • one-hop transmission delay = 7.5/1.5 = 5 sec
    • store 가 필요한 이유
      • 다른 packet이 전송 중일 때 도착한 packet을 저장하기 위해
        • • arrival rate >>> transmission rate 라면 큐에서 대기(delay)하는 시간이 발생
          • buffer가 넘쳐서 packet을 loss할 수도

 

 

대안 : Circuit Switching

end-end resources 

•  call이 지나가기 전에 각 link를 확보해둠. 
• 출발과 도착 사이에 보장된(guaranteed) 경로가 생김
• 다른 사용자와의 공유는 없음 (no sharing) (dedicated)
• 전화 연결에 사용되는 방식

 

<종류>

FDM - frequency division multiplexing

• 사용자가 link 하나를 계속 사용
• 사용자가 늘어나면 frequency 늘림

TDM : time division multiplexing

• 서로 돌아가면서 사용
• 사용자가 늘어나면 time division을 촘촘히 더 나눔

 

 

 

 

 Packet Switching VS Circuit Switching

 

packet switch 가 더 많은 사용자를 수용할 수 있다

 

circuit Switching이 10명을 대상으로 open하고

packet switching도 10명을 대상으로 open함

 

그런데 packet switching은 그 순간에 활동하는 사람의 수가 10명까지 가능한 것이기에

동시에 10명 이상이 활동할 확률을 계산해보면 실제로 34명까지 수용 가능

 

packet switching이 적합한 환경

== 전송할 data의 발생빈도가 들쭉날쭉일 때

• • 자원을 공유하여 사용하기에 call setup이 없어서 단순함
  • 대신 지나친 congestion 유의하기  (수용량에 비해 도착한 packet이 많아질 때)
  • audio/video는 실시간으로 bandwidth를 보장해야해서 특이하게 circuit 같은 행동을 보이는 특징이 있음

 

	Packet Switch	Circuit Switch
Call Setup	x	o
Resource Reservation	x ( 수요에 따라 할당하면 됨)	o
	full link rate도 가능
	Sharing	Dedicated
Congestion 시에...	delay or loss	Guaranteed service라서 ^^
	Queueing delay	Call Setup Delay
num of users	More	Limited
	Good for Intermittent (간헐적), bursty(들쭉날쭉) data	Good for Guaranteed data

 

 

 

 

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Network Structure

access ISP(network)가 연결되는 방식이 경제적/ 국가적/정치적 방식을 반영하여 발전

 

모든 ISP를 다 직접 연결하면 O(N^2)이라 확장성 면에서 현실적이지 않음

 

 

 

그렇기에 global ISP에 연결하고, 또 global ISP끼리 연결하는 식으로 함.

global ISP 그룹 끼리 경쟁.

 

 

 

global ISP 끼리 연결하는 방법

1. IXP ( Internet Exchange Point )
2. 1. Internet Exchange Point
   2. 빌딩 하나 전체에 switch를 설치
   3. 제 3자 회사에서 제공하며. internet으로 300개의 IXP가 존재함
3. peer
   1. peering 하는 ISP 끼리 비용을 부과하지 않기로 약속
4. regional net (ISP)
   1. 1. 너무 멀리 있는 access network를 모아서 연결
      2. 이로 인해 두 위계가 생김 (global - access ISP)
      3. regional ISP마다 크기가 달라서 또 그들 간의 위계가 존재 = Multi-tier hierarchy

 

위계 : access isp < regional isp < global isp

 

 

Tier 1 ISP 

• 전 세계 용

• Sprint 연결은 태평양 대서양 까지 뻗치는 걸 볼 수 있음
• POP: point of presence
  • • router 집단들
    • Provider ISP (정보 제공이 많은 ISP)
    • Customer ISP (정보 소비가 많은 ISP)
    • POP는 provider ISP의 backbone을 Customer에 연결해주는 역할
    • 제 3자가 높은 속도로 전송될 수 있도록 해줌
• Multi-home
  • • 한 ISP가 두 개 이상의 provider ISP에 연결 
    • 예로 한  access ISP가 2개의 regional ISP와 Tier-1 ISP에 연결된 상태
    • 이를 쓰는 이유는 provider ISP에 문제가 생기면 다른 걸 쓰면 되니까
  •  

Content Provider Networks 

• 인터넷 연결이 아닌 컨텐츠를 제공하는 회사들이 자신만의 private network 를 global 하게 구축한 것
• upper-tier ISP에 지불한 비용을 줄이고, 자신의 서비스를 유연하게 만들기 위해서 
• ex - google. microsoft

 

정리 - 인터넷의 구조

중앙에는 잘 연결된 큰 네트워크가 있음

• Tier 1 ISP

상위 ISP에 연결함으로써 서로 다른 ISP 간에 통신할 수 있지만

이 밖에도 IXP에 연결하거나

peering link를 통해 서로 다른 ISP 간에 연결될수도 있다.

 

• Content Provider Network
  • • access ISP는
    • IXP를 통해 Content Provider Network와 직접 연결하기도 하고,  (비용 절감)
    • regional ISP를 거쳐서 IXP로 접근하기도 함