[Networks] 2주 2차 : Roadmap

- Network Core

• Packet switching : 패킷 단위로 데이터가 쪼개져서 네트워크가 프로세싱 되는 방식
  • Store-and-forward : Entire packet must arrive at router before it can be transmitted on next link (Shared)
    

    

    • Takes L/R seconds to transmit (push out) L-bit packet into link at R bps
    • end-end delay = 2L/R (assuming zero propagation delay)
    • Queuing and loss

      

      • If arrival rate (in bits) to link exceeds transmission rate of link for a period of time
        • Packets will queue, wait to be transmitted on link
        • Packets can be dropped (lost) if memory (buffer) fills up
  • Two key network-core functions
    • Routing : 패킷 단위의 데이터의 도착점울 라우팅 알고리즘을 통해 결정
    • Forwarding : 패킷들을 적절한 곳으로 옮겨줌
• Alternative core : Circuit switching (Dedicated)
  • 데이터를 보내는 경로를 고정, 일정한 Bandwidth를 보장
    • 경로의 고정으로 Queuing delay나 Loss 등의 문제가 없음
    • 데이터를 계속 전송해야 Resource의 낭비가 없음, 전송을 안 하면 Bandwidth의 낭비
    • Commonly used in traditional telephone networks
  • FDM versus TDM

    

    • FDM : 주파수를 쪼개서 각각 사용자에게 자원을 분배
    • TDM : 시간별로 쪼개서 각각 사용자에게 데이터를 전송
    • 총 Resource의 양은 같음
    • FDM은 아날로그에서 사용하였고 TDM이 조금 더 Advanced인 기술
• Packet switching versus circuit switching
  • Packet switching allows more users to use network
  • Packet switching이 인터넷 철학에 더 적합
  • Is packet switching a “slam dunk winner”?
    • 대체로 그렇다고 보면 됨
    • 유저가 몰리면 혼잡한 상황이 생길 수는 있음 -> 퍼포먼스의 저하
• Internet structure : Network of networks
  • End system들은 ISPs에 물려 있음

  

  

  • 좋은 방식이 아님 (O(n^2))

  

  

  

  

  

  

  • 결론적으로 일종의 Hierarchy를 형성하게 됨
  • 이렇게 Network of networks : Internet이 만들어짐

  

 

- Delay, Loss, Throughput in Networks

• How do loss and delay occur?
  • Packets queue in router buffers
    • 패킷이 큐에 쌓이는 경우 딜레이가 생김 -> Queuing delay
    • 큐가 꽉 차면 패킷을 Drop하여 Loss가 생길 수도 있음
• Four sources of packet delay

  

  • Revisit queuing delay
    • R : link bandwidth (bps)
    • L : packet length (bits)
    • A : average packet arrival rate
    • La/R ~ 0 : Avg. queueing delay small
    • La/R -> 1 : Avg. queueing delay large
    • La/R > 1 : More “work” arriving than can be serviced, average delay infinite
• “Real” internet delays and routes
  • Traceroute : 특정 컴퓨터에서 목적지까지 도달하는 시간을 측정할 수 있음
• Packet loss
  • 라우터의 큐가 꽉 차면 그 다음 패킷부터는 Loss가 생김
• Throughput
  • Time unit동안 실제 몇 Bit가 가는가를 보여줌 (Bits / Time unit)
  • Instantaneous : Rate at given in time
  • Average : Rate over longer period of time
  • Bottleneck link(병목 현상)가 어디 있나에 따라서 Throughput이 결정됨

 

- Protocol Layers, Service Models

• Networks are complex with many “pieces”
  
  • Hosts 
  • Routers
  • Links of various media 
  • Applications 
  • Protocols 
  • Hardware, software
• Layer : 각각의 레이어는 서비스를 실행
  
  • Via its own internal-layer actions
  • Relying on services provided by layer below
• Why layering?
  
  • Dealing with complex systems
  • 모듈화를 통해 유지 보수가 용이
  • 레이어가 독립적이므로 유지 보수 용이
• Internet protocol stack

  

  • Application : 네트워크 애플리케이션을 Supporting
    
    • E.g. FTP, SMTP, HTTP
  • Transport : 신뢰성 있는 전달
    
    • E.g. TCP, UDP
  • Network : 데이터를 전송할 때 데이터의 경로를 설정
    
    • E.g. P, Routing protocols
  • Link : 매체에 적합하게 데이터를 전송할 수 있게 에러 처리 등을 해줌
    
    • E.g. Ethernet, 820.111 (Wi-Fi), PPP
  • Physical : 매체
    
    • E.g. 무선, 유선
• ISO / OSI reference model

  

  • Presentation
    
    • E.g. Encryption, Compression, Machine-specific conventions
    • Session : 송수신 간의 동기화, 데이터 교환의 Recovery 등
    • Internet stack “missing” these layers 
• Encapsulation

  

 

- Networks Under Attack : Security

• Field of network security
  
  • How bad guys (해커) can attack computer networks
  • How we can defend networks against attacks
  • How to design architectures that are immune to attacks
• Internet not originally designed with (much) security in mind
  
  • Original vision : “A group of mutually trusting users attached to a transparent network”
  • Security considerations in all layers
• Bad guys
  
  • Bad guys : Put malware into hosts via Internet
    
    • Malware
      
      • Virus : 악성 프로그램을 실행을 시켰을 때 감염
      • Worm : 받기만 했을 뿐인데 감염
    • Spyware malware can record keystrokes, web sites visited, upload info to collection site
    • Infected host can be enrolled in botnet, used for spam -> DDoS attacks
  • Bad guys : attack server, network infrastructure
    
    • Denial of Service (DoS) : Resource를 사용하지 못하도록 만듦

      

      • 1. 타겟을 선택
      • 2. Break into hosts around the network
      • 3. Compromised hosts로부터 타겟에 패킷을 전송
  • Bad guys can sniff packets
    
    • Packet “sniffing”

      

      • A에게 갈 데이터를 C가 탈취
      • 패킷을 훔쳐볼 수 있음
  • Bad guys can use fake addresses

 

- Internet History

• Cerf and Kahn’s Internetworking principles
  
  • Minimalism, autonomy - No internal changes required to interconnect networks
  • Best effort service model
  • Stateless routers
  • Decentralized control
  • -> Defines today’s internet architecture