네트워크

05. 이동통신과 인터넷프로토콜

b4failrise ㅣ 2021. 7. 24. 00:45

이동전화의 발전과정에 대해 살펴보고 GPS, 네비게이션 등 위성네트워크에 대해 살펴본다. 그리고 인터넷 프로토콜인 IP프로토콜에 대해 살펴본다.

이동 통신

  • 이동전화, 기지국, MSC로 구성된다.
  • 이동전화와 기지국간에는 무선 통신으로 기지국간, 기지국과 MSC간에는 유선으로 통신한다.(부산으로 통신한다면, 모든 구간을 무선으로 통신하는게 아니라 이동전화와 기지국간에만 무선통신하고 부산까지는 유선으로 통신하게 된다.)
  • 그래서 유선의 비율이 더 높다.
  • 이동전화 서비스 영역인 동시에 한 기지국이 관할하는 영역을 cell이라 한다. 그 cell 영역 안에서 기지국의 관리를 받으면 전화하게 된다.
  • 각 기지국은 MSC(Mobile Switching Center)로 제어
  • MSC는 전화연결, 과금 정보를 기록한다.
  • 이동전화는 우리가 이동을 하면 신호가 한 셀에서 약해진다. 이때 통신하기에 적절한 cell을 찾게 되는데, 그러한 기지국간 이동을 handoff라 한다.
  • 기지국을 탐색하는 작업은 무작위 접근(random access)으로 탐색하게 된다.
  • 기지국을 연결하는 방식에는 2가지가 있다.
    • Hard handoff - 먼저 기존의 연결을 끊고 새로운 cell에 연결한다.
    • Soft handoff - 먼저 새로운 cell에 연결시키고 기존의 연결을 끊는다. 이동 단말이 동시에 두 기지국을 연결

이동 전화 계보

  • 아날로그에서 디지털로, 이후 속도의 발전에 따라 계보가 구분된다.

1G

  • 아날로그 신호를 사용한 음성 통신
  • AMPS(Advanced Mobile Phone System)라고 불리기 시작함 - 위치가 고정된 전화 방식에서 이동식 전화가 가능해진 시스템
    • FDMA를 사용하여 각 채널당 주파수를 단말에 할당
    • 순방향(base station to mobile station), 역방향(mobile station to base station) 채널 2개의 아날로그 채널을 사용

2G

  • 디지털화된 음성신호를 위해 설계
  • 0, 1 간단한 체계
    • 복구에 용이(아날로그는 잡음도 같이 증폭됨)
    • 잡음X
    • 채널 용량 증가
  • 우리나라는 CDMA 채택
    • GPS, SMS, 인터넷 사용이 가능해짐
  • GSM(Global System for Mobile Communication)은 유럽 표준

3G

  • 음성과 데이터 통합 단계
  • 데이터 전송속도가 2Mbps까지 빨라짐
  • 인터넷 접속이 원활
  • CDMA 발전(WCDMA, CDMA2000)

4G

  • ALL IP로 디지털 데이터와 음성통신을 통합
  • 데이터 전송속도가 100Mbps까지 빨라짐
  • 인터넷접속 및 멀티미디어 통신이 원활
  • WCDMA에서 확장된 LTE와 CDMA2000에서 확장된 Wibro로 나뉨
  •  

위성 네트워크

  • 인공위성을 이용한 통신 형태
  • 2개의 Van Allen 벨트로 인해 위치가 나뉨
    • Van Allen는 하전입자를 갖는 계층을 의미
    • Van Allen 벨트에 인공위성이 위치할 경우 하전입자에 의해 파괴될 수 있음
    • 따라서 이 공간에 위성이 위치할 수 없음
  • 벨트를 기준으로 공간을 나누면 LEO, MEO, GEO
  • GEO
    • 정지궤도 위성으로서 지구의 자전속도와 동일하게 움직임(고정된 것처럼 보임)
    • 북극에서 봤을 때, 각 위성이 120도 차이로 존재
  • MEO
    • 2개의 Van Allen 벨트 사이에 위치
    • 6~8시간에 한번 씩 지구를 돌며, gps로 주로 사용
      • 6개의 궤도로 24개 위성이 돌고 있음
    • GPS에서는 4개의 위성으로부터 정보를 받아야 위치 계산이 가능
      • 평면에서는 3개의 점으로부터 거리를 알면 위치 추적이 가능하나, 공간에선 4개가 필요
  • LEO
    • 지구와 가장 가까이 인접해 있기 때문에, 전파지연이 적어서 음성 통신에 주로 사용
      • 왕복 전파지연시간 20ms 이내
    • 이리듐 위성 사용
    • 90~120분에 한번씩 지구를 돌고 있음
    • 6개의 궤도에서 각 궤도 당 11개의 위성(총 66개의 위성)

네트워크 프로토콜의 연결형, 비연결형 프로토콜에 대해 소개하며,
네트워크 계층의 대표 프로토콜인 인터넷 프로토콜의 패킷의 형태와 패킷의 내부, 단편화에 대해 학습한다.

네트워크 프로토콜의 구분- 연결형, 비연결형 네트워크

  • 연결형 네트워크: 연결 설정을 먼저 한 다음에 데이터를 보냄
  • 비연결형 네트워크: 데이터가 생기면 바로 보내버림(연결설정 과정 없음) Unit Data Transfer

IP(인터넷 프로토콜) = 대표 비연결형 네트워크

IP 특징

  • 비신뢰성(패킷을 보내면 이게 목적지에 잘 갈 수도 중간에 없어질 수도 있다.)
    • 만약에 없어진다고 하더라도 IP에서 하지는 않지만 다른 계층에서 재전송을 하여 복구한다.
  • 비연결형
  • Best-effort 전달 서비스
  • 에러 제어X(사용자 데이터가 에러가 있는지 없는지 확인 안 한다. 헤더만 확인)
    • 헤더에 에러나면 바로 버린다.
  • 흐름 제어X(송신자 쪽에서 패킷을 보내고 수신 측에서 수용 능력에 따라 조절하는 것)
  • 효율성이 좋다(매 패킷마다 가장 좋은 길로 전달)

IP 패킷의 형태

  • IP 패킷 또는 IP 데이터그램
  1. 버전
    • IPv4 또는 IPv6
    • IPv6는 오래 전에 개발했지만 오늘날 와서 사용하게 됨
  2. 헤더 크기(Header length: HLEN)
    • 헤더의 크기를 나타내는 것으로 4바이트 단위로 나타낸 크기
    • 헤더의 크기는 20~60 바이트로 가변적
  3. 서비스
    • ip 패킷의 서비스의 형태
    • 응용서비스마다 주요하게 다루어야 할 특성을 명시
      • 지연시간, 신뢰성, 처리량 등
  4. 전체 길이
    • IP 데이터그램을 바이트단위로 나타낸 전체 길이
  5. 생존시간(Time to live: TTL)
    • IP 데이터그램이 지나가는 최대 홉(hop)의 수
    • 각 라우터를 지나갈 때마다 1씩 감소
    • 값이 0이 되면 라우터는 해당 데이터그램을 폐기
    • 무한 사이클을 방지함
  6. 프로토콜
    • IP 계층 위에 존재하는 상위 프로토콜이 무엇인지 명시
    • TCP/ UDP/ ICMP/ SCTP 등
  7. 체크섬
    • IP패킷의 헤더에 대한 오류 검사를 위해 사용(데이터는 체크 X)
    • 계산 방법
      • 처음에 체크섬의 값을 0으로 설정
      • 전체 헤더를 16비트 단위로 구분하여 1의 보수 연산을 수행
      • 결과 값을 보수로 만들어서 체크섬 필드에 저장
      • 즉, 헤더 부분을 16비트 워드로 보고 쭉 덧셈해서 나온 결과를 보수 취해서 보내면 모두 합했을 때 0이 됨. 그러면 에러 없다고 판단 안되면 어딘지는 모르겠지만 에러가 있다고 판단하여 폐기
  8. 송신자 주소와 목적지 주소
    • 송신자와 수신자의 IP주소를 의미

단편화(Fragmentation)

  • IP패킷을 네트워크가 수용할 수 있는 크기로 맞춰서 잘라내는 것
  • 프레임의 크기와 형태는 네트워크에 따라서 다름
  • IP패킷은 여러 네트워크를 경유하기 때문에 다양한 데이터링크 프로토콜을 거쳐감
  • IP패킷은 네트워크가 수용할 수 있는 크기로 분할, 이를 단편화라 함
  • MTU(Maximum Transfer Unit)가 정해져 있음
  • 압축할 수 있는 것도 아니고 줄일 수 있는 방법은 자르는 것. MTU 사이즈로 자름

단편화 옵션

플래그

  1. 3비트로 구성되며 첫 번째 비트는 사용하지 않음
  2. 두 번째 비트는 단편화 금지를 의미(D: Do not fragment)
  3. 값이 1이면 단편화 하지 말라는 의미
    • 만약 안 자르고는 못 보내면 그 패킷은 폐기
    • 세 번째 비트는 "단편이 더 있음"을 의미(M: More fragments)
    • 값이 1이면 "단편이 더 있음"을 의미
    • 값이 0이면 마지막 단편을 의미
  4. 단편화 위치 값(Fragmentation offset)
    • IP는 비연결형이기 때문에 단편화된 데이터의 순서가 항상 정렬된 상태가 아님
    • 그 순서를 명시한게 offset-처음 위치에서 얼마나 떨어져 있느냐를 나타냄
    • 8로 나눠서 바이트 순서를 명시함(1, 2, 3, 4 이렇게 명시 하는 게 아니라)
  5. 옵션
    • 옵션은 최대 40바이트까지 가능
 1. Record route
    - ip패킷이 어떤 장치들을 지나가는지 ip 주소를 저장할 수 있음
 2. Strict source route
 3. Loose source route
 4. Timestamp
    - 통신 장치를 거칠 때마다 몇 초대에 지나갔는지 명시할 수 있음
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