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1. Address Mapping

- IP address : universally unique

- Ethernet address(MAC address) : physical address / local LAN 에서 사용

# Address resolution 방법 2가지

- static : IP와 MAC 주소를 정적으로 매핑시켜놓음, 랜카드를 바꿀 경우 해당 랜카드에 맞춰 이더넷 어드레스가 바뀌므로 매핑되어있는 정보가 무의미해짐. 실질적으로 사용하기 힘듬

- dynamic : ARP , RARP 등이 있음.

# ARP (Address Resolution Protocol)

- IP 에 대응하는 MAC주소를 알아내기 위해.

- LAN 내에 broadcast 하고, broadcast를 받은 시스템 중 자신의 IP에 해당하는 시스템만 MAC주소를 응답.

- 20~30분간 캐시메모리에 저장

* ARP packet format

- 자신의 IP주소

- 자신의 Ethernet 주소

- 상대방의 IP주소

- 상대방의 Ethernet 주소 

를 넣어 전송, 회신시 상대방 Ethernet 주소를 돌려받음.

* proxy ARP

* ARP Announcements

컴퓨터 OS가 부팅될 때 ARP broadcast 를 하여, LAN 내의 컴퓨터들의 cache 를 갱신시키게 함(자신의 IP/ethernet address갱신할 수 있게). 이때 동일한 IP를 사용중인 LAN 내의 컴퓨터가 있다면 IP충돌 노티가 발생.

# RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

- MAC 에 대응하는 IP주소를 알아내기 위해 (ARP와 반대)

- MAC 주소를 담아 broadcast하며, 서버가 IP주소를 회신해 줌.

# DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

- 미사용 중인 IP를 자동으로 할당

- 고정 IP 할당도 가능

- expired time 을 주어 일정시간동안만 유효한 IP 주소 제공

1) 컴퓨터가 LAN내에 broadcasting

2) 서버가 DHCP OFFER

3) 남아있는 IP 유효시간의 50% 도달시 서버에 DHCP request 를 다시보내 renewing(갱신)

4) 남아있는시간의 87.5% 도달시 1) 과정 반복

# ICMP(Internet control message protocol)

- IP protocol 의 경우 error control 이 없음. 이를 보완하기 위해 나온 프로토콜

- IP packet 사용

- IP header의 protocol field 가 1 인 경우 ICMP 사용

- Error reporting message(에러 보고) :

Destination unreachable, Source quench, Time exceeded, Parameter problems, Redirection

- Query messages(서버가 살아있는지 질의) :

Echo request&reply, Time-stamp request and reply, address-mask request and reply, Router solicitation and advertisement

- ICMP 를 사용의 예: ping(Echo request&reply), traceroute

* traceroute 동작 방식

host A 에서 host B 까지의 라우팅 알아내고자 할 때, TTL(Time to live(거쳐갈 수 있는 라우팅 갯수)) 을 사용한다.

TTL 1 로 보내어 첫번째 라우터 a에 도달시 TTL 0이 되어 라우터가 메시지를 버리며 본인의 IP를 ICMP 로 회신함. 

host A 는 a 의 IP를 찍음.

다시 TTL 2 로 보내어 a 다음의 라우터 b까지 도달하게 하며 b는 본인의 IP를 ICMP로 회신함.

host A 는 b 의 IP를 찍음. 이를 반복하여 host B까지의 라우팅 경로를 찍게 됨.

※ KOCW 성균관대학교 안성진 교수님의 컴퓨터네트워크 강의 참고

[ LAN (Local Area Network) ]

- 근거리 통신망

- 한정된 지역 내에서 노드들이 고속 전송 회선으로 서로 연결하여 프로그램 파일 등을 공유하는 네트워크 망

- station, 전송 매체, 연결 장치의 하드웨어로 구성

- 유선LAN은 꼬임쌍선케이블, 동축케이블, 광케이블 등 유도매체로 구성

- 무선LAN은 데이터 전송에 대기 매체 사용

- 네트워크 운영체제와 응용프로그램으로 LAN을 논리적으로 구성 및 활용

[ IEEE의 LAN 표준안 ]

- I triple E 라고 읽음

- 1985년 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 에서 LAN 표준을 만들기 위해 802 프로젝트 만듦

- 데이터 링크 계층을 LLC(logical link control), MAC(media access control) 으로 나눔

* MAC 은 어떻게 매체를 접근해서 사용할지에 대한 프로토콜 (eg: CSMA/CD), 매체가 사용하는 CABLE에 따라 매체 접근 방법이 달라지므로 MAC이 다양.

* LLC 는 flow control, 에러검출 등

[ IEEE802.1 ]

- 802.1 은 LAN 과 MAN 의 네트워크간 연결 담당

- 기존의 주소 지정, 접근, 에러 회복 매커니즘 등을 변경하지 않고 서로 다른 네트워크 구조간에 있을 수 있는 비호환성 문제 해결

[ LLC(logical link control) ]

- IEEE에서 규정한 모든 근거리 통신망의 공통

- 802모델은 HDLC프레임을 구조를 사용, 그것을 LLC와 MAC의 2가지 기능 집합으로 나눔

- LLC는 프레임의 최종 사용자에 해당하는 논리 주소, 제어 정보, 데이터 저장

[ MAC(media access control) ] 

- 802 모델에서 HDLC 프레임 구조 사용에 의한 두번째 집합

- 공유 매체에 대한 충돌 해결하는 기능(CSMA/CD)

- 패킷을 받아서 경로를 지정할 다음 station의 물리주소 뿐만 아니라 정보 전달에 필요한 동기화, 플래그, 흐름, 오류제어 정보가 들어있음

- MAC 프로토콜(Media Access Control)은 서로 다른 LAN(이더넷, 토큰 링, 토큰 버스 등)에 대해 독립적

[ 유선 이더넷 LAN ]

IEEE에 의해 표준화 된 첫 LAN 프로토콜 중 하나

IEEE802.3 으로 표기

CSMA/CD 를 사용

[ LAN (802.3) 의 종류 ]

- Baseband : digital

- Broadband : analog

1. 10Base5 : Thick Ethernet 

- 10Mbps/Baseband/500meters

- 굵은 동축케이블 사용

- 오늘날은 사용하지 않음

2. 10Base2 : Thin Ethernet

- 10Mbps/Baseband/200meters

- 얇은 동축케이블 사용

- 오늘날은 사용하지 않음

- 10MB

3. 10BaseT : Twisted-Pair Ethernet

- 10Mbps/Baseband/Twisted pair

- 허브에서 사용

4. 10Base-F : Fiber Ethernet

- 10Mbps/Baseband/Fiber

[ LAN 표준의 변화 ] 

1. Bridged Ethernet

- bandwidth 의 증폭

- collision domain의 분리

* 리피터 사용시 bandwidth 는 증폭되나 실질적으로 하나의 케이블을 사용함과 동일하여 collision domain 분리 효과는 없다. 또한 CSMA/CD 프로토콜의 경우 collision 을 detect 해야 하므로 리피터를 최대 4개까지만 연결 가능.

* 오늘날은 대부분 bridge 보다 router 사용

2. Switched Ethernet

- 일반 Hub는 하나의 station 에서 데이터를 전송할 때 모든 station 에 데이터를 전송

- switch Hub는 데이터 전송시 station 주소를 기록해두었다가 이후 동일 station에서 데이터 전송이 발생할 경우 필요한 목적지에만 데이터 전송

3. Full-duplex Ethernet (CSMA/CD 사용 불필요)

- 10Base5, 10Base2 는 전화선 branch 와 동일하여, half-duplex communication(반이중(송수신 동시 불가)통신) 

- Switch Hub(10BaseT 사용)는 4Pair(남는 케이블 존재)로 full-duplex(전이중 통신)가 가능 

- CSMA/CD 사용이 불필요

- bandwidth increase : 송수신이 동시에 가능하므로..

[ 1. Fast Ethernet ]

- 100mb 

- CSMA/CD 프로토콜 그대로 사용

- star topology  (hub) 사용

- Autonegotiation : 10mb / 100mb 모두 사용이 가능

[ 2. Gigabit Ethernet ]

- 1000mbps (1gbps)

- 802.3z standard

- 48bit address 동일하게 사용

- frame format 동일하게 사용

- Full-Duplex mode : 송수신 동시, collision 발생 없으므로 CSMA/CD가 불필요 (Half-Duplex mode도 사용이 가능, 이땐 CSMA/CD 사용)

- cable 제한이 없어짐

: 최소 프레임 64bytes 제한(CSMA/CD)이 없어졌으며, 10base5 의 500m + bridge 4개 = 2500m제한이 없어짐

* Half-Duplex 에서의 케이블 길이 제한 해결 방법

1) Traditional : 가능한 케이블 최대 길이인 2.5km 까지만 쓰기

2) Carrier extension : 최소 프레임 사이즈를 512bytes 로 늘려, 가능한 케이블 최대 길이를 늘리기

3) Frame bursting : 프레임을 여러개 붙여서 보내기

[ 3. 10-Gigabit Ethernet ]

- 802.3ae standard

- 48bit address 동일하게 사용

- frame format 동일하게 사용

- Full-duplex 만 사용 (CSMA/CD 사용 불필요)

- fiber-optic cable 사용

※ KOCW 성균관대학교 안성진 교수님의 컴퓨터네트워크 강의 참고

※ LAN 관련 참고 : velog.io/@inyong_pang/LANLocal-Area-Network

P2P (Peer to Peer)

- always-on server 가 없다

- end systems 간의 직접 communicate

eg) BitTorrent, VoIP(Skype)

1. 보통의 Server-Client 간 File Distribution Time

1) File F 를 N 번 업로드 하는데 걸리는 서버의 전송 시간 : NF/Us

2) 클라이언트가 파일 F를 다운로드 받는데 걸리는 최대 시간 F/dmin

파일 F를 N개의 클라이언트에 distribute 하는데 걸리는 시간 : max { NF/Us , F/dmin }

    : 서버가 파일을 업로드 하는 시간 or 클라이언트 중 파일을 다운로드하는데 최대로 걸리는 시간 중 최대 시간

    : 유저가 많아질 수록 N 이 증가하므로 속도가 느려짐

2. P2P 에서의 File Distribution Time

1) 서버에서 하나의 카피를 올리는 경우 걸리는 시간 : F/Us

2) 클라이언트가 파일 F를 다운로드 받는데 걸리는 최대 시간 : F/dmin

N명의 클라이언트 모두가 파일을 받을 경우 NF bits

max upload rate : Us + ∑Ui

파일 F를 N개의 클라이언트에 distribute 하는데 걸리는 시간 : max {F/Us, F/dmin, NF/(Us+∑Ui)}

: 유저가 많아질수록 N 과 Ui 모두 증가하므로 속도가 느려지지 않음

Client-Server vs P2P Distribution Time 비교

BitTorrent

- file 을 256Kb chucks로 나눔

- torrent : 파일 chunk를 교환하는 peer 그룹

- tracker : 토렌트에 속하는 peer 가 누구인지 tracking

- churn : peer 가 들어갔다 나갔다 하는 것

- rarest first : chunk를 보유한 peer 가 가장 적은 것 부터 request

- selfish peer : 다운로드만 받고 업로드는 하지 않는 peer

※ tit-for-tat

좋은 partner peer 를 남기고 selfish peer 를 버리기 위한 전략

- 가장 많은 chunk 를 제공하는 peer top 4 에게 chunk 를 보내준다

- 10초마다 top 4를 재평가

- 30초마다 랜덤으로 peer 를 선택하고 chunk를 보낸다. (top 4 가 고정되는 것을 방지하기 위해)

※ 이화여대 이미정 교수님의 네트워크 강의 내용 정리