햄드네요

Go-Back-N Protocol

Go-Back-N vs. Stop-and-Wait

• What's the difference?

  • Sliding window size! → multiple packet transmission is considered
  • Tx: m-bit window
  • Rx: 1-bit window
  • The sequence numbers are modulo 2^m, where m is the size of the sequence num field in bits.
  • The acknowledgment number is cumulative and defines the sequnce num of the next packet expected to arrive.
  • The send window is a box of maximum size = 2^m - 1 with three variables: Sf, Sn and Ssize
  • If m = 3
  • The send window can slide on or more slots when an error-free ACK with ackNo between Sf and Sn arrives.
  • Rx size: 1
  • When timer expires, all un acked packets are re-transmitted.
    • ex) 송신측에서 packet 6(Sn=7) 전송했지만, 타이머 만료
    • 만일 Sf=3이면, packet 3, packet 4, packet 5, packet 6 이 4개의 패킷이 un-acked packet이 됨
    • 타이머 만료되었으므로 송신측은 packet 3~6까지 4개의 packet 재전송
    • Go-back-N인 이유
  
  

• FSM for Go-Back-N

• Send window size for Go-Back-N

  • Go-Back-N 프로토콜에서 송신 윈도우의 크기는 2^m보다 작아야 한다.
  • 수신 윈도우의 크기는 항상 1이다.

• Example: When some ACKs are lost
• Example: When some packets are lost

• Inefficiency
  • Inefficient retransmission occurs even when some packets are successfully received.
  • Why? Rx is too simple: Rx window size = 1 !!
  • Solution? Use longer R → Selective-Repeat Protocol!

Selective-Repeat Protocol

• Selective + Repeat
• Window size
  • Tx: 2^(m-1)
    • If m=4, max window size=8
  • Rx: 2^(m-1)
• Rx window
  • Buffer to store the information of out-of-order packets

• Timer
  • 이론상, Selective-Repeat에서는 아직 처리되지 않은 각각의 packet마다 타이머를 사용 (타이머 만료되면 재전송)
  • Go-Back-N은 처리되지 않은 패킷을 그룹으로 묶어 처리 but Selective-Repeat은 독립적으로 처리
• Acknowledgments
  • Go-Back-N에서 AckNo는 누적, 이 번호 이전의 모든 패킷들은 이상없이 도착했음을 의미
  • Selective-Repeat에서 AckNo는 오류 없이 수신된 하나의 패킷 seqNo
    • 다른 패킷에 대해 어떤 피드백도 제공 x

• Example) 송신 측에서 패킷 0, 1, 2, 3, 4, 5 까지 6개의 패킷을 전송했다. 송신측이 ackNo = 3의 ACK를 수신했다. 시스템이 GBN 또는 SR을 사용하는 경우에 ACK 수신은 각각 무엇을 의미하는가?
  • GBN의 경우 패킷 0, 1, 2가 훼손되지 않고 잘 수신되었다는 것과 수신 측에서 패킷 3의 수신을 기다리고 있다는 것을 의미
  • SR의 경우 패킷 3이 훼손되지 않고 잘 도착했다는 것을 의미, 다른 패킷에 대한 정보는 없다.

• FSM for Selective-Repeat

Transport Layer Protocols

• Simple Protocol
• Stop-and-Wait Protocol
• Go-Back-N Protocol
• Selective-Repeat Protpcol
• Bidirectional Protocols: Piggybacking
  

Simple Protocol

• Simple and Connectionless protocol
• Flow, Error control 없음!!
• Receiver can immediately handle any frame it receives.

FSM for the simple protocol

• Sender sends packets without thinking about the receiver
  

Stop-and-Wait Protocol

• Connection-oriented protocol

• Sliding window size: 1

• Flow control is achieved

  • By forcing the sender to wait for an acknowledgment
  • 일반적인 Flow control 방법: Buffer
  • Stop-and-Wait의 buffer size: 1

• Error control is achieved

  • By discarding corrupted packets and letting the sender resend unacknowledged packets when the timer expires
  • Error control을 위해 사용하는 번호: Sequence Number
  • Stop-and-Wait에서는 1 bit field를 sequence num 저장하기 위해 사용
    • m=1 → sequence numbers: modulo 2 (0 or 1)
    • the ack num always announces in modulo-2 the seq num of the next packet expected
  • All calculation in the Stop-and Wait protocol is in modulo 2

• FSM for the stop-and-wait protocol*

• Example

• Inefficient

  • Lost Data

  • Lost Ack

  • Delayed Ack/Data

• Bandwidth-delay product

  • Channel: pipe
  • Bandwidth-delay product: pipe capacity
  • e.g.) bandwidth: 1Mbps, delay: 20msec 일때 Bandwidth-delay product: (110^6)(20*10^-3) = 20,000 bit

• Example

  • In a Stop-and-Wait system, the bandwidth of the line is 1Mbps, and 1 bit takes 20msec to make a round trip. What is the bandwidth-delay product? If the system sends one packet (1,000 bits in length), what is the utilization percentage of the link? 1,000 bits / 20,000 bits = 5% (Too low!)

  • What is the maximal utilization percentage of the above link if we have a protocol that can send up to 15 packets before stopping and worrying about the acknowledgments?

  • 15,000 bits / 20,000 bits = 75%*

• So, sneding up to multiple packets are more efficient!

글로벌소프트웨어캠퍼스와 교보DTS가 함께 진행하는 챌린지입니다.

Logical connection

Process-to-Process

• It provides a process-to-process communication between two application layers, one at the local host and the other at the remote host.
• Communication is provided using a logical connection. 프로세스?🙄 → 실행중인 프로그램!😏

주소 체계: Port Numbers

• 전송계층에서 프로세스를 구분

• 데이터의 최종 목적지 선택에 있어 IP주소와 포트 번호는 역할이 다르다.
  • IP: 전세계의 호스트 중 특정 호스트를 찾기 위해 사용
  • 포트 번호: 특정 호스트 내에 있는 하나의 프로세스를 찾기 위해 사용

ICANN 범위

• ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)
  • 국제 인터넷 주소 관리 기구, 인터넷 도메인 관리와 정책을 결정
• Well-known ports
  • ICANN에 의해 배정되고 제어
• Registered ports
  • ICANN에 배정되거나 제어되지 않음, but 중복을 피하기 위해 등록될 수 있음
• Dynamic ports
  • 제어, 배정 x

• 포트 번호 할당 확인 https://www.iana.org/assignments/service-names-port-numbers/service-names-port-numbers.xhtml

Socket address

• 전송 계층 프로토콜은 연결을 설정하기 위해 각 종단마다 IP 주소와 포트 번호가 필요
• IP address + Port Number → Socket address!
  • 클라이언트 소켓 주소는 클라이언트 프로세스 유일하게 정의
  • 서버 소켓 주소는 서버 프로세스 유일하게 정의

Encapsulation & Decapsulation

• 프로세스 간 통신을 위해 메세지를 캡슐화(Encapsulation), 역캡슐화(Decapsulation) 수행
  • Sender: Encapsulation, Receiver: Decapsulation

Multiplexing & Demultiplexing

• Multiplexing을 수행하는 device: Multiplexer (MUX)
• Demultiplexing을 수행하는 device: Demultiplexer (DEMUX)

Flow Control

• Pushing
  • Consumer로 부터 선 요구 없이, 정보가 생성될 때마다 정보 전달하는 경우
• Pulling
  • Consumer가 요구한 경우에만 Producer가 정보를 전송하는 경우

• Flow Control 예시

• Flow Control 방법: Buffer
  • 송·수신 전송 계층의 버퍼 이용
  • 버퍼? 송신측과 수신측에서 패킷을 저장할 수 있는 일련의 메모리 영역
    ## Error Control
• Error Control
  • L3 신뢰성 제공 x, L4에 오류 제어 서비스 추가해 신뢰성 제공
• 제공 기능
  • 훼손된 패킷 감지 및 폐기
  • 손실되거나 제거된 패킷 추적, 재전송
  • 손실된 패킷이 도착할 때까지 순서 어긋난 패킷 버퍼에 저장

• Sequence Numbers
  • Sender L4: 어떤 패킷이 재전송되어야 하는지 알아야함
  • Receiver L4: 어떤 패킷이 중복되었는지 or 순서에 어긋나게 도착했는지 확인 가능해야함. → 패킷의 순서 번호(Sequence Number) 저장할 수 있도록 L4 패킷에 한 필드 추가
  • 헤더 안에 각 패킷의 순서 번호를 포함하기 위해서는 최대값이 설정되어야함
    • if) 패킷의 헤더에 sequence num을 위해 m비트가 설정, sequence num은 0~2^m-1 값의 범위를 가진다.
    • if) m=4 이면 sequence num은 0 ~ 15 사이의 값

For error control, the sequence numbers are modulo 2^m, where m is the size of the sequence number field in bits

• Acknowledgment
  • 확인 응답

Flow Control + Error Control

• Sliding Window
  • Sequence Num이 modulo2^m 이기 때문에 0 ~ 2^m-1까지의 sequence num을 원/선형 표현
  • 윈도우의 모든 조각이 채워지면, 버퍼가 다 차서 더이상의 메세지 수신 불가함 (Sender)
  • Ack 수신되면 윈도우 범위를 미끄러지듯 돌림

△ Sliding Window in circular format

△ Sliding Window in linear format

Congestion Control

• Congestion
  • 네트워크로 전송되는 패킷 수가 네트워크에서 처리할 수 있는 용량을 초과하는 경우 혼잡 발생
• Congestion Control
  • 혼잡을 제저하고 로드가 용량보다 작도록 하기 위한 기술
• 왜 발생하나요? 😕
  • 네트워크에서 혼잡은 라우터나 스위치가 패킷을 저장하기 위한 버퍼인 큐를 가지고 있기 때문에 발생

예를 들어, 라우터는 각각 인터페이스에 입출력 큐를 가지고 있음. 라우터에 도착하는 패킷들을 처리할 수 없으면 큐는 과부하가 되며 혼잡이 발생.

Connectionless Service

Connection-oriented Service

Connectionless & Connection-oriented

• FSM (Finite State Machine)
  • 가능한! 모든 상태와 상태 간의 transition으로 구성한 모델링 기법
• Connectionless FSM

• Connection-oriented FSM

글로벌소프트웨어캠퍼스와 교보DTS가 함께 진행하는 챌린지입니다.

Proviously...

• IP addresses are designed to work with stationary hosts because part of the address defines the network to which the host is attached.

• However... 이제.. 단말이 가만히 있지 않음..ㅠ

• In end-to-end connection, if one end moves, the network session breaks. So does all the networking services layered on top of IP

• Solution?

  • Option 1: Completely redesign each layer of the protocol suite. 🙄→🤮
  • Option 2: Provide additional services at the network layer in a backward compatible manner - Mobile internetworking!
  
  

Mobile IP

• Mobile IP has two addresses for a mobile host: home address and care-of-address
• The home address is permanent.
• The care-of address changes as the mobile host moves from one network to another.

Mobile ip introduces Agents: Home agent & foreign agent

• To make the change of address transparent to the rest of the Internet.

Three phases

• Agent discovery

  • ICMP

    • Router advertisement

    • Router solicitation

• Registration

  • After a mobile host has moved to a foreign network and discovered the foreign agent -> it must register!
  • Request and Reply

• Data transfer

  • The movement of the mobile host is transparent to the rest of the Internet..
  1. From Remote Host to Home Agent The remote host sends a packet as though the mobile host is at its home network. This is done using the proxy ARP.
  2. From Home Agent to Foreign Agent After receiving the packet, the home agent sends the packet to the foreign agent using the tunneling concept.
  3. From Fereign Agent to Mobile Host
  4. From Mobile Host to Remote Host When a mobile host wants to send a packet to a remote host, it sends as it does normally.
     • Mobile host
     • Source - home address
     • Destination - address of remote host The packet comes from th foreign network, it has the home address of the mobile host.

  -> Remote host is unaware of any movement by the mobile host.

There are inefficiencies.. 😥

Inefficiency in Mobile IP

• Double crossing
  • Double Crossing occurs when a remote host communicates with a mobile host that has moved th the same network(or site) as the remote host.
  • When the mobile host sends to the remote host → No inefficiency!
  • When the remote host sends a packet to the mobile host → the packet crosses the Internet twice

• Triangle routing

  • Triangle routing occurs when the remote host communicates with a mobile host that is not attached to the same network(or site) as the mobile host
  • When the mobile host sends to the remote host → No inefficiency!
  • When the remote host sends to the mobile host, the packet goes from the remote host to the home agent and then to the mobile host

• The reson of this inefficiency?

  • Home Agent manages the location/address information.

Mobile IPv4 RFC 문서입니다아.

글로벌소프트웨어캠퍼스와 교보DTS가 함께 진행하는 챌린지입니다.

L2

Data link

• To organize bit to frame
• To provide hop-to-hop delivery (physical address or MAC)
  ### Addressing
• L2 addresses are called physical address or MAC addresses and are used to fine the address of the next hop.
• LAN address is 6bytes (48bits).
• WAN address is usually longer.
  

  ARP (Address Resolution Protocal)

  
• Mapping the logical address(IP address) to physical address(MAC address) dynamically.
• Anytime a host or a router needs to find the physical address of another host or router on its network... → Send an ARP query packet!
• The packet includes the physical and IP addresses of the sender and the IP address of the receiver. →Why? The sender doesn't know the physical address of the receiver, this query is broadcast over the network.
  

Data can be corrupted during transmission... For reliable communication, errors must be prevent or detected and corrected!!

Error control

• In data communication, errors are inevitable..
• Using better equipment and more reliable transmission media may reduce the frequency of occurence.. → But it can never eliminate errors.
• Detect and correct errors.
  ❗ L2 Error contorl & L4 Error control L2: Error Detect L4: Error control and Error recovery

Source of errors

• White noise
• Impulse noise
• Crosstalk
• Echo
• Jitter
• Attenuation
• Distortion
  

Detection methods

• VRC (Vertical Redundancy Check)
• LRC (Longitudinal Redundancy Check)
• CRC (Cyclic Redundancy Check)
  

Error control에 관한 내용은 Transmission Layer에서 더 자세히 다룰 예정입니다.

글로벌소프트웨어캠퍼스와 교보DTS가 함께 진행하는 챌린지입니다.

공부... 하고 있습니다. ㄱ-

1. Introduction

네트워크?

· A set of devices(nodes) connected by communication links. ◸여기서 잠깐!!!◿ 링크랑 노드가 뭐임! ※ Node: 컴퓨터나 프린터 혹은 데이터를 송수신할 수 있는 디바이스 ※ Link: 공기, 케이블, 광섬유 등 데이터를 전송할 수 있는 매체

※ 거리에 따라 LAN(Local-Area-Network)과 WAN(Wide-Area-Network) 등으로 나눌 수 있습니다.

인터넷?

· The global system of interconnected networks. · Linked by wireless and wired networking technologies. · Using the Internet protocol stack(TCP/IP) to communicate between networks and devices.

→ 인터넷 프로토콜 스택을 기반으로 전 세계적으로 연결되어 있는 컴퓨터 네트워크 통신망이다.

프로토콜?

· 원활한 통신을 위해 지키기로 약속한 규약. (How, When, What)

• Syntax

  • Structure or format of the data.
  • How to read the bit.

• Semantics

  • The meaning of the bits.
  • Which fields define what action.

• Timing

  • When data should be sent and received.
  • What speed at which data should be sent and received.

→ Protocol Stack? Protocol + Stack! 😂

Protocol Stack?

· Logical connection

· Modularity

2. TCP/IP Protocol Stack

· 5 layers

💥 잠깐!!!

보통 TCP/IP는 4계층으로 나누지만 L1인 Network Access 계층을 Physical과 Data Link 두 계층으로 나누는 개념도 존재합니다.😓

- Physical

• To transmit bits over a medium.
• Wired or wireless.
• Related technologies
  • MCS (BPSK, QPSK, QAM... etc.)
  • TDM, FDM, OFDM
  • MIMO, Massive MIMO
  • Cell-free network

모두 통신 관련 기술이다.🙄 (나중에 시간이 나면 이것들도 정리해보겠음!)

- Data Link

• To organize bits into frames.
• To provide hop-to-hop delivery (Physical address!)
• Related technologies
  • CSMA(CA,CD), OFDMA, CDMA...
  • ARQ, FEC, HARQ
  • QoS provisioning

- Network

• To move packets from source to destination.
• Internet protocol(IP😊)
• Related technologies
  • IPv4, IPv6
  • Mobile IP(MIP), PMIP, FMIP...
  • Routing algorithms
  • MPLS

- Transport

• To provide process-to-process delivery.
• Transmission control protocol (TCP)
• User datagram protocol (UDP)
• Related technologies
  • Flow, congestion, error control
  • Session migration

- Application

• To provide services to user.
• HTTP(S) for WWW
• SMTP for e-mail
• FTP for the file transfer
• DNS for the name resolution ⁝ 🙄 많다!
• Related technologies
  • Vehicular CDN (Content Delivery Network)
  • Server placement (Edge computing)
  • Service migration (VM/container migraion)

_ 글로벌소프트웨어캠퍼스와 교보DTS가 함께 진행하는 챌린지입니다._