[Commu-Network/정보통신망] Message Transfer : Nachrichtenaustasuch (1/2)

Organization
Austausch von Informationen, die in Nachrichten gefasst sind
3.1 Nachrichtenfluss
3.2 (Nachrichten-)Vermittlung
3.3 Adressierung

next
3.4 Verbindungsorientierte Vermittlung
3.5 Signalisierung
3.6 Analyse der Übermittluungszeiten (Leistungsbwertung)

3.1 Nachrichtenfluss

메시지가 흐르는 전체적인 과정의 도식이다.

두 점 간의 사이 거리가 \( l \)인 점 A에서 점 B로 메시지가 이동을 한다.

\( T_s \) Sendedauer = 메시지가 전송되는데 소요되는 시간

\( T_p \) Übertragunsgdauer einer Nachricht auf dem Kanal =  메시지가 트랜스퍼 되는데 소요되는 시간

 

하나의 메시지가 스테이션 A 에서 B로 이동할때의 초기 시간을 \( t = T_0 \) 이라 설정했을때 스테이션 B에 도착하는 시간은 \( t = T_0 + T_s \)이다. 그리고 메시지가 A에서 트랜스퍼 된 후 B로 이동을 한다고 가정하면 스테이션 A에서 B로 전송이 되는 시간이 \(t = T_0 + T_p \)이고, 메시지가 스테이션 B에 도착하는 시간은 \(t = T_0 + T_p+ T_s \)라고 볼 수 있다. 

 

간단하게 정리한 전체 도식을 하나씩 차근차근 뜯어보자.

 

Message Flow Diagram

• Prinzip: räumlich-zeitlich Darstellung /시간과 공간을 축으로 하는 그래프로 그려진다.

다음 그림은 메시지 M1, M2, M3, M4, M5가 점 A, B, C로 시간에 따라 움직이는 모습을 나타냈다.

메시지가 트랜스퍼 되는데 소요되는 시간은 시간 = 거리/속도의 공식을 사용해서 나타낼 수 있다. \( T_p = \cfrac{l}{c_{kanal}} \)

각 점 사이의 선은 Übertragungsstrecke로, 메시지가 이동하는 통로를 말한다.

모든 구간에서 동일한 신호 전파 속도 \( c_{Kanal}\)는 기울기가 \(\cfrac{l}{T_p} \)로 동일하다.

어떤 스테이션에서 다음 스테이션으로 전송되는 과정에서(위의 사진에서는 스테이션B에 해당) 처리하는 과정중에 그리고 Puffer에 저장하는 과정에서 자연스럽게 딜레이_Verzögerungszeit가 걸리는데 이것을 \( T_{Vi}\) Verzögerungszeit im Netzknoten 라고 한다. 

 

 

 

Erweiterung um Nachrichtendauer \( T_s\) / 메세지의 소요시간이 \( T_s\) 만큼 연장된다고 가정해보자. 

메시지의 길이와 데이터전송율을 L과 R로 정했을때,

\( L \) : Länge einer Nachricht (typischerweise in Bits oder Bytes)

\( R\) : Datenrate (in Bit/s)

\( T_s = \cfrac{L}{R} \)로 둘 수 있다.

 

Wichtige Anmerkungen:
1. Das Nachrichtenflussdiagramm zeigt nur einen ausgewählten Fall und keine allgemeine Systembeschreibung!
    / 위의 사진 예시에서만 해당 된다.
2. Die Logik der Knoten d.h. die Regeln für den Nachrichtenaustausch(Protokolle) wird durch Zustandsautomaten beschrieben
   / 각 스테이션에서의 메시지 교환 규칙(프로토콜)은 Zustandasutomaten에 의해 결정된다. 

 

Gelchzeitigkeit der Kommunikation - 동시성 통신의 종류

Simplex : unidirektional	Nachricht kann abgesenden werden, bevor B die vorherige Nachright von A empfangen hat.   überlappend senden  A에서 B로 메세지를 겹쳐서 보낼 수 있다.
Halb-Duplex : abwechselnd	Erst, wenn B die Nachrichtvon A vollständig empfangen hat, kann B eine Nachricht an A senden. 우선 A에서 B로 메시지를 완전히 보내고 나면 B가 A에게 메시지를 보낼 수 있다.
Voll-Duplex : bidirektional, gleichzeitig	A und B können gleichzeitig senden. Bei Voll-Duplex ist Richtungstrennung nötig: getrennte Leitungen oder Frequenzen, Wellenlängen, etc

 

Hilfsnotation

• Manchmal wird ein Nachrichtenflussdiagramm auch mit waagerechten Linien, d.h. \( T_s = 0 \) und \(T_p = 0  \) notiert.
• z.B. wenn \( T_p << T_{Vi} \) und vor allem die Abfolge der Nachrichten, nicht aber die konkrete Laufzeit interessiert.

 

 

Zusammenfassung Nachrichtenflussdiagramm

1. Nachrichtensendedauer \( T_s \) 2. Kanallaufzeit \( T_p \) 3. Verzögerungszeit im Knoten \( T_v \) - Zwei direkt benachbarte Netzknoten (Single Hop)

 

 

 

3.2 (Nachrichten-)Vermittlung : Message Switching

• Aufgabe: Nachrichtenaustausch ermöglichen zwischen verschiedenen Teilnehmerendgeräten, die nicht unmittelbar miteinander sondern über ein Kommunikationsnetz verbunden sind. / Vermittlung은 다양한 사용자들의 단말기간에 하나의 커뮤니케이션넷(통신망)을 통해 직접 연결되지 않고서도 메세지 교환을 가능하게 하기 위한 장치이다.

Vermittlung : Switching?
Weiterleiten von Nachrichten zwischen Endgeräten in einem Kommunikationsnetz aufgrund einer vorgegebenen Zielinformation.
주어진 대상의 정보를 기반으로 통신망에서 종단 장치간의 메시지 포워딩을 하는 것.

 

Die Vermittlungseinrichtung (z.B in einem Netzknoten) befindet sich im Zentrum eines Netzes und hat eine direkte oder mittelbare Verbindung mit allen Endgeräten in einem Kommunikationsnetz.

 

메시지 스위칭엔 두가지 종류가 있다.

1. Durchscahalte- oder Leitungsvermittlung : Circuit Wsitching : CS

2. Speichervermittlung/ Paketvermittlung : Packet Switching : PS

 

 

Durchscahalte- oder Leitungsvermittlung : Circuit Wsitching : CS

 

Durchschalt = Operator = 연산자를 통한,
Leitung = Line = 회선, 라인

 

서킷 스위칭은 두 장비간의 통신이다. 두 장비 사이에 여러경로가 존재하더라도, 실제 통신이 쓰이는 경로는 오직 하나이다. 전화망을 그 예로 둘 수 있다. 

정보가 전송되는 경로를 "회선"이라고 말할 수 있다.

 

 

• 전송속도가 고정된 채널은 연결이 되있는 동안만 파트너와 통신이 가능하다. 다시말해, 하나의 회선처럼 전환이 된다. (= Physikalische Verbindung)
• Keine Zwischenspeicherung im Netz notwendig /통신망중에 중간의 스토리지가 필요하지 않다.
• Zusätzliche Signalisierung notwendig, um vor der eigentlichen Informationsübertragung den Kanal festzulegen /실제 정보 전송을 하기 전에 채널을 설정하기 위한 추가 시그널이 필요하다.
• 데이터단계( = 정보를 전송하는 단계)에서 추가적인 목적지에 대한 정보가 필요 하지 않다. 데이터단계는 Daten phase, Informationsübertragungsphase.

 

• 장점 : 데이터 단계에서 오버헤드가 거의 없거나 매우 적다. 딜레이도 적다. 오버헤드란 어떤 처리를 하기 위해 들어가는 처리 시간이나 메모리 등을 말한다. 오버헤드가 거의 없거나 매우 적다는 말은 그만큼 효율적인 통신 방법이라는 뜻이다.
• 단점 : 고정된 채널 혹은 회선의 Bit전송률이 항상 연결되어 있어야한다. 쉽게 말해 전화를 하려면 전화를 걸고 있는 상태여야만 한다는 것.

 

 

 

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Speichervermittlung : Store and Forward Switching

전송경로, 즉 회선의 다중사용이 가능하다. / Mehrfachausnutzung von Übertragunswegen

• Caching(Zwischenspeicherung)_캐싱 을 통해 노드와 노드 간의 메시지 전송이 가능하다.
• Beitrieb der Übertragungswege im asynchronen
• 장점 : 다양하게 Bit를 전송 가능하며, 좋은 회선/ 좋은 라인들을 사용한다.
• 단점 : 항상 파켓이 중요하다, 저장이 많이 되었을 경우 (저장상태에 따라) 지연이 될 수도 있다. 파켓 내에서 제어정보에 따라 오버헤드가 일어날 수 있다.
• 종류 : 

                     1. Sendungsvermittlung : Shipment Switching

                     2. Paketvermittlung : Packet Switching

Storage Switching Node

Operator Switching Node

 

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1. Sendungsvermittlung : Message Switching : MS

Nachrichtenpaket/ Datenpaket von Message Switching

그렇다면 계속 말하는 "메시지 스위칭"이란 무엇인가.

• Nachrichtenpaket enthält die gesamte zu sendende Nachricht. /메시지 패킹은 보낼 메시지의 모든 것을 포함한다.
• Zwischenspeicherung in den auf dem weg liegenden Netzknoten. /도중에 네트워크 노드에 임시로 저장한다.
• 장점 : Keine Zerstückelung der Nachricht /메시지가 조각조각되지 않는다. 
• 단점 : lange Übertragungszeiten über mehrere Netzknoten hinweg /메시지를 잘라서 전송하지 않고 통째로 보내기 때문에 여러 네트워크 노드를 통해서 전송하다 보니 전송 시간이 길어진다.

 

2. Paketvermittlung : Packet Switching : PS

Paket Switchiing

"메시지 패킷/ 메시키 파켓"은 긴 메시지를 작은 부분으로 자르는 것을 말한다.  /Aufteilung längerer Nachrichten in kleinere Einheiten begrentzer Länge : Datenpakete oder Pakete

• Typisch: einige 100 bis 1000 Byte (Oktette : Octet)
• 장점: 

1. Geeignet für stark variable Übertragungsraten der Information - Burst Traffic / 버스트 트래픽이란, 간헐적으로 특정량의 데이터를 주고받는것을 말한다. 즉, 매우 가변적인 정보 전송 속도에 적합하다. 갑자기 1 Byte를 보내닫가 999Byte를 보내도 빠르게 적용할 수있다는 것이다. 메시지 자체가 작은 부분들로 조각되었기 때문에 큰 무리 없이 프로세스를 진행 할 수 있다. 
2. Günstig hinsichtlich Speicherorganisation - kleinere Pakete / 당연히 메시지가 작은 부분으로 분할되어 있기 때문에 메모리 내 저장에 매우 용이하다. 
3. Kurze effective Übertragungsraten über mehrere Netzknoten hinweg / 여러 네트워크 노드에서 짧고 유용하게 정보 전송이 가능하다.

• 단점: Paketierung und Zusammenfügen im Quell bzw. Zielknoten erforderlich / 메시지를 분할 하는 과정이 필수적이다. 이 과정에서 시간적 혹은 비용적 지연이 크다면 Message Switching을 사용하는 것이 낫다. 

 

 

Vergleich der Vermittlungsverfahren

S'pse : 
1. 스테이션 A 에서 스테이션 C 까지 스테이션 B 를 통과해서 정보를 전송한다고 가정해보자.
2. 각각의 파켓의 길이 \( L \) Bit
3. 비트의 전송률  \( R\)
4. 각각의 전송 시간 \( T_p \)
5. 메시지 길이 \( T_s = \cfrac{L}{R} \)
6. 배니싱 스위칭 시간 \( T_v = 0 \)
7. There is a Message headers of all Messages
8. 각각의 메시지 당 2개의 파켓이 존재한다.

각각의 메시지 전송 시간을 문자로 나타내보자.

Transmissions times of Circuit Switching : \( T_{CS} = 2 T_P + T_S \)
Transmissions times of Message Switching : \( T_{MS} = 2 T_P + 2 T_S \)
Transmissions times of Paket Switching : \( T_{PS} = 2 T_P + \cfrac{3}{2} T_S \)

\( T_{CS} < T_{PS} < T_{MS} \)

결론: 

 

전화같은 오직 두 장비 간의 통신인 CS가 전송 속도가 가장 짧고, 그 다음 작은 조각으로 분해해서 전송하는 PS가, 마지막으로 큰 메시지를 한번에 전송하는 MS가 전송 시간이 가장 오래 걸린다. 

 

 

 

3.3 Adressierung

 

Adressierung beinhaltet alle Operationen zur eindeutigen Identifizierung einer Ressource in einem Kommunikationsnetz. 
주소 할당(Addressing)에는 통신망에서 리소스를 고유하게 식별하기 위한 모든 작업이 포함된다.

 

• Resource = Betriebsmittel

Teilnehmerendgerät
Server
Netzknoten
Informationspfad
Videofile
Webseite
Videoplayer
....

Beispiel für Adressen

Telefonnummer: +82 10-1234-5678

Skype ID: pythontogo

IP Telefonie: <sip: pythontogo@kakao.com>

URL: http://python-to-go.tistory.com 

IP Adresse: z.B 192.168.987.6

MAC Adresse: 24-A1-B2-C3-D4-56-78

 

     \( {\rightarrow} \) Adressen existieren auf verschiedenen Ebenen in einem Kommunikationsnetz

 

 

Adressformate

각각의 통신망에따라 서로 다른 유형의 주소가 지정된다. 이것을 "표준화" 라고 한다. 고유한 주소 식별을 가능케하기 위해 각 주소가 리소스에 정확하게 할당이 되었는지, 그리고 그 리소스를 찾을 수 있는 것인지를 확인하는 것이 통신망의 과제이다.

 

Adressauflösung : Resolution of Address

• Abbildung zwischen unterschiedlichen Adressformaten.

• Globale Auflösung durch Index-Server (Datenbank)

           - Beispiel: DNS, Skype, ...

• Lokale Auflösung durch Broadcast

            - Beispiel: ARP, Paging, ...

 

• Beispiele

• Domain Name Service (DNS) : verteilte, hierarchisch strukturierte Datenbank

             - Auflösung des Domain Names in einer URL in eine IP-Adresse

             - www.ei.tum.de  \( {\rightarrow} \) 129.187.254.81

• Address Resolution Protocol (ARP) im Internet (LAN)

              - Dynamische abbildung von logischen Netzwerkadressenauf die korrespondierenden Hardware Adressen

              - z.B. 192.168.987.6 \( {\rightarrow} \)  24-... MAC 주소로 대체 가능

              - Erfolgt mittels ARP Request als Broadcast in einem lokalen Netzgesamt

              - Die ARP Instanz erkennt ihre IP Adresse und antwort.

 

 

Adresszuweisung : Assigntment of Address

Vor der Benutzung einer Adresse muss diese dem Gerät zugewiesen werden

• Manuell
• Automatisch

• am Endgerät dezentral konfigueirt
• zentral administriert

 

• Beispiel

               - Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)