제9장 멀티미디어데이터통신 및분산멀티미디어시스템halra.knuw.ac.kr/multi/ch9.pdf · 9장- 멀티미디어데이터통신및 분산멀티미디어시스템 멀티미디어시스템개론

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제 9장. 멀티미디어 데이터 통신및 분산 멀티미디어 시스템

9장 -멀티미디어데이터통신및분산멀티미디어시스템

2/101멀티미디어시스템개론

목차

네트워크 개요

데이터 통신 네트워크 기반 기술

멀티미디어 통신을 위한 네트워크

멀티미디어 트래픽을 위한 네트워크 지원

분산 멀티미디어 시스템

요약 및 참고 문헌



네트워크 정의

네트워크란 정보를 효과적으로 교환하고, 처리하기 위한 통신 시스템

– 호스트 컴퓨터 혹은 연결 장치들은 전송 매체로 서로

연결되어, 네트워크를 형성

– 근거리 통신 네트워크(LAN: Local Area Network)와원거리 통신 네트워크(WAN: Wide Area Network)를통칭

– 논리적으로 노드(node)와 링크(link)로 구성

» 노드는 호스트 컴퓨터 또는 연결 장치를 의미

» 링크는 정보가 전송되는 전송 매체를 의미



네트워크 발전 모습

중계기

호스트 컴퓨터

단말기



네트워크 발전 모습 (계속)

LAN(Local Area Network)LAN(Local Area Network)

공중 데이터 통신 네트워크

(PSDN: Public Switched Data Network)

공중 데이터 통신 네트워크

(PSDN: Public Switched Data Network)

LANLAN



네트워크 분류

네트워크네트워크토폴로지토폴로지

스타 구조

링 구조

버스 구조

하이브리드 구조

규모규모

WAN

LAN

교환 방식교환 방식회선 교환

패킷 교환

메시지 교환

소유권

공중망

사설망



통신 프로토콜

한 시스템이 다른 시스템과 원활하게 통신하기

위하여 사전에 정의된 약속

– 컴퓨터 시스템 간의 통신에서는 정확한 규칙을 미리 정해

놓고 규칙을 준수하며 통신하는 것이 필요



OSI 모델

등장 배경

– 컴퓨터 네트워크 초기에 각 제조업체들은 통신

프로토콜과 통신 기기를 독자적으로 개발

– 서로 다른 컴퓨터 시스템들을 연결하여 통신하려는

수요가 증대되면서 시스템 간의 호환성 문제가 제기

목적

– OSI 모델은 하드웨어나 소프트웨어의 변화 없이 서로

다른 시스템 사이에 통신이 가능한 네트워크를 설계하기

위해 고안됨



OSI 모델- 계층 구조

응용 계층응용 계층

표현 계층표현 계층

세션 계층세션 계층

전송 계층전송 계층

네트워크 계층네트워크 계층

데이터링크 계층데이터링크 계층

물리 계층물리 계층














전송 링크



TCP/IP

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet-working Protocol): 현재 인터넷에서 사용되고 있는

통신 프로토콜

– TCP/IP는 OSI 모델보다 먼저 개발됨

– OSI 모델의 계층 구조와 유사한 계층 구조를 가짐

» OSI 모델은 7 계층으로 이루어진 반면, TCP/IP는 물리 계층, 데이터링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 응용 계층의 5 계층으로 이루어져, TCP/IP에는 세션 계층과 표현 계층이

존재하지 않음

» TCP/IP의 각 계층은 OSI 모델의 해당 계층과 유사한 기능을

담당하고, TCP/IP의 응용 계층은 OSI 모델의 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층의 기능을 담당



TCP/IP와 OSI 모델의 계층 구조


UDP UDP TCP








IPIP



OSI 모델 TCP/IP



전송 매체

데이터 신호가 전달되는 물리적 경로이며

링크라고도 함

– 송신 시스템에서 신호로 표현된 데이터는 전송 매체를

통하여 수신 시스템까지 전달

– 각 전송 매체의 고유한 성질은 통신의 품질과 전송 한계를

결정



트위스트-페어 케이블

전화 시스템에서 사용되어 널리 알려져 있으며, 건물 내의 통신 회선에도 사용됨

– 디지털 신호와 아날로그 신호를 모두 전송

구리선플라스틱 절연체플라스틱 커버



트위스트-페어 케이블(계속)

다른 전송 매체에 비해 설치가 쉬우며, 가격이

저렴하고, 잘 휘어지는 장점을 가짐

전송 거리와 전송 속도에 제한이 있다는 단점을

가짐

– 아날로그 신호의 전송을 위해서는 5~6 km 마다 신호

증폭기가 필요하고, 디지털 신호의 전송을 위해서는 2~3 km 마다 리피터(repeater)가 필요



동축 케이블

동축 케이블은 LAN, WAN, 케이블 TV 등 여러

용도의 전송 매체로서 사용됨

다른 전송 매체에 비해 외부로부터 간섭 현상을

적게 받고, 뛰어난 주파수 특성을 가져 고속 데이터

전송에 이용플라스틱 절연체플라스틱 커버

구리선외부 구리망



광섬유 케이블

빛 신호를 여러 겹의 유리로 된 섬유를 통하여 전송

광섬유는 간섭으로부터 자유로우며, 수 km를

가기까지 감쇠가 발생하지 않아 장거리 전송에

이용 가능, 넓은 대역폭을 제공함

도가 낮은 매체

도가 높은 매체

임계각

도가 낮은 매체

도가 높은 매체

입사각 반사각

굴절각

전송원리



LAN(Local Area Network)

빛 신호를 여러 겹의 유리로 된 섬유를 통하여 전송

광섬유는 간섭으로부터 자유로우며, 수 km를

가기까지 감쇠가 발생하지 않아 장거리 전송에

이용 가능, 넓은 대역폭을 제공함



네트워크 토폴로지

스타구조 링구조

버스구조 하이브리드구조



네트워크 접근 방식

공동의 전송로를 이용할 때 충돌 없이 통신하기

위한 제어 절차가 필요하며, 이 절차에 따라

네트워크 접근 방식이 정의됨

» 네트워크 토폴로지와 관련이 깊으며 CSMA/CD는 버스

구조에서, 토큰 방식은 링 구조에서 주로 사용됨

– CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

– 토큰 방식

– TDMA(Time Division Multiple Access)



전송 방식

베이스밴드는 전송로 상에 하나의 데이터 흐름 즉 하나의

채널만을 전송하는 방식

브로드밴드는 전송로 상에 여러 데이터 흐름 즉 여러

채널들을 전송하는 방식

» 다중화란 하나의 전송로를 분할하여 여러 신호들을 동시에

송/수신할 수 있는 다수의 채널을 구성하는 기술

– 한 전송로 상에 여러 신호를 실어 보내려면 다중화(multiplexing) 기술이 필요

– 대표적인 다중화 방식으로는 하나의 회선을 다수의 주파수

대역으로 분할하여 다중화하는 주파수 분할 다중 방식(FDM: frequency division multiplexing)과 하나의 회선을 다수의 아주

짧은 시간 간격으로 분할하여 다중화하는 시분할 다중

방식(TDM: time division multiplexing) 등이 있다.



대표적인 LAN

이더넷(ethernet)

토큰 링

FDDI(Fiber Distributed Data Interface)

고속 이더넷(fast ethernet)

기가비트 이더넷(gigabit ethernet)



이더넷

버스 토폴로지를 가지며, CSMA/CD 네트워크 접근

방법을 이용하여 10 Mbps 속도로 통신

전송 방식은 베이스밴드 방식을 사용하며, 전송

매체로는 동축 케이블을 사용

주로 소형 LAN에 널리 사용



토큰 링

링 토폴로지를 가지며, 토큰 링 네트워크 접근

방법을 이용하여 4~16 Mbps 속도로 통신

전송 방식은 베이스밴드 방식을 사용

전송 매체로 동축 케이블 혹은 광섬유 케이블을

사용하며, 소형에서 대형 LAN에 사용됨



FDDI

링 네트워크 토폴로지를 가지며, 100 Mbps 속도로

통신

전송 방식은 브로드밴드 방식을 사용하며, 전송

매체로는 광섬유 케이블을 사용하며, 대형 LAN 혹은 고속 백본(backbone) LAN으로 사용됨

FDDI는 이중 광섬유 케이블을 연결하여 이중

링(dual ring)을 구현

– 대부분의 데이터 전송은 1차 링에서 이루어지며, 2차

링은 1차 링에 문제가 발생한 경우에 사용

» 비교적 높은 고장 감내성(fault-tolerant)을 제공



고속 이더넷

표준 이더넷 기술을 발전시킨 것이며, 스타

토폴로지를 사용하여 최대 100 Mbps 속도로 통신

전송 매체로는 트위스트-페어 케이블 혹은 광섬유

케이블을 사용



기가비트 이더넷

최대 1000 Mbps 속도로 통신하며, 주로 고속 백본

LAN으로 사용되거나 멀티미디어 서버와 연결하여

사용됨

– 고속 이더넷 혹은 기가비트 이더넷은 기존의 이더넷과

같은 방식으로 관리할 수 있어, 네트워크 관리자들에게

편의성을 제공



교환 기술

n 개의 노드가 서로 연결되어 통신하기 위해서는

이론적으로 n(n-1)/2 개의 전송로가 필요하나

교환기의 사용으로 전송로의 수를 줄임

교환기(switch)는 일시적으로 둘 이상의 노드들을

일시적으로 서로 연결시켜 주는 역할을 담당

– 회선 교환

– 패킷 교환

– 메시지 교환



회선 교환

전화 연결에 널리 사용되고 있는 교환 방식으로, 두노드를 연결하기 위하여 네트워크 상의 전송로를

물리적으로 연결

– 회선이 설정된 후 두 노드들은 독점적으로 전송로를 사용

– 연결이 형성된 두 노드들 간의 통신이 끝나면, 물리적인

연결도 해제

전송로에서 데이터가 고정된 전송률로 지연없이

연속적으로 전달됨



패킷 교환

데이터를 패킷(packet)이라는 단위 크기로 나누어

전송

– 데이터의 크기가 큰 경우에는 여러 개의 패킷으로 나뉘어

전송

– 각 패킷은 데이터 정보 외에도 목적지 주소 등의 관리

정보를 포함한 헤더(header)를 가지며, 각 노드는 헤더

정보를 이용하여 패킷이 전달될 다음 노드를 결정하고

전송

가상 회선(virtual circuit) 방식

데이터그램(datagram) 방식



메시지 교환

메시지를 패킷으로 나누지 않고 전체 메시지를

전달

– 특정한 전송로를 미리 설정해 두지 않음

– 송신 측과 수신 측 사이의 노드들은 전체 메시지를

수신하여 버퍼에 저장해 둔 후, 수신 측 주소를 이용하여

다음 노드를 결정

» 메시지의 크기가 노드의 버퍼 크기보다 크면 전송이

불가능하다는 단점이 있어, 현재는 거의 사용되지 않음



가입자 네트워크

가입자와 네트워크를 연결하는 통신 구간을 의미

– 고속 네트워크 서비스에 대한 요구가 증대됨에 따라

디지털 가입자 회선, 동축 케이블, 광섬유 기술 등의

다양한 기술이 등장

– ISDN

– xDSL

– 케이블 모뎀

– 광섬유 케이블 전송로



ISDN

ISDN(Integrated Services Digital Network)은 종합

서비스와 디지털 통신망 개념을 기반으로 하는

종합 서비스 디지털 네트워크를 의미

– 텍스트 이외 오디오, 영상 등 다양한 형태의 데이터를

통합적으로 처리하는 것을 목적

– 가입자는 서비스 별로 별도의 회선 없이 하나의 디지털

회선을 통하여 서비스를 받음

» 디지털 신호는 아날로그 신호에 비해 잡음에 강하고 정보의

손실이 적어 빠른 전송 속도를 제공

» ISDN을 사용하는 경우에는 128 Kbps의 속도를 얻음



디지털 가입자 회선(xDSL)

xDSL은 고속 모뎀 기술로서, Mbps 단위의 높은

속도를 제공

– HDSL, SDSL, ADSL, VDSL 등 여러 종류의 기술을 포함



HDSL

HDSL(High data rate Digital Subscriber Line)은 두

개의 트위스트-페어 케이블을 이용

전송 속도는 최대 1.5~2 Mbps로 대칭적 전송

방식을 지원

– HDSL은 기존 전화선을 이용하므로 설치 비용이 저렴

– 가입자 단말 장치의 설치 없이 가정의 전화 콘센트

교체만으로 데이터 전송이 가능



SDSL

SDSL(Single-line Digital Subscriber Line)은 1.544 Mbps로 대칭적 전송을 지원

– 하나의 트위스트-페어 케이블을 사용한다는 점과 전송

거리가 3.6 km로 제한된다는 점이 HDSL과 다름



ADSL

ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)은 상향

전송보다 하향 전송이 더 많은 곳에 적합하도록, 비대칭적으로 설계됨

» 대부분의 응용 프로그램들은 사용자 측에서 서비스 제공자

측으로의 상향 전송보다 서비스 제공자 측에서 사용자

측으로의 하향 전송량이 더 많음

– 하향 전송 속도는 1.5∼9 Mbps

– 상향 전송 속도는 16∼640 Kbps



VDSL

VDSL(Very high data rate Digital Subscriber Line)은 역시 비대칭적으로 설계됨

– 상향 전송의 경우 1.5~2.3 Mbps

– 하향 전송의 경우 13~52 Mbps» VDSL은 이론상 최대 52 Mbps까지 전송할 수 있어 VOD,

HDTV, 화상 회의 등과 같은 높은 대역폭을 요구하는

멀티미디어 서비스를 구현 가능하게 하는 기술

» VDSL은 ADSL보다 전송 기술이 간단하며, xDSL 기술 중

가장 뛰어난 전송 속도를 보임



케이블 모뎀

케이블 TV(CATV) 네트워크는 방송국에서

가입자에게 TV 신호를 전달하기 위해 설계된

네트워크이나, 고속의 가입자 네트워크로 이용됨

– CATV 회선을 이용하는 CATV 네트워크는 이론상 최대

46 Mbps의 속도를 제공

– CATV 모뎀은 가입자 수가 증가할수록 전송 속도가

떨어지며 노이즈(noise)에 민감함



광섬유 케이블 전송로

FTTH(Fiber To The Home) – 광섬유 케이블을 각 가정까지 설치하여 광가입자

네트워크를 구축

FTTO(Fiber To The Office)– 대규모 사무실 건물까지 광섬유 케이블을 설치

» 대규모 사무실의 경우 전화, 팩스, 그리고 고속 데이터와

이미지 등 고속의·통신 서비스에 대한 수요가 있음

FTTC(Fiber To The Curb)– 대규모 주거 단지의 원격 노드까지를 광섬유 케이블로

연결

» 원격 노드에서 가입자까지는 ADSL 혹은 VDSL 기술 등이

이용됨



멀티미디어 트래픽 요구 사항

트래픽 요구 사항은 실시간적 특성을 만족시키는

것과 관련이 깊음

– 지연과 지터에 대한 제한

– 높은 대역폭의 요구

– 신뢰성 보장



실시간적 특성

지연과 지터에 대한 보장

– 사운드와 동영상 같은 멀티미디어 데이터는 ‘실시간성’이라는 트래픽 요구 사항을 가짐

» 사운드와 동영상 데이터는 샘플링(sampling)된 비율에 따라

지속적으로 재생되어야 하는데, 만약, 데이터가 제시간에

전송되지 않으면, 재생 프로세스는 일시적으로 멈추게 됨

» 실시간 특성을 만족시키기 위해서는 서비스 제공자와

사용자 사이에서 패킷 지연 및 지터가 발생하지 않도록 해야

함

지연(delay)이란, 발신지에서 수신지까지 패킷이 전달되는데

소요되는 시간이 느려지는 현상

지터(jitter)란 수신지에 도착하는 패킷들의 지연되는 정도가

임의적으로 변화되는 현상



높은 대역폭의 요구

멀티미디어 응용 프로그램들은 전통적인 텍스트

기반 응용 프로그램보다 높은 대역폭을 요구

– 압축이 되더라도 여전히 높은 대역폭을 요구하는 경우가

많으며, 모든 멀티미디어 통신에 압축 기법이 적용 가능한

것은 아님

종류샘플링 비율(sampling rate) 비트/샘플

전송률

전화 음성(3.4 kHz까지) 8 k 샘플/초 12 96

kbps

광대역 음성(7 kHz까지) 1.6 k 샘플/초 14 224

kbps

2 채널 광대역음성(20 kHz까지)

44.1 k 샘플/초 채널 당16

1.412 Mbps

종류 해상도비트/샘플

전송률

컬러 정지영상 512 x 512 24 6.3 Mbps

CCIR TV 720 x 576 x 30 24 300

Mbps

HDTV 1280 x 720 x 60 24 1.327

Gbps

사운드데이터의대역폭요구사항 이미지데이터의대역폭요구사항



신뢰성 보장

데이터가 분실(lost)되거나 손상(damaged)된 것을

오류(error)라고 하며, 서로 다른 미디어 타입들은

확연히 다른 오류 요구 사항을 가짐

– 오류 시에 오류 은닉(error concealment) 기술이 주로

사용됨

» 이 기술은 정확히 전달된 데이터로부터 손실된 정보를

예측하여 보상하는 기법



멀티미디어 서비스 요구 사항

멀티미디어 응용 프로그램이 적절히 동작하기

위해 필요한 기능

– 멀티캐스팅 지원

– 세션 관리

– 보안



멀티캐스팅 지원

멀티캐스팅(multicasting)이란 하나의 송신 측이

다수의 수신 측과 동시에 통신하는 것을 의미

– 대부분의 분산 멀티미디어 응용 프로그램은 이 기능을

필요로 함

» 멀티캐스팅이 통신 네트워크에서 자연스럽게 지원되지

않으면, 멀티미디어 응용 프로그램을 구현하는데 상당한

노력이 필요하며, 대역폭을 비효율적으로 사용할 수도 있음



세션 관리

미디어 기술(media description)– 미디어 관련 기술 정보는 멀티미디어 응용 프로그램이

세션 정보를 분배할 때 사용

» 세션 정보란, 세션에서 사용되는 미디어 타입(사운드, 이미지, 텍스트 등), 미디어 인코딩 기법(PCM, MPEG 2 등), 세션의 시작 시각, 세션의 끝 시각, 통신할 호스트들의 IP 주소 등을 의미

세션 통지(session announcement)– 세션 통지란 세션이 시작되기 이전에 세션 참가자들에게

미래의 세션 정보를 알려주는 것

» 세션 통지를 통해 각 라디오 방송국의 프로그램 스케줄

정보를 서비스 사용자들에게 알려줄 수 있고, 서비스

사용자들은 자신이 원하는 프로그램을 청취할 수 있음



세션 관리 (계속)세션 인지(session identification)– 하나의 멀티미디어 세션은 여러 미디어 스트림으로 이루어지는

경우가 있으며, 각 세션을 멀티미디어 응용 프로그램에

알려줘야 할 필요성이 있음

» 예를 들어 사운드와 동영상 같은 연속적인 미디어 스트림과

텍스트와 정지 영상 같은 이산적인(discrete) 미디어 스트림으로 한

세션이 이루어진 경우, 연속적인 미디어와 이산적인 미디어는

별도로 인지될 필요가 있음

세션 제어(session control)– 멀티미디어 세션은 여러 미디어 스트림들을 가질 수 있으며, 각

데이터 스트림들 내의 정보들은 서로 연관됨. 사용자에게

보여질 단계에서 이러한 연관 관계들이 유지되어야 하는데, 이것을 멀티미디어 동기화라고 부름

» 동기화는 각 미디어 패킷 내에 타임스탬프(timestamp)를 첨부하는

방식을 이용하여 이루어짐



보안

온라인 서비스의 증대와 디지털 지적 재산권

문제가 부각되면서 보안이 중요한 문제로 인식됨

– 무결성(integrity)» 데이터는 전송 중에 변경되어서는 안됨

– 신빙성(authenticity)» 데이터는 믿을 수 있는 송신 측이 전송한 것이어야 함

– 암호화(encryption)» 데이터는 제 3자에 의해 해독(decipher)되어서는 안됨



실시간 트래픽 지원

패킷 지연과 지터를 특정 수치보다 낮게 제한이

필요

– 패킷 지연과 지터는 전송 상의 여러 단계와 관련됨

» 패킷 처리 지연

» 패킷 전송 지연

» 패킷 전파 지연

» 라우팅 및 큐잉 지연

– 각 단계에서 지연과 지터를 줄이기 위한 다양한 기법들이

사용됨



높은 대역폭에 대한 지원

승인 제어와 대역폭 예약과 트래픽 정책 기법을

이용하여 높은 대역폭을 지원

– 응용 프로그램은 트래픽 특성에 대한 허가를 ‘승인 제어

모듈’에게 요청

– 승인 제어 모듈은 라우팅 패스(path) 상의 연결 장치들의

대역폭, 버퍼 자원 등을 예약하여, 응용 프로그램에게

허가한 자원을 보장

– 트래픽 정책 기법은 응용 프로그램이 허가된 자원 이상을

사용하지 않도록 관리



오류 제어에 관한 지원

응용 프로그램이 승인 제어를 받을 때, 허용할 수

있는 최대 오류를 명시하도록 하는 방법이 이용됨

– 오류에 대한 요구를 만족하는 패스를 찾을 수 없으면

네트워크가 연결을 거부하거나, 오류의 허용치를 다시

정하도록 함



새로운 인터넷 서비스 모델

통합 서비스(intserv: integrated services) 모델

차별화된 서비스(diffserv: differentiated services) 모델

다중 프로토콜 라벨 스위칭(MPLS: multi protocol label switching) – 공통적으로 제공되는 핵심적인 기술들

» 서비스 예상 및 트래픽 기술 지원

» 승인 제어 지원

» 패킷 분류 지원

» 패킷 스케쥴링 지원

» 패킷 버림 지원

» QoS 기반 라우팅



서비스 예상 및 트래픽 기술 지원

QoS를 이용하여 분산 멀티미디어 응용

프로그램이 통신 네트워크에게 요구하는 것이

무엇인가를 정량적으로 기술(description)– 주요 파라미터로는 대역폭, 지연, 신뢰성이 있음



승인 제어 지원

승인 제어는 네트워크 리소스에 대한 요구량이

제공 가능한 양을 넘지 않도록 조절하는 것으로, 혼잡을 예방

» 혼잡을 예방하는 것은 패킷 지연과 패킷 손실을 감소시켜

실시간 특성을 만족시키는데 도움을 줌



승인 제어 지원 (계속)

승인 제어 모듈은 트래픽 기술자(traffic descriptor)와 QoS 요구사항을 입력 받아 흐름을

수락하거나 거부

승인 척도 모듈은 흐름을 수락할 것인가 거부할

것인가를 결정하는 규칙들을 정의하여, 승인

결정에 활용됨

측정 모듈은 네트워크 상태를 실시간 측정하며, 순간적인 네트워크 부하와 패킷 지연 등의

측정값을 승인 결정에 활용하기 위하며 사용됨



패킷 분류 지원

실시간 패킷과 실시간 패킷이 아닌 것을 구별할 수

있는 메커니즘이 필요

– 패킷 마킹(packet marking) 기법

» 패킷의 IP 헤더에 ‘서비스 형태’(ToS: Type of Service)라는

필드를 추가하여 패킷을 분류



패킷 스케쥴링 지원

라우터가 패킷을 타입에 따라 처리해 주기 위해서

우선 순위 큐잉과 같은 정교한 큐잉 기법들이

사용됨



패킷 버림 지원

멀티미디어 트래픽을 고려한 버림(dropping) 기법이 요구됨

– 혼잡이 발생할 경우, 이를 해결하기 위하여 일부 패킷이

연결 장치에서 버려질 수도 있음

– 예를 들어, MPEG 인코딩된 패킷 스트림에서는 I 프레임을 가지는 패킷들이 P 혹은 B 프레임을 가지는

패킷들보다 중요하게 고려함

» I 프레임은 다른 프레임들과 무관하게 인코딩되지만, P와 B 프레임은 I(혹은 P)프레임으로부터 모션 벡터를 이용하여

생성됨



QoS 기반 라우팅

흐름들이 얼마만큼의 자원을 요구하는가와

얼마만큼의 네트워크 자원이 사용 가능한가에

기반하여 트래픽들의 패스가 결정됨

정책 기반 라우팅

– 라우팅 결정을 네트워크 토폴로지나 기준 요소에 대한

지식에 기반하지 않고, 관리적인 정책에 기반하는 방식

제약 기반 라우팅

» QoS 기반 라우팅과 정책 기반 라우팅을 포괄하는 방법

– QoS 제약 사항뿐만 아니라 정책까지 고려하여 라우팅

– QoS 기반 라우팅이나, 정책 기반 라우팅은 제약 기반

라우팅의 특별한 경우에 해당



intserv 서비스 모델

인터넷에서 멀티미디어 트래픽을 지원하기 위해서, IETF(Internet Engineering Task Force) 산하의

‘통합된 서비스(integrated services) 워킹

그룹’에서 제안한 새로운 인터넷 서비스 모델

– 주요한 특징은 자원 예약



intserv 서비스 모델 (계속)

자원 예약을 위한 요구 사항

– 각 응용 프로그램은 자신의 트래픽 특성들과 QoS요구사항을 통신 전에 기술하여야 함

» 응용 프로그램을 위해 라우터의 자원을 예약하는데 이용

» 라우터 자원이 예약 가능하다면, 라우터는 자원을 예약하고

이를 확인해주는 메시지를 응용 프로그램에게 전송

만약 흐름 내의 하나의 라우터라도 자원이 불충분하면, 예약

요청은 거부되고 응용 프로그램은 얼마간의 시간이 지난 후에

예약 요청을 재시도해야 함

– ‘패킷 분류자'와 ‘패킷 스케쥴러’를 사용해야 함

» 패킷 분류자는 각 흐름이 어느 정도의 서비스를 받을

것인가를 기술

» 패킷 스케쥴러는 패킷들이 지정된 QoS를 만족시키며

전송되도록 스케쥴링함



intserv 서비스 모델 – RSVP

(1) PATH

(2) PATH

(3) PATH

(4) RESV

(5) RESV (6) RESV

네트워크

(1) PATH



diffserv 서비스 모델

IETF 내의 ‘diffserv(differentiated service) 워킹

그룹’에서 intserv 아키텍쳐를 개선한 diffserv라는

새로운 서비스 모델을 제안

» intserv는 RSVP라는 예약 절차를 거쳐 흐름에 대한 관리

정보가 연결 장치 내에 설정

» diffserv는 이러한 절차 없이 각 패킷 내에 우선 순위 정보를

설정해 두는 방식

– diffserv는 연결 장치 내에 흐름에 대한 상태 정보를

관리해야 하는 비용을 감소시켜 intserv보다 확장성이

우수



diffserv 서비스 모델 (계속)

DS(Differentiated Service) 도메인(domain)– 네트워크를 중첩되지 않는 영역(DS 도메인)들로 나눔

– 한 도메인 내의 노드는 경계 노드와 내부 노드로 구분됨

» 경계 노드는 한 DS 도메인으로 패킷이 들어오거나 나갈 때

만나게 되는 첫 번째 노드 혹은 마지막 노드

승인 제어 및 패킷 분류 기능을 수행

승인 제어를 위해 경계 노드는 DS 도메인 내의 모든 링크의

상태를 나타내는 데이터 구조를 유지

경계 노드는 흐름이 허가된 후에도 DS 도메인 내의 모든

링크들이 QoS를 만족하는가를 검사하여, 허가 요청을 처리한다.



diffserv 서비스 모델 (계속)

DS(Differentiated Service) 도메인(domain)– 내부 노드는 DS 도메인의 경계가 아닌 내부에 위치

» 동일 도메인 내의 다른 내부 노드 혹은 경계 노드와 연결됨

» 패킷을 미리 정의된 규칙에 따라서 다음 홉으로 전달함

diffserv가 intserv보다 상대적으로 확장성이 좋음

intserv와 다르게 내부 노드는 흐름의 정보를 유지할 필요가

없으며, 경계 라우터만 흐름의 상태를 유지함



MPLS 서비스 모델

MPLS는 라벨 스위치 기능을 제공하여, 라우팅의

고속화를 실현하는 서비스 모델

– 모든 패킷들이 동일한 흐름에 속해 있고 같은 목적지로

가더라도, 패킷마다 반복하여 라우팅이 진행되는 점을

라벨 스위칭 방식을 이용하여 극복



MPLS 서비스 모델 (계속)

라벨 스위칭 기법

– IP 주소뿐만 아니라 라벨 정보를 이용하여 라우팅

» 패킷에 작은 라벨을 패킷에 붙여지며, 라벨은 각 홉마다

갱신됨

» 라우터는 라벨을 가진 패킷을 받으면, 라벨을 스위칭

테이블의 인덱스로 사용하여 다음 홉과 새로운 라벨을

결정하고 예전의 라벨을 새로운 라벨로 대체

이러한 작업은 하드웨어적으로 쉽게 구현 가능하며, 따라서

고속으로 처리됨



MPLS 서비스 모델 (계속)

MPLS 네트워크의 구성

» diffserv 네트워크 구성과 유사

– 네트워크는 도메인들로 나뉨

» 도메인은 경계 노드에 해당하는 LER(Label Edge Router)와내부 노드에 해당하는 LSR(Label Switch Router)로 구성

» LER은 MPLS 도메인으로 들어오는 패킷들에 라벨을 할당

라벨이 할당된 패킷들은 라벨 검색에 의해 도메인 내에서

전달됨

라벨들에는 서비스 클래스가 지정되어 있어, 패킷들의

서비스가 결정됨

MPLS는 라벨 스위치 기술과 diffserv의 장점을 흡수한 서비스

모델



분산 멀티미디어 시스템

분산 멀티미디어 시스템의 필요성

– 멀티미디어 응용과 서비스에서는 멀티미디어 데이터의

도착시간과 도착 순서가 중요

– 네트워크 환경의 한계로 인한 지연(latency)과 데이터

손실

– 분산 멀티미디어 시스템은 인터넷 위에 새로운 구조와

프로토콜을 추가해서 서비스 품질 보장



분산 시스템 개요

분산 시스템의 정의

– 네트워크로 연결되어 있는 컴퓨터에 설치되어 있는

구성요소들이, 메시지를 이용해서 통신하고 협력하는

시스템

– 여러 컴퓨터가 각각 독립된 데이터 처리 수행

» 각각의 컴퓨터가 특정한 임무만을 수행하도록 특화

» 똑같은 일을 여러 컴퓨터가 나누어서 수행

– 컴퓨터 기술과 네트워크의 발전으로 실현

– 예)» 인터넷, 인트라넷, 유비쿼터스 컴퓨팅



분산 시스템 개요 (계속)

중앙 집중 시스템

– 중앙의 대용량 컴퓨터(메인프레임)

– 사용자 터미널

– 데이터와 데이터의 처리, 통제, 그리고 모든 서비스가

중앙에 집중

– 예)» 항공기 티켓 예약 서비스

– 중앙 집중 시스템의 장점

» 관리 용이

» 모든 정보와 자원에 동등하게 접근 가능

» 데이터의 일관성 유지 용이




분산 시스템의 장점 (1/2)– 빠른 응답(quick response)

» 사용자의 요청을 분산시켜 처리해줄 수 있기 때문에

응답시간이 줄어 듬

– 성능 향상(performance)» 요청에 대해 여러 컴퓨터가 협력하여 처리해주기 때문에

성능 향상

– 가용성(availability)과 신뢰성(reliability)» 여러 컴퓨터 중에 하나가 다운되더라도 다른 컴퓨터를

통해서 원하는 서비스 제공 가능




분산 시스템의 장점 (2/2)– 확장성(extensibility)

» 새로운 컴퓨터를 기존의 시스템에 추가함으로써 기존의 시스템을

쉽게 확장할 수 있음

– 자원의 공동 사용(joint usage of resources)» 비싼 장비를 공유해서 사용함으로써 비용 절감

– 유연성(flexibility)» 사용자의 요구조건이 변했을 때, 시스템 중 일부만 변경해도

요구조건 충족 가능

분산 시스템의 단점

– 시스템의 문제를 찾기 어려움

– 분산 시스템의 구성요소들이 쉽게 호환되지 않을 수도 있음

– 보안에 취약



분산 멀티미디어 시스템의 구성

응용 소프트웨어

사운드/정지영상/동영상 서버

– 정지영상 서버

– 사운드 및 동영상 서버

서비스 에이전트

– 디렉터리 에이전트

– 컴포넌트 에이전트

– 사용자 인터페이스 에이전트

네트워크



분산 멀티미디어 시스템의 구성 (계속)

응용 소프트웨어

– 멀티미디어 객체를 생성하고, 편집하고, 사용자에게

보여주는 기능을 하는 멀티미디어 응용

» 객체 선택

» 객체 가져오기 (retrieval)

» 객체 재생 관리 및 편집




정지영상 서버

– WORM (write once read many) 광디스크 저장장치

» 하드디스크 배열보다 속도는 느리지만 저렴한 장점

– 특징

» 이미지가 압축되어 저장

» 이미지를 설명해 주기 위한 주석이 있을 수도 있음

» 여러 연속적인 이미지가 하나의 커다란 문서를 이루기도

하기 때문에 큰 이미지 저장소가 필요

» 다중 동시 접근 허용

» 이주(migration)




사운드 및 동영상 서버

– WORM (write once read many) 광디스크 저장장치나 광-자기(magneto-optical) 저장장치

– 특징

» 대용량 파일 시스템 필요

» 이주(migration)가 더 중요하고 복잡함

» 일정한 스트림으로 동영상을 제공해 주어야 함

» 다중 공유 접근 허용




디렉터리 에이전트

– 기능

» 디렉터리 서비스

모든 멀티미디어 객체를 종류나 서버의 위치로 구분해서

목록을 제공

» 멀티미디어 객체에 유일한 아이디 부여

10.7.3절 참고

» 멀티미디어 객체의 상태 정보 유지

» 네트워크를 통한 어떤 접근도 허용

– 컴포넌트 에이전트에 의해 사용됨




컴포넌트 에이전트

– 멀티미디어 객체를 검색하고, 가져와서 저장하고, 사용자

인터페이스 에이전트에 보내어 재생되게 하고, 또 다른

서버로 전송하는 역할

– 서버와 관련된 모든 기능에 관여

– 기능

» 객체 생성 서비스

» 재생 서비스




사용자 인터페이스 에이전트

– 사용자가 이용하는 시스템에 속해 있으면서 멀티미디어

객체를 재생하는 윈도우를 관리하고, 응용 소프트웨어에

직접적인 서비스를 제공하기 위한 API 제공

– 기능

» 윈도우 관리

» 멀티미디어 객체 생성

새 객체를 생성하기 위해서 컴포넌트 에이전트에 요청을 하고, 아이디를 받고, 객체를 생성해서 저장함

» 멀티미디어 객체 재생

객체를 재생하기 위해서 필요한 사전 작업을 수행




네트워크

– 분산 멀티미디어 시스템은 큰 대역폭을 가진 네트워크가

필요

– 네트워크 토폴로지

» 전통적인 LAN이더뎃, 토큰링

» 확장 LAN브릿지, 라우터

» 고속 LANATM, FDDI Ⅱ

» WANISDN, T1, T3



분산 멀티미디어 서버

서버의 주요 구성요소

– 멀티미디어 응용

– 공통 객체 관리 API

– 객체 요청 중개자

– 객체 네임서버

– 객체 디렉터리 관리자

– 객체 서버

– 객체 관리자

– 네트워크 관리자

– 객체 데이터 저장소



분산 멀티미디어 서버 (계속)

서버의 구조

멀티미디어응용

객체요청중개자객체재구성, 재생컨트롤, 형태변환

객체네임서버디렉터리서비스

객체서버

객체관리자복제이주

객체검색기전체객체검색요청시재생

객체서버

객체관리자복제이주

객체검색기전체객체검색요청시재생

공통객체관리 API




멀티미디어 응용

– 공통 객체 관리 API를 이용하여 멀티미디어 객체에 대한

요청을 하는 응용

공통 객체 관리 API– 멀티미디어 응용이 호출할 수 있는 라이브러리를

제공하는 인터페이스

– 탐색, 생성, 편집, 재생, 압축, 그리고 복제




객체 요청 중개자

– 객체 재구성 (object recompilation)

– 재생 컨트롤

– 형태 변환

객체 네임서버

– 디렉터리 서비스 제공

» 객체의 생성 날짜 및 시간, 객체가 생성된 서버, 객체의 최종

변경 시간 및 이용시간, 객체의 크기, 버전 정보




객체 디렉터리 관리자

– 객체의 디렉터리 정보가 변경되었을 때 변경된 정보를

객체 네임서버에 반영시켜 줌

객체 서버

– 멀티미디어 객체를 저장

객체 관리자

– 객체 가져오기 (object retrieval)– 복제

– 이주

– 트랜잭션 및 잠금(lock) 관리

– Etc.




네트워크 관리자

– 통신이나 객체 전송 관리

– 비용기반(cost-based) 라우팅 테이블 이용

객체 데이터 저장소

– 멀티미디어 객체가 실제로 저장되는 곳

– 자기 디스크나 광 디스크



멀티미디어 객체의 유일성 보장

멀티미디어 객체의 유일성을 보장해 주는 것은

객체를 관리하는데 있어서 매우 중요

– 객체 식별자 (object identifier)

– 버전

멀티미디어 객체를 복제할 경우, 원본과 복제본은

동일한 객체로 취급되어야 함

원본과 복제본 중 어느 하나를 수정하려면, 수정되는 객체에 새로운 아이디를 할당하고

수정해야 함



멀티미디어 객체의 유일성 보장 (계속)

멀티미디어 객체 아이디

– 아이디 할당 방법

» 하나의 네임서버 이용

» 도메인 당 하나의 네임서버 이용

– 아이디 생성 방법

» 네트워크 도메인 이름

» 객체의 주소와 그 객체 아이디를 생성한 네임서버의 아이디

» 네임서버에서 그 객체의 아이디를 생성한 시간

» 객체의 타입

– 유일성 보장

» 네임서버의 서버 아이디 + 아이디 생성 시간



멀티미디어 객체의 유일성 보장 (계속)

멀티미디어 객체 버전 정보

– 멀티미디어 객체의 이전 버전을 추적해서 사용해야 할

경우가 있음

» 예) 비행기 날개 설계

– 버전을 생성하고 유지하는 것은 유연해야 함

» 버전 번호 + 원본 객체의 아이디

– 버전 트리



분산 멀티미디어 시스템 사례

Tiger 비디오 파일 서버 (1/5)– MS에서 개발한 분산 비디오 파일 서버

» 제품명 : Microsoft NetShow Theater Server

– Tiger 디자인 목표

» 많은 사용자를 위한 주문형 비디오 서버

» 서비스 품질

» 확장성 (scalable)

» 저비용 하드웨어 이용

» 고장 허용 (fault-tolerant)



분산 멀티미디어 시스템 사례 (계속)

Tiger 비디오 파일 서버 (2/5)– Tiger의 하드웨어 구조 (1/2)

0 n+1 1 n+2 2 n+3 n 2n+13 n+4

Cub 0 Cub 1 Cub 2 Cub 3 Cub n

Controller

사용자로부터시작/정지요청

저대역폭네트워크

고대역폭

ATM 스위칭네트워크

사용자에게비디오분배




Tiger 비디오 파일 서버 (3/5)– Tiger의 하드웨어 구조 (2/2)

» Cub네트워크로 연결된 각각의 컴퓨터를 지칭

여러 개의 디스크를 가질 수 있음

한 Tiger 시스템을 이루는 cub들은

같은 타입의 컴퓨터

같은 타입의 네트워크 인터페이스

같은 개수의 동종의 디스크

» Controller사용자가 시스템에 접근할 수 있는 통로

스트리밍을 시작하게 하거나 종료하게 함




Tiger 비디오 파일 서버 (4/5)– Tiger의 데이터 저장 구조 (1/2)

» 스트라이핑 (striping)한 비디오 스트림을 서비스하기 위해 필요한 대역폭을 모든

디스크에 분산 시킴으로써 보다 효율적인 서비스 제공

비디오 데이터를 블록으로 나누어 서로 다른 cub의 디스크에

저장

블록은 같은 재생시간을 갖도록 나눔 (보통 1초 정도의 분량)

블록을 cub 0부터 cub n까지 순서대로 저장

Cub n까지 블록을 저장한 후에 저장할 블록이 더 남아있으면

다시 cub 0으로 돌아와서 모든 블록이 저장될 때까지

계속해서 순서대로 저장




Tiger 비디오 파일 서버 (5/5)– Tiger의 데이터 저장 구조 (2/2)

» 미러링 (mirroring)비디오 데이터가 블록으로 나누어져 스트라이핑 되어있기

때문에, 한 cub이나 디스크가 고장이 나면 서비스 전체에

영향을 미침

하나의 블록을 몇 개(decluster factor)의 조각으로 나누어 서로

다른 디스크에 저장

원본 : 디스크 i복사본 : 디스크 i+1 ~ 디스크 i+d (d : decluster factor)



요약

네트워크는 정보를 효과적으로 교환 및 처리하기

위한 통신 시스템이다

인터넷의 통신 서비스 모델인 TCP/IP는 ‘최선 노력’정책에 따라 데이터를 전송한다

실시간 트래픽을 적절히 지원하기 위해서는 패킷

지연과 지터를 특정 수치보다 낮게 제한해 주어야

한다

통합 서비스(intserv) 차별화된 서비스(diffserv), 다중 프로토콜 라벨 스위칭(MPLS) 등의 새로운

서비스 모델들은 멀티미디어 트래픽 요구 사항을

충족시키기 위하여 제안되었다



요약 (계속)

intserv의 주요한 특징은 자원을 예약하는 것이며, 이를 위하여 RSVP라는 기법을 사용한다

분산 멀티미디어 시스템은 제한적인 네트워크

환경에서 사용자가 원하는 서비스 품질을 보장해

주기 위해 등장하였으며, 크게 응용 소프트웨어, 사운드/정지영상/동영상 서버, 서비스 에이전트, 네트워크의 네 가지 요소로 구성된다



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