엔드 투 엔드 원칙

End-to-end principle
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엔드 투 엔드 원칙은 컴퓨터 네트워킹의 설계 프레임워크입니다.이 원칙에 따라 설계된 네트워크에서는 신뢰성이나 보안 등의 특정 애플리케이션 고유의 기능을 보증하기 위해서는 네트워크의 통신 엔드 노드에 상주해야 합니다.네트워크를 확립하기 위해 존재하는 게이트웨이나 라우터 등의 중간 노드는 효율을 향상시키기 위해 이러한 노드들을 구현할 수 있지만 엔드 투 엔드의 정확성을 보장할 수는 없습니다.

나중에 엔드 투 엔드 원칙이라고 불리는 것의 본질은 1960년대 패킷 교환 네트워크에서 Paul Baran과 Donald Davies의 연구에 포함되어 있었습니다.Louis Pouzin은 1970년대에 [1]CYCLADES 네트워크에서 엔드 투 엔드 전략을 최초로 사용했습니다.이 원리는 1981년 솔처,[2][a] 리드, 클라크에 의해 처음으로 명확하게 표현되었다.엔드 투 엔드 원칙의 의미는 처음의 명료화 이후 지속적으로 재해석되어 왔다.또한 엔드 투 엔드 원리에 대한 주목할 만한 공식은 1981년 Saltzer, Reed 및 Clark [3]논문 이전에 찾을 수 있다.

원칙의 기본 전제는 엔드 어플리케이션에 의해 요구되는 특정 기능을 통신 서브시스템에 추가함으로써 얻을 수 있는 이익이 빠르게 감소하는 것이다.엔드 호스트는 [b]정확성을 위해 이러한 기능을 구현해야 합니다.특정 함수를 구현하면 해당 함수의 사용 여부에 관계없이 일부 자원 패널티가 발생합니다.또한 네트워크에서 특정 함수를 구현하면 해당 함수가 필요한지 여부에 관계없이 모든 클라이언트에 이러한 패널티가 추가됩니다.

개념.

엔드 투 엔드의 원칙에 따라 네트워크는 단말기에 best effort 접속을 제공하는 것만을 담당합니다.신뢰성 및 보안과 같은 기능은 단말기에 위치한 메커니즘 및 프로토콜에 의해 제공되어야 합니다.

엔드 투 엔드 원칙의 기본 개념은 어떤 통신 수단을 통해 서로 통신하는 두 프로세스의 경우, 그 수단으로부터 얻은 신뢰성이 프로세스의 신뢰성 요건과 완전히 일치할 것으로 기대할 수 없다는 것입니다.특히, 중요하지 않은 크기의 네트워크로 분리된 통신 프로세스의 매우 높은 신뢰성 요건을 충족하거나 초과하려면 긍정적인 엔드 투 엔드 확인 응답 및 재전송(PAR 또는 ARQ)[c]을 통해 필요한 수준의 신뢰성을 얻는 것보다 비용이 많이 듭니다.바꿔 말하면, 특히 [d]중간 노드가 전자의 통제를 벗어나 있고,[e] 또한 중간 노드가 책임을 지지 않는 경우에는 네트워크의 엔드 호스트 내의 메커니즘에 의해 특정 마진을 넘는 신뢰성을 얻는 것이 훨씬 쉽습니다.무한 리트라이를 수반하는 플러스 엔드 투 엔드 확인 응답은, 어느 쪽 끝에서 다른 [f]쪽 끝까지 데이터를 정상적으로 송신할 확률이 제로보다 높은 임의의 네트워크로부터, 임의의 높은 신뢰성을 얻을 수 있습니다.

엔드 투 엔드의 원칙은 엔드 투 엔드의 오류 제어와 수정, 보안을 넘어서는 기능까지 확장되지 않습니다.예를 들어, 지연 시간 및 처리량과 같은 통신 매개변수에 대해 간단한 엔드 투 엔드 인수를 만들 수 없습니다.2001년 논문에서 Blumenthal과 Clark는 다음과 같이 언급했습니다. "처음에는 엔드 투 엔드 원칙은 엔드 포인트에서 올바르게 구현될 수 있는 요건을 중심으로 구성되었습니다.네트워크 내에서 구현이 요건을 달성하는 유일한 방법이라면 엔드 투 엔드 원칙은 [7]: 80 애초에 적절하지 않습니다."

엔드 투 엔드 원칙은 순중립성의 [8]원칙과 밀접하게 관련되어 있으며 때로는 직접적인 전조처럼 보인다.

역사

1960년대에 Paul Baran과 Donald Davies는 네트워킹에 대한 사전 ARPANET 설명에서 향후 엔드 투 엔드 원칙의 본질을 포착하는 신뢰성에 대해 간략하게 언급했습니다.1964년 Baran 논문에서 인용하자면, "신뢰성과 원시 오류율은 2차적인 것입니다.네트워크는 어쨌든 큰 피해를 예상하고 구축해야 합니다.강력한 오류 제거 방법이 존재합니다."[9]: 5 마찬가지로 데이비스는 엔드 투 엔드의 에러 제어에 대해 다음과 같이 지적합니다.네트워크의 모든 사용자는 자신에게 일종의 에러 제어를 제공할 것으로 생각되며 이는 어렵지 않게 누락된 패킷을 표시할 수 있습니다.그 때문에, 패킷의 손실은 충분히 드물면, [10]: 2.3 용인할 수 있습니다.」

ARPANET은 최초의 대규모 범용 패킷 교환 네트워크로서 Baran과 Davies가 이전에 다루었던 몇 가지 기본 개념을 구현했습니다.

데이비스는 데이터그램 [11][12]네트워크의 시뮬레이션을 담당했다.Louis Pouzin의 CYCLADES 네트워크는 네트워크 자체의 [1]집중형 서비스가 아닌 신뢰성 있는 데이터 전달을 호스트에게 처음으로 제공하게 했습니다.이 네트워크에서 구현된 개념은 TCP/IP [13]아키텍처에 영향을 미쳤습니다.

적용들

아르파넷

ARPANET은 엔드 투 엔드 원칙의 몇 가지 중요한 측면을 보여주었다.

패킷 스위칭은 몇 가지 논리 함수를 통신 엔드 포인트로 푸시합니다.
분산 네트워크의 기본적인 전제가 패킷 교환인 경우, 순서 변경이나 중복 검출등의 기능은, 그러한 네트워크의 논리적인 엔드 포인트로 실장할 필요가 있습니다.따라서 ARPANET은 두 가지 수준의 기능을 갖추고 있습니다.
  1. 인접 네트워크 노드(Interface Message Processors(IMP; 인터페이스 메시지프로세서)라고 불린다)간의 데이터 패킷 전송에 관한 하위 레벨.
  2. 데이터 [g]전송의 다양한 엔드 투 엔드 측면과 관련된 상위 수준입니다.
엔드 투 엔드 원칙 논문의 저자 중 한 명인 Dave Clark는 다음과 같이 결론짓습니다. "패킷의 검출은 엔드 투 엔드 원칙의 결과가 아닙니다.엔드 투 엔드 [16]: slide 31 인수가 적절한 것은 패킷의 성공입니다.
엔드 투 엔드 확인 및 재전송 메커니즘이 없는 임의의 신뢰성 높은 데이터 전송 없음
ARPANET은 네트워크의 임의의 2개의 엔드포인트 간에 신뢰성 높은 데이터 전송을 제공하도록 설계되어 있습니다.이것은 컴퓨터와 주변기기 [h]간의 단순한 I/O 채널과 비슷합니다.패킷 전송의 통상적인 ARPANET 메시지의 잠재적인 장애를 해소하기 위해서, 긍정의 확인 응답과 재발송 스킴을 사용해 1 개의 노드에서 다음의 노드로 건네졌습니다.그 후, 핸드오버에 성공하면,[i] 패킷 손실시에 송신원으로부터 행선지로의 재전송은 처리되지 않았습니다.그러나 상당한 노력에도 불구하고, 초기 ARPANET 규격에서 예상한 완벽한 신뢰성은 제공할 수 없는 것으로 판명되었습니다. ARPANET이 초기 4노드 [j]토폴로지를 훨씬 넘어 성장하자 점점 더 분명해진 현실입니다.따라서 ARPANET은 진정한 엔드 투 엔드의 [k]신뢰성을 추구하기 위해 네트워크 기반 홉 바이 홉 신뢰성 메커니즘의 본질적인 한계에 대한 강력한 근거를 제공하였습니다.
신뢰성, 레이텐시, throughput의 균형
완벽한 신뢰성을 추구하면 데이터 전송의 다른 관련 파라미터, 특히 레이텐시와 throughput에 악영향을 미칠 수 있습니다.이는 특히 신뢰성보다 예측 가능한 throughput과 짧은 레이텐시를 중시하는 어플리케이션에서 중요합니다.이것은 인터랙티브한 실시간 음성 어플리케이션입니다.이 사용 사례는 엔드 [l]호스트에 보다 빠르고 짧은 지연 시간 데이터 전송 서비스를 제공하기 위해 다양한 신뢰성 측정이 필요 없는 원시 메시지 서비스를 제공함으로써 ARPANET에서 제공되었습니다.

TCP/IP

Internet Protocol(IP)은 전달 보증이 없는 무접속 데이터그램 서비스입니다.인터넷에서 IP는 거의 모든 통신에 사용됩니다.엔드 투 엔드의 확인 응답과 재발송신은 IP 상부에 있는 Connection Oriented Transmission Control Protocol(TCP)의 책임입니다.IP와 TCP 사이의 기능적 분할은 전송 프로토콜 설계를 위한 엔드 투 엔드 원칙의 적절한 적용을 예시합니다.

파일 전송

엔드 투 엔드 원칙의 예로는 크기가 [3]다양하고 중요하지 않은 분산 네트워크 내의 두 엔드포인트 간에 임의로 신뢰할 수 있는 파일 전송을 들 수 있습니다.2개의 엔드포인트가 완전히 신뢰할 수 있는 전송을 얻을 수 있는 유일한 방법은 데이터 스트림 전체의 체크섬을 전송하고 승인하는 것입니다.이러한 설정에서는 적은 체크섬과 확인(ACK/NACK) 프로토콜은 퍼포먼스 최적화를 목적으로만 정당화됩니다.대부분의 클라이언트에게는 유용하지만 실제로는 유효하지 않습니다.gh 이 특정 애플리케이션의 신뢰성 요건을 충족합니다.따라서 완전한 체크섬은 엔드 포인트에서 실행하는 것이 가장 좋습니다.네트워크는 모든 [3]클라이언트에 대해 비교적 낮은 수준의 복잡성과 합리적인 성능을 유지합니다.

제한 사항

엔드 투 엔드 원칙의 가장 중요한 한계는 중간 노드가 아닌 애플리케이션 엔드포인트에 기능을 배치하는 기본 전제가 구현하기에 간단하지 않다는 것입니다.

엔드 투 엔드 원칙의 제한의 예는, 모바일 디바이스(예를 들면 모바일 IPv6)[24]에 있습니다.단말기가 네트워크 [25]채널에 대한 액세스 권한을 신뢰할 수 없는 경우 서비스 고유의 복잡성을 엔드포인트에 적용하면 모바일 장치에 문제가 발생할 수 있습니다.

IPv4 가 주소의 [26]고갈에 대처하기 위해서 사용하는 Network Address Translation(NAT; 네트워크주소 변환)의 추가에 의해서, 네트워크의 투과성이 저하하는 것으로, 한층 더 문제가 발생합니다.IPv6 의 도입에 의해, 유저는 재차 일의의 식별자를 갖게 되어, 진정한 엔드 투 엔드의 접속이 가능하게 됩니다.고유 식별자는 물리적 주소에 기반하거나 호스트에서 [27]임의로 생성할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 1981년[2] 논문은 [3][4]1984년 업데이트된 버전으로 ACM의 TOCS에 발표되었다.
  2. ^ Saltzer, Reed, Clark의 논문 전문에는 다음과 같이 [3]기술되어 있습니다.「통신을 포함한 시스템에서는, 통상, 통신 서브 시스템 주위에 모듈러형의 경계를 그어, 그 서브 시스템과 그 외의 시스템과의 사이에 견고한 인터페이스를 정의합니다.이렇게 하면, 통신 서브시스템에 의해서, 클라이언트에 의해서, 조인트 벤처로서, 또는 각각 독자적인 버전을 실행하고 있는 경우에, 다양한 방법으로 각각 실장할 수 있는 기능의 리스트가 있는 것이 명백해집니다.이 선택에 대해 추론할 때, 애플리케이션의 요구사항은 다음과 같은 종류의 주장에 대한 근거를 제공한다.해당 기능은 통신 시스템의 엔드포인트에 있는 애플리케이션의 지식과 도움이 있어야만 완전하고 정확하게 구현될 수 있습니다.따라서, 그 의문을 품은 기능을 통신 시스템 자체의 특징으로 제공하는 것은 불가능하며, 나아가 통신 시스템의 모든 클라이언트에 대해 성능 저하를 초래한다.(경우에 따라서는 통신 시스템에 의해 제공되는 기능의 불완전한 버전이 성능 향상으로 유용할 수 있습니다.)우리는 낮은 수준의 기능 구현에 대한 이 추론 라인을 엔드 투 엔드(end-to-end) 원칙이라고 부릅니다." (p.278).
  3. ^ 실제로 로컬 에리어 네트워크에서도 통신장애가 발생할 가능성은 제로(0)가 아닙니다.네트워크의 제어전략에 관계없이 높은 수준의 신뢰성에 주의가 필요합니다.[5]
  4. ^ 경제적 측면에서 보면, 네트워크에서의 추가 신뢰성의 한계비용은 엔드 호스트에서의 조치에 의해 동일한 추가 신뢰성을 얻는 한계비용을 초과한다.네트워크 내부의 경제 효율이 높은 신뢰성 향상 수준은 특정 상황에 따라 다릅니다.단,[3] 네트워크 신뢰성을 향상시키기 위한 하위 레벨의 노력은 애플리케이션 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.(p.281).
  5. ^ 강제적인 계약상의 구제책의 가능성에도 불구하고 중간자원을 비결정적인 방법으로 공유하는 네트워크는 완벽한 신뢰성을 보장할 수 없습니다.기껏해야 통계적 성과 평균을 인용할 수 있다.
  6. ^ 보다 정확하게:[6] "THM 1: 무한 리트라이 횟수로 올바르게 기능하는 PAR 프로토콜은 메시지 전달에 실패하거나 손실되거나 중복되는 일이 없습니다.COR 1A: 리트라이 횟수가 한정된 올바르게 기능하는 PAR 프로토콜은 메시지를 손실하거나 중복하는 일이 없으며, 메시지를 전달하지 못할 확률은 송신자에 의해 임의로 낮아질 수 있습니다.(p.3).
  7. ^ ARPANET RFQ[14] (페이지 47 f.)에 따라, ARPANET은 개념적으로 특정 기능을 분리하였습니다.BBN이 1977년 [15]논문에서 지적한 바와 같이, ""ARPA 네트워크 실장에서는 메시지를 패킷으로 분할하여 여러 홉을 통한 장시간 전송에서 볼 수 있는 지연을 최소화하는 기술을 사용합니다.또, ARPA 네트워크 실장에서는, 소정의 호스트 쌍간에 복수의 메세지를 동시에 송신할 수 있습니다.다만, 메시지내의 몇개의 메시지와 패킷이 행선지 IMP 에 잘못 도착해, IMP 또는 회선이 끊어졌을 경우, 중복되는 일이 있습니다.ARPA 네트워크 송신원으로부터 행선지로의 전송 순서의 태스크는, 행선지의 패킷과 메시지의 순서를 변경해, 중복을 제외해, 메시지의 모든 패킷이 착신한 후에, 메세지를 행선지 호스트에 전달해, 엔드 투 엔드의 확인 응답을 되돌리는 것입니다.(p.284)」
  8. ^ 이 요건은 ARPANET RFQ에 기술되어 있습니다.「네트워크의 유저로서 ARPA 계약자의 관점에서 통신 서브넷은, 소프트웨어 및 하드웨어가 네트워크 계약자에 의해서 유지되는, 자기 완결형 설비입니다.상호접속 소프트웨어를 설계할 때는 데이터를 서브넷으로 이동시키기 위해 I/0 규약을 사용해야 하며 서브넷 동작의 세부 사항에는 관여하지 않아야 합니다.특히 신뢰할 수 있는 네트워크 성능을 보증하기 위해 필요한 오류 체크, 장애 검출, 메시지 스위칭, 장애 복구, 회선 스위칭, 캐리어 장애 및 캐리어 품질 평가는 네트워크 계약자의 [14]: 25 책임입니다."
  9. ^ 1972년 논문에서 Walden은 다음과 같이 말했습니다.각 IMP는 패킷이 올바르게 수신되었음을 다음 IMP에서 확인 응답을 받을 때까지 패킷을 유지합니다.확인 응답을 받으면 모든 것이 정상입니다.IMP는 다음 IMP가 패킷에 대한 책임이 있음을 인식하고 있으며,[17]: 11 송신측 IMP는 패킷의 복사본을 폐기할 수 있습니다."
  10. ^ 1973년까지, BBN은 ARPANET 내부의 완벽한 신뢰성에 대한 초기 목표가 달성 불가능한 것을 인정했습니다. "처음에는 네트워크 설계에서 오류가 발생하기 쉬운 유일한 구성요소가 통신 회로라고 생각되었으며, IMP의 모뎀 인터페이스는 이러한 오류를 거의 '검출'하기 위한 CRC 체크섬을 갖추고 있습니다.호스트 인터페이스, IMP 프로세서, 메모리, 인터페이스를 포함한 나머지 시스템은 모두 오류가 없는 것으로 간주되었습니다.우리는 [18]: 1 우리의 경험에 비추어 이 입장을 재평가해야 했다.실제로 Metcalfe가 1973년까지 요약한 바와 같이,[19]: 7–28 "ARPANET에는 수세기 동안 이 할당량(연간 검출되지 않은 전송 비트 오류 1개)을 채울 만큼 충분한 오류가 있었습니다."ARPANET 운영 첫 해에 얻은 경험에 대한 자세한 내용은 BBN Report 2816도[20]: 10 ff 참조하십시오.
  11. ^ 덧붙여서, ARPANET은 또한 엔드 투 엔드 신뢰성 메커니즘의 비용과 그에 따라 얻을 수 있는 이익 사이의 균형에 대한 좋은 사례를 제공한다.2개의 엔드포인트 간에 최대 8개의 호스트레벨 메시지가 동시에 비행 중이고 각각이 최대 8000비트보다 클 수 있다는 것을 고려하면 진정한 엔드 투 엔드 신뢰성 메커니즘은 당시 엄청나게 비용이 많이 들었을 것입니다.행선지 IMP 로부터 확인 응답이 송신되지 않는 경우에 대비해, 이러한 모든 데이터의 카피를 보관하기 위해서 필요한 메모리의 양은, 너무 비싸서 가치가 없습니다.호스트 기반의 엔드 투 엔드 신뢰성 메커니즘의 경우 공통 호스트 수준 프로토콜(Host-Host Protocol)이 상당히 복잡해집니다.호스트-호스트 신뢰성 메커니즘의 바람직성은 다음과 같이 설명되었습니다. RFC1은 일부 논의 후 그러한 메커니즘 자체를 구현할 수 있는 고급 프로토콜 또는 애플리케이션이 필요 없게 되었습니다.당시 토론에 대한 재검표는 베어볼프 2010,[21] 56-58페이지와 주석, 특히 주석 151과 163을 참조한다.
  12. ^ 패킷 음성에 대한 초기 실험은 1971년으로 거슬러 올라가 1972년까지 이 주제에 대한 보다 공식적인 ARPA 연구가 시작되었습니다.RFC 660(페이지 2)[22]에서 문서화되어 있듯이, 1974년에 BBN은 주로 호스트가 패킷 음성 애플리케이션을 실험할 수 있도록 하기 위해 ARPANET에 미가공 메시지 서비스(Raw Message Interface, RMI)를 도입했습니다만, 인터넷 워크 통신의 가능성을 고려하여 이러한 기능의 사용을 인정합니다(페이지 2913[23] 참조).Bérwolff 2010,[21] 페이지 80-84 및 그 방대한 주석을 참조하십시오.

레퍼런스

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