학습 목표

• LAN의 매체 접근 방법을 알 수 있다.
• LAN을 매체 접근 방법에 따라 분류하고 특징을 설명할 수 있다.

매체 접근 제어의 이해

• LAN과 같은 근거리 네트워크는 데이터 신호가 흐르는 전송 매체에 연결된 모든 장비가 공유하는 형태로 구성되어 있다.
• 데이터 전송 시 어느 장비가 언제 전송 매체를 사용할 것인지 결정하는 것이 중요하다.

매체 접근 제어의 이해

• LNA과 같은 근거리 네트워크는 하나의 장비가 데이터를 전송하면 나머지 다른 장비는 대기 상태에 있어야 한다.
• 동시에 두 개 이상의 장비가 데이터를 전송하면 전송 매체에서 데이터 신호의 충돌이 발생한다.
• 데이터 전송 시 충돌을 피하고 네트워크에 연결된 모든 장비가 전송 매체를 할당 받아 데이터를 네트워크 상에 올려놓는 방법을 매체 접근 제어라고 한다.

LAN 계층 모델과 매체 접근 제어

• OSI 7계층 모델의 데이터 링크 계층에 해당하는 곳을 2개의 부 계층으로 나눌 수가 있다.
• 매체에 접근하는 MAC부 계층과 논리적으로 데이터 전송을 제어하는 LLC부 계층
• MAC부 계층에는 CSMA/CD, CSMA/CA, 토큰 링, 토큰 버스 방식 등이 있다.

매체 접근 제어의 분류

• 버스형 토폴로지에는 CSMA/CD, 링형 토폴로지에는 토큰 링 방식이 사용되는 것 처럼 LAN 토폴로지에 따라 적합한 접근 제어 방식이 사용된다.

CSMA/CD 방식

• CSMA/CD 방식은 제록스사에서 발표한 이더넷 방식을 참고하여 개발된 것으로 현재 가장 많이 사용되고 있는 매체 접근 방식이다.
• 버스형 구조의 네트워크에서 가장 많이 사용되며 CSMA 방식의 데이터 전송 중 발생하는 데이터 충돌 현상으로 전송 효율 감소를 방지하기 위해 사용한다.

CSMA/CD의 동작 원리

데이터 흐름이 없으면 데이터 전송을 시작하고 만약 충돌이 발생하면 일정 시간 대기 후 재전송하는 방식

• 데이터를 전송하려는 노드는 전송하기 전에 먼저 전송 매체가 사용 중인지를 검사한다.(반송파 검출)
• 네트워크에 연결된 다수의 노드가 전송 매체를 공유하는 것을 다중 접속이라 하며, 데이터를 전송하는 중에도 계속 전송 매체를 감시하여 충돌이 발생하는지를 감시하낟.
• 전송 매체가 비어 있는 경우 두 개 이상의 노드가 동시에 데이터를 전송하면 데이터 충돌이 발생하는데 이 때 충돌 신호를 각 노드에 전달한다.(충돌 검출) 충돌 신호를 재밍 신호라하며 재밍 신호가 감지되면 전송을 즉시 중단한다.
• 충돌 신호가 감지되면 충돌된 데이터는 무효로 하고 각 노드는 일정 시간 대기 후 재전송 한다. 재전송 시도는 최대 16회까지만 반복되며 재전송을 할 때마다 대기 시간은 2배씩 늘어난다. (백오프 알고리즘)

CSMA/CD 방식의 특징

• CSMA/CD 방식은 LAN에서 가장 많이 사용하고 매체 접근 제어 방식으로 간단하면서도 효율적으로 작동하는 방식이다. 또한 구현이 복잡하지 않고 장애가 발생했을 때 처리가 간단한다.(장점)
• 중요한 데이터의 우선 순위를 부여할 수가 없고 전송 시 지연 시간을 보장할 수 없으므로 실시간 전송 시스템에는 부적합하다. 데이터를 전송하려는 노드 수가 많을 수록 충돌이 발생할 확률이 커진다.

CSMA/CA 방식

• CSMA/CD는 전송 매체에 데이터 전송이 없는 경우 바로 전송을 CSMA/CA는 데이터를 전송하겠다는 예비 신호를 먼저 보내 전송 중 데이터 충돌을 피하고, 전송 후에는 데이터 충돌을 검출하지 않는다. 애플사의 애플토크에서 주로 사용하고 있는 방식이다.

CSMA/CA 방식의 동작 원리

• 데이터를 전송하려는 노드는 전송 매체가 사용 중인지를 점검한다.(반송파 검출)
• 전송 매체가 사용 중이 아니라면 데이터를 보내기 위해 예비 신호를 보내 데이터 충돌을 방지한다.
• 응답 신호를 받은 즉시 데이터 전송을 시작한다. 이후 충돌 검출을 하지 않는다.

토큰 패싱 방식

• 토큰이라는 특별한 데이터 전송 권리를 네트워크에 연결된 각 노드에 순환시키는 것이다.
• 링형 토폴로지를 이용하면 토큰 링 방식이라 하고 버스형 토폴로지를 이용하면 토큰 버스라고 한다.

토큰 버스 방식의 동작 원리

• 버스형 LAN에 사용되는데 네트워크에 연결되는 모든 노드는 논리적인 링을 구성하게 된다.
• 토큰은 노리적인 링 위에서 순환하며, 각각의 노드에게 데이터를 전송할 권리를 준다.

토큰 버스 방식의 특징

• CSMA/CD 방식은 경쟁에 의해 접근하지만 토큰 버스는 토큰 사용을 통해 순차적으로 전송 매체에 접근한다.
• 토큰 링과 같이 토큰에 의해 순차적으로 전송 매체에 접근하지만 링을 관리하는 과정이 다르다.
• 전송 매체로는 주로 동축 케이블을 사용한다.

토큰 링 방식의 동작 원리

• 토큰 링 방식은 링형의 LAN에서 사용되는 매체 접근 제어 방식으로 IBM사에서 개발한 링 형이지만 형재 유럽에서 많이 사용하고 있다.
• 토큰 링의 표준 IEEE 802.5로 전송 매체로는 트위스트 페어 케이블을 사용한다.
• 토큰 링 네트워크에서 토큰을 전달하는 순서는 네트워크에 연결되어 있는 물리적인 순서에 따라 결정된다.
• 먼저 토큰을 만들어 물리적인 형태의 링을 순환하도록 한다.(자유토큰)
• 데이터를 전송하려는 노드는 자유 토큰을 점유하고 토큰 상태를 사용 상태로 표시하는 사용 토큰으로 바꾼다. 토큰 바로 뒤에 목적지 주소와 데이터를 삽입하고 링으로 데이터를 전송한다.
• 데이터의 목적지가 아닌 노드는 토큰을 패싱하고 목적지 노드는 데이터를 복사한 다음 다시 링으로 데이터를 전송한다.
• 전송한 데이터가 링을 순화한 후 데이터를 송신한 노드에 도착하면 데이터를 제거하고 사용 토큰을 자유 토큰 상태로 표시하여 다음 노드로 토큰을 전송한다.