[오늘의 배움] 011 네트워크 근거리 통신망

이상민·2020년 12월 5일
네트워크
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[오늘의 배움]

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1. 정보통신망

정보를 효율적으로 전송하기 위해 통신장비를 상호 유기적으로 결합한 것
통신비용을 절감하고 정보를 효율적으로 전송하는 것이 주요 목적이다

미 국방성 알파넷이 최초의 정보통신망이다
단독 시스템 -> 복합 시스템 -> 계층화 시스템 -> 정보통신망 통합화 -> 인터네트워킹 으로 발전했다.


1-1. 범위와 연결 방식 분류

  • 근거리 통신망 (LAN)
    공중 통신망을 이용X, 1~20km내에서 쓰는 통신망으로 빠르고 오류율이 낮다

  • 광역 통신망 (WAN)
    도시와 도시, 국가와 국가 간 연결하는 통신망, 노드의 연결이 점-대-점 방식이다

  • 도시망 (MAN)
    한 도시의 영역에 분산된 LAN과 WAN을 연결하여 통신한다

  • 부가가치망
    카드 결제망 처럼 단순 전송을 넘어 서비스를 제공하는 통신망이다

1-2. 토폴로지 분류

  • 트리형
    데이터 분산처리 시스템에 효율적, 단방향 전송에 적합하다

  • 버스형
    단순하고 소규모에 적합하지만, 모든 단말이 같이 신호를 받으므로 성능이 저하된다

  • 성형
    중앙 노드를 중심으로 연결되어 유지보수가 용이하고 노드마다 속도를 제어할 수 있지만, 중앙노드 장애시 전체 시스템이 마비된다

  • 링형
    총 회선 길이가 짧지만 노드 추가/삭제가 복잡하고 하나의 노드에 장애가 발생해도 전체 시스템이 마비된다

  • 망형
    회선 오류에 강하고 복수 노드와 데이터 전송이 편리하지만 회선이 많이 필요하고 구성이 복잡하다

1-3. 교환 방식 분류

  • 회선 교환 (Circuit Switching)
    사용자가 직접 호출하고 연결한다

  • 축적 교환
    교환기를 이용, 메시지/패킷 단위로 데이터를 저장하고 전송한다
    i) 메시지 교환 방식 : 전송 단위가 가변적이다
    ii) 패킷 교환 방식 : 전송 단위가 고정적이고 규격화되어 있다

2. 근거리 통신망

근거리 기기를 연결하여 빠른 속도로 데이터 전송 가능한 통신망, 통신 기능이 있는 기기는 모두 연결 가능하다.

2-1. 특징

  • 단말기 추가/삭제가 쉽다
  • 노드 간 물리적 경로가 짧고, 경로 설정할 필요가 없어 고속 통신이 가능하다
  • 하나의 통신망으로 여러 유형의 데이터 전송이 가능해 종합적으로 처리할 수 있다

3. LAN의 구성요소

3-1. 컴퓨터

  • 서버 클라이언트로 구분되며 서버는 네트워크 중심에서 정보 제공과 보안을 책임지고 클라이언트는 서버의 자원을 이용하고 서버를 통해 정보를 교환한다

3-2. LAN 카드

  • 컴퓨터를 전송매체에 접속시켜 준다. 데이터를 입출력/송수신/저장하고 프로토콜을 처리한다

3-3. 전송매체

  • 최근에는 무선 LAN을 많이 사용한다. 유선 케이블 이름은 nBase/Broad-m으로 n Mbps 전송 속도, 전송방식, m x 100m 전송거리를 나타낸다.

3-4. 네트워크 접속 장치 (Inter-net Working Unit)

인터네트워크를 구성하는 각 서브 네트워크끼리 연결하는 장치. 허브, 리피터, 브리지, 라우트, 게이트웨이 등이 있다.

  • 허브 : 여러 컴퓨터를 트리 구조로 연결하는 장비 신호를 연결된 모든 노드에 전송하는 더미 허브와 특정 노드로만 전송하는 스위칭 허브가 있다.

  • 리피터 : 거리에 따른 신호 감쇄를 재생시키는 장비. OSI 1계층 물리 계층에 해당한다

  • 브릿지 : LAN과 LAN을 연결시켜 주는 장비. 네트워크 트래픽 분산 목적으로 사용된다. 2계층 데이터 링크에 해당한다. 현재는 라우터가 브리지 기능을 대신해 거의 사용하지 않는다

  • 라우터 : 서로 다른 네트워크에 접속하여 통신 가능하게 연결하는 장비. 일반적으로 LAN과 WAN을 연결하는데 사용된다. 네트워크 관리 기능을 제공한다.

  • 게이트웨이 프로토콜 구조가 다른 통신망을 연결하는데 사용. OSI 7계층의 모든 계층을 포함하는 인터네트워킹 장비이다. 프로토콜 구조가 다른 통신망을 연결하려고 주소 구조 변환과 메시지 형식 변환 등 기능을 수행한다

3-5. 통신 소프트웨어

  • LAN 내의 노드끼리 통신하려면 동일한 프로토콜의 통신 SW를 사용해야한다

4. LAN의 분류

4-1. 토폴로지 분류

  • 성형 : 중앙 노드를 중심으로 점-대-점 방식 연결, 설치 비용이 저렴하지만 중앙 노드 장애시 전체 장애

  • 버스형 : 하나의 전송매체에 여러 노드 연결, 설치가 간단하고 노드 추가/삭제가 용이하다. 망 전체를 제어하는 장치가 없어 잡음 감지가 어렵고 트래픽이 많을 때 비효율적이다.

  • 링형 : 회선 길이가 짧지만 노드 추가/삭제가 복잡하다

  • 트리형 : 버스형을 확장한 형태로 장단점은 버스형과 유사하다

4-2. 접근 방식 분류

4-2-1. 다중 충돌 접근 기법 (CSMA/CD)

  • CSMA = Carrier Sense Multiple Access
    listen before talk 방식으로 채널 사용 전 다른 이용자가 있는지 확인하는 방식

  • CD = Collision Detection
    전송 중 충돌이 있는지 확인하여 충돌 발생 시 무작위 시간 후 재전송

CSMA/CD 방식은 현재 유선 LAN 표준인 이더넷에서 사용하는 방식이다

  • 장점 : 단순, 저렴, 낮은 트래픽서 최적의 성능, 노드 고장시 네트워크에 영향 없음
  • 단점 : 트래픽 증가시 충돌 증가, 지연시간 예측 불가, 실시간 전송에는 부적합

4-2-1. 토큰링, 토큰 패싱 링

  • 링을 따라 순환하는 토큰을 이용, 전송 권한을 관리
  • A에서 C로 데이터 전송하는 상황 예시


자유 토큰 : 데이터 전송이 아닌 상태, 사용 토근 : 데이터 전송 중인 상태

  • 장점 : 공평하게 전송 기회가 주어진다, 트래픽 과부하에도 성능 저하가 심하지 않다
  • 단점 : 구현이 어렵고 운용 방식이 복잡하다, 전송이 없어도 토큰이 회전해 낭비요소가 있다

4-2-2. 토큰 버스

  • 물리적으로 버스 형태지만 논리적으로 링을 형성, 토큰을 회전한다.
  • CSMA/CD와 토큰 링을 결합한 형태
  • 대기시간이 예측 가능하기 때문에 실시간 처리에 적합하다

4-3. 전송 방식 분류

4-3-1. 베이스밴드

  • 신호를 디지털 형태 그대로 전송
  • 전송매체에 채널을 하나만 형성하여 전송
  • 근거리 통신에 사용, CSMA/CD와 토큰 링의 방식

4-3-2. 브로드밴드

  • 디지털 정보를 아날로그 신호로 변환하여 전송
  • 전송매체에 채널을 여러개 형성하여 전송 가능(다중화 가능)
  • 모뎀 사용
  • 토큰 버스의 방식

5. LAN 프로토콜과 표쥰

5-1. LAN 프로토콜

  • LAN 프로토콜 : OSI 7계층 중 1, 2계층은 반드시 필요하고 3계층은 상황에 따라 일부만 필요
  • LAN에서 2계층(데이터 링크)는 효율성을 위해 LLC와 MAC으로 구성
  1. MAC(Medium Access Control) : 물리적 전송 선로의 특징과 매체 간 연결 방식 제어
    ex) CSMA/CD, 토큰 링
  2. LLC(Logical Link Control) : OSI에서 데이터 링크 계층 기능 담당 (흐름제어, 오류처리 등)
    MAC에 따라 제어 방식에 차이 존재 ex) 이더넷 = 슬라이딩 윈도우, 토큰 링 = 불필요

5-2. LAN 표준안

  • IEEE802
  • CSMA/CD(이더넷) 방식으로 통일됨

6. 근거리 통신망의 발전

6-1. 유선 LAN

이더넷, 고속 이더넷, 기가비트 이더넷, ATM 등이 시장성을 얻음. 이더넷은 패킷교환 방식을 이용함

  • 이더넷 : CSMA/CD 전송 방식, 10Mpbs 대역폭, 1개 이상의 세그먼트로 구성, 리피터 필요

  • 고속 이더넷 : CSMA/CD 전송 방식, 이더넷 10배 속도, 형태에 따라 전송매체 상이

  • 기가비트 이더넷 : CSMA/CD 전송 방식, 이더넷 100배 속도, 형태에 따라 전송매체 상이

  • 10기가비트 이더넷 : 이더넷 1000배 속도, 트래픽 문제를 해결하고 LAN, MAN, WAN 통합/응용
    차세대 인터넷 백본망 기술

  • FDDI : 멀티 토큰 전송 방식, 이중 링 구조, 100Mpbs 속도, 신뢰성이 높음, 고속 컴퓨터 연결이나 백본에 사용

  • FDDI-II : FDDI 기본 서비스인 패킷 전송에 회선 교환 트래픽 기능 추가

  • FFOL : FDDI-II의 발전

  • ATM : WAN에서 사용되는 기술, 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식의 장점을 결합. 전송 단위는 고정적이고, 가상 회선을 만들어 사용.

6-2. 무선 LAN

전파, 적외선 등을 이용해 대기를 통신 채널로 사용하는 근거리 네트워크 = Wi-Fi

  • 표준화 : IEEE802.11에서 무선 LAN 물리 계층과 MAC 계층에서 표준안 제정
  • LLC층 이상의 상위 계층은 무선 LAN과 유선 LAN 프로토콜이 동일함

6-2-1. 무선 LAN 접속 기술

  • 다중 충돌 접근 기법 (CSMA/CA)
    CA = Collision Avoidance. 충돌 확인이 아니라 확률을 낮추는 방식으로 작동

6-2-2. WPAN (Wireless Personal Area Network)

  • 사물인터넷 시대 네트워크 요소 기술로, 블루투스가 이에 해당
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이상민
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