CSMA/CD vs 토큰 패싱

전송 매체 접근 방식에 따른 분류

1. CSMA/CD 프로토콜이란?

LAN의 통신 프로토콜 종류 중 하나로 이더넷 환경에서 사용함
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection = 대충 알아서 눈치껏 통신해~

• LAN(Local Area Network): 근거리 통신으로 작은 범위의 네트워크망을 의미
  • ex. 건물 내에서의 데이터 통신
• Carrier: 네트워크 상에 나타나는 신호
• 이더넷 환경
  • 네트워킹의 한 방식으로 이더넷 환경에서는 CSMA/CD 프로토콜을 사용
  • LAN을 위해 개발된 근거리 유선 네트워크 통신망 기술

통신 방법

1. 반송파 감지(Carrier Sense): 네트워크 상에 통신이 일어나는지 확인
   • 캐리어 감지 = 통신 중 → 대기
   • 캐리어 감지 X = 통신 중 X → 통신 시도
2. 다중 접근(Multiple Access): 두 서버가 데이터를 동시에 보낸 경우 다중 접근 발생
3. 충돌 발생(Collision Detection): 두 서버가 보낸 데이터가 충돌한 경우 장치들은 즉시 데이터 전송을 중지
   • 두 서버는 랜덤한 대기 시간(Backoff Time)을 대기한 후 다시 데이터를 전송
   • 충돌이 15번 발생하면 통신 중단

2. 토큰 패싱이란?

토큰을 가진 노드만 데이터 전송이 가능함. 토큰이 순서대로 노드를 순회하며 통신 권한을 전달함.

• 토큰: 네트워크에서 통신 권한을 제어하는 신호

토큰 순회 방식

• 토큰이 데이터를 포함하지 않은 빈 상태로 전달됨
  1. 통신할 데이터를 가진 노드는 토큰에 데이터를 추가하여 전달
     → 목적지 노드에 도착하면, 토큰에서 데이터를 제거한 후 빈 토큰을 전달
  2. 통신할 데이터가 없는 노드는 토큰을 사용하지 않고 그대로 전달

# 예시
1. Node 2 → (데이터 포함된 토큰) → Node 3 → Node 4
2. Node 4: 수신 확인, 데이터 읽고 토큰에서 데이터 삭제
3. Node 4 → (빈 토큰) → Node 1 → Node 2 → Node 3 → Node 4

통신이 완료되면, 데이터를 수신한 노드는 반드시 토큰을 비워서 전달해야함
이유: 다른 노드도 통신할 수 있는 기회를 가지도록 보장하기 위해서
즉, 링형 토폴로지에서는 공정성을 위해 토큰을 다시 빈 상태로 순회시키는 것이 원칙

스케줄링 방식

1. 단일 토큰 방식 (일반적)
   • 하나의 토큰이 네트워크를 순환하며, 각 노드가 차례로 통신 기회를 가짐
2. 다중 토큰 방식 (고성능 링)
   • 여러 개의 토큰이 링을 순환하며, 여러 노드가 동시에 통신 가능
3. 우선순위 기반 토큰 방식
   • 특정 노드가 중요한 통신을 수행할 수 있도록 우선순위가 높은 토큰을 사용

특성	CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)	토큰 패싱 (Token Passing)
통신 방식	모든 노드가 동시에 통신 가능, 충돌 발생 가능	하나의 노드만 통신 가능, 충돌 없음
충돌 처리	충돌 발생 시 감지 (Collision Detection), 충돌 후 백오프 알고리즘 사용	충돌 자체가 발생하지 않음
충돌 발생 여부	충돌 발생 가능, 특히 네트워크 부하가 증가할수록 충돌 빈번	충돌 발생 불가
통신 권한 제어	노드가 자유롭게 통신 가능 (CSMA), 충돌 발생 시 재전송	토큰을 소유한 노드만 통신 가능
스케줄링 방식	없음 (무작위 통신), 충돌 시 재시도 (Backoff Time)	토큰 패싱으로 순차적으로 통신 기회 부여
효율성	네트워크 부하가 증가할수록 성능 저하 (충돌 증가)	네트워크 부하와 관계없이 일정 성능 유지
복잡성	간단한 동작 원리 (충돌 감지 + 백오프)	토큰 관리 필요, 복잡도 증가
적용 환경	이더넷 (유선 네트워크), 허브 기반 네트워크	링형 토폴로지, FDDI, Token Ring 네트워크
토폴로지 유형	버스, 스타, 트리 (허브 기반 네트워크)	링형 (순환형 네트워크)
동시 통신	동시 통신 가능하지만 충돌 발생 (CSMA)	동시 통신 불가 (순차적 통신)
공정성 (Fairness)	노드 간 통신 기회 불공정 (충돌 빈도에 따라 차이 발생)	각 노드가 순차적으로 통신 기회 보장
효율성 저하 조건	네트워크 부하 증가 시 (충돌 증가)	노드가 많아질수록 순차적 통신 지연