네트워크 기술
교환 시스템
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종류
전용 회선 방식 : 송신, 수신 호스트가 전용 통신 선로로 데이터를전송
교환 회선 방식 : 전송 선로 하나를 다수의 사용자가 공유
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네트워크 양단에 연결된 호스트들이 전송하는 데이터는 전송 경로 중간에 위치한 교환 시스템을 거친다.
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교환 시스템은 데이터를 최종 목적지까지 올바른 경로로 중개하는 교환(switching)기능을 제공한다.
회선 교환(Circuit Switching)
- 연결형 서비스를 제공
- 고정 대역폭의 전송률 지원, 단순한 네트워크 구조
패킷 교환(Packet Switching)
- 비연결형 서비스를 제공
- 가변 대역의 전송률 지원,복잡한 네트워크 구조
- 가상회선 방식(Virtual Circuit), 데이터그램 방식(Datagram)
패킷 교환
: 데이터를 패킷 교환 방식으로 전송하는 네트워크는 가상 회선과 데이터 그램 두 가지 전송 방식을 지원한다.
가상 회선 방식
: 데이터를 패킷 단위로 나누어 전송하지만, 송수신 호스트 사이에 가상 연결을 설정하는 방법, 패킷의 전달 경로가 동일하다.
데이터 그램 방식
: 각 패킷의 경로 선택은 독립적으로 이루어진다. 전달 경로가 다를 수 있다.
가상 회선 방식
- 패킷의 도착 순서가 바뀔 수 없다.
- 회선 교환 방식과 유사 하지만, 데이터의 전송 단위 측면에서 회선 교환 방식은 패킷 기능을 지원하지 않는다.
- 총 3단계로 구성
- 연결 설정 단계 : 위 그림에서 a가 g로 데이터를 보내려고 할 때
a는 노드 1에게 연결 설정 메시지를 전달
- 노드 1은 노드 3에게 연결 설정 메시지 중개
- 노드 3은 6으로, 6은 8로, 8은 G로 메시지 중개
- 위 사진은 a부터 g까지의 경로
- 데이터 전송
- 데이터 같이 전송
- 연결 해제
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예시
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모든 경로를 나타낸 것
데이터 그램 방식
- 패킷의 도착 순서가 바뀔 수 있다.
- 전송할 정보의 양이 적거나, 상대적으로 신뢰성이 중요하지 않은 환경에서 사용된다.
프레임 릴레이(Frame Relay)와 셀 릴레이(Cell Relay)
- 패킷 교환 방식이 최초로 개발된 시점에서는 통신과정에서 많은 오류가 발생
- 이러한 오류를 처리하기 위한 과정이 복잡
- 현대의 네트워크는 물리적 전송 오류 발생확률이 매우 낮다.
- 과도한 오류제어 기능을 제거하여 전송 속도를 향상시키기 위한 방법
프레임 릴레이
- 한번에 수신까지 갔다가 온다.
셀 릴레이 : ATM (Asynchronous Transfer Mode 방식)
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회선 교환과 패킷 교환 방식의 장점을 모아 고안
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오류 제어에 대한 오버헤드를 최소화
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셀이라는 고정 크기의 패킷을 사용한다.
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교환기를 이용한 라우팅
LAN, MAN, WAN
- 컴퓨터 네트워크의 크기를 다양한 기준으로 분류할 수 있지만, 가장 간단한 기준은 네트워크의 크기이다.
- 일반적으로 네트워크는 물리적으로 일정 거리 이상 떨어진 위치에서 독립적으로 실행할 수 있는 호스트 간의 데이터 교환 환경을 지원한다.
- 호스트 사이의 연결 거리를 기준으로 네트워크를 LAN, MAN, WAN으로 구분할 수 있다.
- 연결 거리는 데이터의 전송 지연에 영향을 미치므로, 네트워크를 설계할 때 중요한 고려 사항이 된다.
LAN (Local Area Network)
– 소규모 지역에 위치하는 호스트로 구성된 네트워크
– 브로드 캐스팅 방식으로 전송
– 호스트를 연결하는 방식을 구성 형태에 따라 버스형, 링형으로 구분한다.
버스형
- 전송 데이터가 모든 호스트에게 전송되므로 별도의 라우팅 기능이 없음
- 목적지에 해당하는 호스트만 데이터를수신하고, 나머지 호스트는 데이터를 버림
- 둘 이상의 호스트에서 데이터를 동시에 전달하는 경우 충돌이 발생하고, 이를 해결하기 위한 방법이 필요하다
링형
- 전송 호스트의 연결이 순환 구조인 링
- 전송한 데이터는 링을 한바퀴 돌아 송신 호스트로 되돌아옴
- 토큰이라는 제어프레임을 이용해 충돌 가능성을 차단함.
- 송신할 데이터가 있는 호스트는 토큰이 도착했을 때, 데이터와 함게 전송함.
MAN (Metropolitan Area Network)
- LAN보다 큰 지역을 지원 (도시 규모)
- DQDB (Distributed Queue Dual Bus) 구조 지원
- 분산 데이터 큐를 유지
- 충돌 문제를 해결하기 위해 슬롯 링 개념을 변형한 FIFO기반 공유 슬롯 방식
- ATM과의 호환을 위해 53byte 프레임을 지원
WAN (Wide Area Network)
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구조
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국가 이상의 넓은 지역을 지원하는 네트워크 구조
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점대점으로 연결된 WAN 환경은 전송과 더불어 교환 기능이 반드시 필요
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연결의 수가 증가할수록 전송 매체 비용이 많이 필요함.
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스타형, 트리형, 완전형, 불규칙형 등의 다양한 구조로 연결 할 수 있다.
인터 네트워킹
둘 이상의 서로 다른 네트워크를 연결하는 기능
- 라우터 : 네트워크를 연결하는 장비이며, 일반적으로 3계층 기능을 수행
- 게이트웨이 : 일반적인 용어
– 리피터 : 계층 1을 지원
– 브릿지 : 계층 2를 지원
– 라우터 : 계층 3을 지원
브릿지
- 연결되는 LAN이 서로 다른 종류일 경우 프레임 해석, 변환등의 작업 수행
- 브릿지에 연결되는 LAN 종류만큼 MAC/물리 계층을 처리해야함
트랜스페런트 브릿지(Transparent Bridge)
- 라우팅 기능을 사용자에게 보여줌
- 브릿지 사용자는 프레임에 라우팅 정보를 추가하지 않아도 됨
- 브릿지의 수행 동작
: 프레임의 송수신자가 동일 방향이면 수신 프레임 무시
: 프레임의 송수신자가 다른 방향이면 수신자 방향으로 중개
라우팅 테이블
– LAN이 동작하면서 자동으로 생성
– 역방향 학습 : 라우팅 정보를 얻는 방법 중 하나
- 브릿지에서의 이미지를 참고하여 나타낸 테이블
스패닝 트리 (Spanning Tree)
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네트워크의 비순환 구조
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네트워크에 이중 경로가 존재할 때 발생하는 다양한 문제를 방지하기 위해 사용
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아래 이미지는 이중 경로에 의한 잘못된 라우팅 정보
IP 인터네트워킹
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인터넷에서 네트워크를 연결하는 방식
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패킷 중개 기능은 IP 프로토콜이 수행
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양쪽 MAC 계층이 다르면, 패킷 변환 기능이 필요하며, 필요시 패킷 분할과 병합과정도 수행한다.
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아래 그림은 IP 인터네트워킹에서의 헤더 변환
인터넷 라우팅
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고정 경로 배정(Fixed Routing)
: 송수신 호스트 사이에 영구적인 고정 경로를 배정
: 장점 - 간단하지만 효율적인 라우팅이 가능
: 단점 - 트래픽 변화 등에 따른 동적 경로 배정이 불가능
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조건 : R3, R7의 선로는 고속 통신을 지원하며, Network 2가 Network 4보다 덜 붐빔.
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적응 경로 배정 (Adaptive Routing)
: 인터넷 연결 상태가 변하면 이를 전달 경로 배정에 반영
: 단점 – 경로 결정 과정에서 라우터의 부담이 증가
: 라우터 사이의 시간적인 정보의 불일치성 문제가 항상 존재
자율 시스템 (Autonomous System)
- 동일한 라우팅 특성으로 동작하는 논리적인 단일 구성체
- 내부 라우팅 프로토콜 : 자율 시스템 내부에서 사용
- 외부 라우팅 프로토콜 : 자율 시스템 간에 사용
서비스 품질
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QoS (Quality of Service) 개요
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인터넷에서의 QoS
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IP 프로토콜
: 모든 패킷에 동일한 기준을 적용
: 데이터 도착 순서나 100% 수신을 보장하지는 않음 -
전송 데이터의 종류별 특징
: 영상 정보 – 대용량의 실시간 전송, 전송 오류에 관대
: 컴퓨터 데이터 : 실시간 전송 불필요, 전송 오류에 민감 -
IP프로토콜에서의 QoS지원
: 각 패킷을 서로 다른 QoS 기준으로 구분하여 라우터에서 이를 처리
