네트워크 통신 방식

통신 방식

LAN에서 통신하는 방식

유니캐스트

• 네트워크에서 가장 많이 사용하는 방식
• 서버와 클라이언트의 일대일 통신 방식
• 통신할 떄 송신지와 수신지의 주소(MAC 주소)를 사용한다.
• 유니캐스트 방식으로 프레임을 전송하면 네트워크의 모든 컴퓨터는 플임을 전송받아 LAN 카드에서 자신의 MAC 주소와 비교한다.
• 자신의 MAC 주소와 수신지의 MAC 주소가 동일하면 전송된 데이터르 수신한다.
• 자신의 MAC 주소와 수신지의 MAC 주소가 동일하지 않으면 해당 프레임을 버린다.
• 이 방식은 각 컴퓨터의 CPU에 영향을 주지 않아 컴퓨터의 성능이 떨어지지 않는다.
• 프레임 : 네트워크에서 데이터를 주고 받는 단위

브로드캐스트

• 로컬 LAN(라우터로 구분된 공간)에 있는 모든 네트워크 단말기에 데이터를 보내는 방식
• 서버와 클라이언트가 일대다로 통신하는 데이터 전송 서비스
• 브로드캐스트의 주소는 FF-FF-FF-FF-FF-FF로 미리 정해져 있다.
• 브로드캐스트 주소가 오면 LAN 카드는 자신의 MAC 주소와 같지 않아도 패킷을 CPU에 보낸다.
• 이러한 방식은 LAN 카드의 MAC 주소와 다르면 프레임을 버림으로써 CPU에 영향을 주지 않는 유니캐스트에 비해 CPU가 할 일이 늘어나 컴퓨터의 성능이 떨어진다.
• 브로드캐스트는 네트워크의 전체 노드로 프레임을 전송한다.
  • 전체 네트워크 트래픽이 증가한다.
  • 프레임을 받은 모든 LAN 카드는 CPU로 프레임을 전송하여 전체 컴퓨터의 성능이 저하된다.
  • LAN 카드가 요청한 일을 처리하느라 CPU가 다른 일을 못하기 떄문이다.
• 처음 컴퓨터를 사용할 때는 상대방 컴퓨터의 MAC 주소를 알지 못하므로 상대방 컴퓨터의 MAC 주소를 알아내기 위해 ARP로 동작한다.
  • 이 ARP(Address Resolution Protocol)가 바로 브로드캐스트이다.
• 브로드캐스트는 여러 상황에서 사용할 수 있다.
  • 다른 라우터를 찾는 경우
  • 라우터끼리 데이터를 교환하는 경우
  • 서버가 서비스를 제공하려고 모든 클라이언트에 알리는 경우
• 불특정 다수에게 전송되는 서비스라 원치 않는 클라이언트도 수신하게 되므로 네트워크 성능 저하를 초래하기도 한다.

멀티캐스트

• 특정 그룹에만 한 번에 데이터를 전송하는 방식
  • 유니캐스트처럼 반복해서 보낼 필요가 없다.
  • 브로드캐스트처럼 데이터를 받을 필요가 없는 컴퓨터에 보낼 필요가 없다.
• 현재 많이 사용하는 애플리케이션에서는 멀리캐스트가 인기를 끌고 있다.
• 멀티캐스트는 스위치나 라우터가 지원할 떄만 사용할 수 있다.
• 스위치나 라우터가 멀티캐스트를 지원하지 않으면 생기는 현상
  • 스위치는 브로드캐스트처럼 모든 포트로 전송한다.
  • 브로드캐스트를 막아버리는 기능이 있는 라우터가 멀티캐스트까지 모두 막아버린다.

전송 방향에 따른 통신 방식

• 전송 방향
  • 단방향 통신 (sinplex)
  • 양방향 통신 (duplex)
    • 반이중 통신 (half-duplex)
    • 전이중 통신 (full-duplex)

단방향 통신

• 송신 측과 수신 측이 고정되어 있고, 통신 채널을 통해 접속된 두 단말기 사이에서 데이터가 한쪽 방향으로만 전송되는 통신 방식
• 단방향 통신에서 전기적으로 신호를 보내려 하면 송신 측과 수신 측을 연결하는 회로를 구성해야 한다.
  • 즉, 단방향 전송일지라도 전송로는 2개가 필요하다.
• 예시
  • 무선 호출기
  • 라디오
  • 아날로그 TV 방송
  • 모니터
  • 키보드

양방향 통신

• 통신 채널을 통해 접속된 두 단말기 사이에서 데이터의 송수신이 모두 가능한 통신 방식

반이중 통신

• 통신 채널에 접속된 단말기 두 대 중 어느 한쪽이 데이터를 송신하면 상대방은 수신만 할 수 있는 통신 방식
• 송신 측과 수신 측이 정해져 있지 않다.
• 양쪽 단말기의 상호 협력에 따라 송신 방향이 바뀐다.
• 하나의 통신 채널을 이용하여 교대로 데이터를 송수신할 수 있다.
• 예시
  • 휴대용 무전기
  • 모뎀을 이용한 데이터 통신

전이중 통신

• 통신 채널에 접속된 단말기 두 대가 동시에 데이터를 송수신할 수 있는 통신 방식
• 통신 채널 2개를 이용하여 한 번에 데이터를 송수신할 수 있다.
• 대기 없이 동시에 양쪽 방향으로 송수신할 수 있기 떄문에 존송 효율이 높다.
  • 전송해야할 데이터가 많을 때 유리하다.
  • 다만, 통신 채널을 2개 이용해야 하므로 반이중 통신보다 비용이 많이 든다.

직렬 전송과 병렬 전송

직렬 전송

• 하나의 정보를 나타내는 각 데이터 비트를 직렬로 나열한 후 하나의 통신 회선을 사용하여 순차적으로 1비트씩 송신하는 방식
• 하나의 통신 회선을 사용한다.
  • 송신 측에서는 데이트를 1비트씩 송신한다.
  • 수신 측에서는 수신되는 비트를 일정 단위로 모아서 수신한다.
• 직렬 전송을 병렬 전송보다 데이터 전송 속도가 느리지만, 원거리 데이터 전송에는 통신 회선이 하나만 필요하므로 경제적이다.
• 컴퓨터 등의 장치 내부에는 주로 병렬 입출력을 사용하기 떄문에 외부로 데이터를 보내려면 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환해야 한다.
• 수신 측에서는 이렇게 변환된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환한다.
• 직렬 전송은 하나의 통신 회선을 사용하여 신호를 연속으로 전송하므로 정확하게 송수신하려면 데이터의 시작과 끝에 관한 정보를 수신 측이 알고 있어야 한다.
• 동기식 전송 : 송수신 측이 약속한 패턴을 이용하여 데이터의 송수신 타이밍을 일치시키는 것
• 비동기식 전송 : 송수신 간에 동기를 맞추지 않고도 문자 단위로 구분하여 전송하는 방식

동기화 (synchronization)

• 송신 측이 전송한 데이터의 각 비트를 수신 측이 정확히 수신할 수 있도록 하는 작업
• 송신 측은 전송 매체를 이용하여 한 번에 1비트씩 메시지를 보내야 한다.
• 수신 측은 비트의 시작과 끝을 판별하여 적당한 타이밍으로 회선을 샘플링해서 각 비트의 값을 읽어내야 한다.
• 송신 측이 전송한 데이터의 각 비트를 수신 측이 정확하게 수신해야 한다.
• 송신 비트 시간 간격(TS)와 수신 비트 시간 간격(TR)이 다를 수도 있으므로 적절한 방법으로 동기화를 해야 한다.
• 두 시스템 간 컴퓨터의 속도 차이(클록 오차)로 송신 비트 시간 간격(TS)와 수신 비트 시간 간격(TR)이 정확하게 일치하지 않는다.
  • 따라서 송신 측이 전송한 데이터의 각 비트를 수신 측이 정확히 수신할 수 있도록 작업을 진행햐야 한다.
• 데이터를 전송할 떄 각 비트의 시작과 끝을 서로 맞추지 않으면 송신 측이 보낸 데이터를 수신 측이 정확히 추출해낼수 없다.
  • 이 때 송신 측과 수신 측의 클록을 동기화하는 방법으로 동기식 전송과 비동기식 전송을 사용한다.
  • 동기식 전송의 경우 송신기와 수신기가 하나의 기준 클록에 보조를 맞추어 동작한다.
  • 비동기식 전송의 경우 송신기와 수신기가 별도의 독립적인 클록 신호를 이용하여 데이터 비트열의 송신과 수신을 수행한다.

동기식 전송

• 송신기와 수신기가 동일한 클록을 사용하여 데이터를 송수신하는 방식
• 송신기에서 비트열의 데이터를 전송하는 데 사용한 클록 신호를 수신기가 사용하여 타이밍의 오류 없이 정확하게 데이터를 수신한다.
• 동기식 전송에서는 전송할 데이터를 블록으로 구성하여 시작 비트나 정지 비트를 부착하지 않은 채 전송한다.
• 수신기가 데이터 블록의 시작과 끝을 정확히 인식할 수 있도록 프레임 레벨의 동기화가 필요하다.
• 동기식 전송의 경우 미리 정해진 수만큼 문자열을 한 묶음으로 만들어 일시에 전송한다.
  • 비트와 데이터 간에 간격없이 차례대로 비트를 전송하기 떄문에 데이터가 끊어지지 않는 0과 1의 문자열로 전송된다.
• 수신 측은 차례대로 문자열을 수신한 후 문자나 바이트로 분리하여 의미 있는 데이터로 재구성한다.
• 동기식 전송은 수신 측에서 제거해야 할 별도의 데이터가 없고 많은 데이터를 한꺼번에 보낼 수 있어 비동기식 전송보다 빠르다.
  • 이러한 이유로 동기식 전송은 고속 데이터 전송에 많이 사용된다.
• 하지만 수신 측에서 비트를 계산해야 하고, 문자를 조립하는 별도의 기억장치가 필요하므로 가격이 다소 높다는 것이 단점이다.
• 종류
  • 비트 지향 동기화 기법
  • 문자 지향 동기화 기법

비동기식 전송

• 긴 데이터 비트열을 연속으로 전송하는 대신 한 번에 한 문자씩 전송함으로써 수신기가 새로운 문자의 시작점에서 재동기하도록 하는 방식
• 비동기 전송에서는 문자 단위로 재동기한다.
  • 맨 앞에는 한 문자의 시작을 알리는 시작 비트를 둔다.
  • 맨 뒤에는 한 문자의 끝을 알리는 정지 비트를 둔다.
• 보통 시작 비트는 1비트를 사용하고, 정지 비트는 1~2비트 정도를 사용한다.
• 전송하는 문자는 시작 비트 바로 뒤에 오는데 문자의 종류에 따라 5~8비트를 사용한다.
• 문자 비트열 뒤에는 패리티 비트(parity bit)가 뒤따르며, 2진수 1의 개수는 패리티 비트를 포함하여 홀수 또는 짝수 값이다.
• 비동기식 전송에서는 하나의 문자를 전송한 후 휴지 상태(idle)에 들어간다.
  • 이 떄가 바로 동기화되는 시간이다.
• 문자를 전송하지 않을 떄 송수신 측은 휴지 상태다.
• 송신기는 다음 문자를 보낼 준비가 될 때까지 정지 비트를 계속 전송한다. (11111111)
• 문자를 연속으로 보낸다면 문자 간의 시간 간격이 일정하고 길이는 정지 비트와 같다.
• 연속으로 입력한 문자 사이에도 시간 간격이 있기 때문에 비동기식 전송에서는 한 문자를 전송할 때마다 데이터의 앞뒤에 시작 비트와 정지 비트를 첨부해서 전송한다.
  • 그러면 수신 측에서는 이 정보를 이용하여 데이터의 시작과 끝을 판별한다.
• 비동기식 전송은 시작 비트와 정지 비트 사이의 간걱이 가변적이다.
  • 전송하려는 정보가 불규칙하게 발생할 떄 주로 사용한다.
  • 예시 : 사용자가 키보드로 입력한 정보를 메신저로 전송하는 경우
• 접속 장치와 기기가 간단하므로 동기식 전송보다 비용이 적게 든다.
• 문자당 2~3비트의 오버헤드가 발생하기도 한다.

병렬 전송

• 부호를 구성하는 비트 수와 같은 양의 통신 회선을 사용하여 여러 데이터 비트를 동시에 병렬로 전송하는 방식
• 비트 n개를 전송하는 데 회선 n개를 사용한다.
• 병렬 전송에서는 송신 측과 수신 측 단말기 간에 여러 개의 통신 회선을 사용한다.
  • 그래서 여러 비트의 데이터를 한 번에 송신할 수 있다.
• 보통 컴퓨터같은 단말기가 사용하는 병렬 데이터를 그대로 송수신한다.
  • 직렬 전송에 비해서 입출력 구조가 단순하다.
  • 동일한 조건의 직렬 전송보다 n배 빠르게 데이터를 전송한다.
• 병렬 전송은 거리에 비례해서 선로 비용이 많이 들기 떄문에 전송 속도가 빨라야 하는 짧은 거리의 데이터 전송에 주로 사용된다.

통신 오류 검출

• 수신 측으로 전송한 데이터는 송신 측의 데이터와 동일해야 하지만 다양한 원인으로 데이터 오류가 발생할 수도 있다.
• 신뢰할 수 있는 네트워크 통신을 하려면 오류를 검출·수정해야 한다.
• 오류의 종류
  • 단일 비트 오류 (single-bit error)
    • 데이터 단위 중 하나의 비트만 변경하는 오류
  • 다중 비트 오류 (multiple-bit error)
    • 데이터 단위 중 2개 이상의 비연속적인 비트를 변경하는 오류
  • 집단 오류 (burst error)
    • 데이터 단위 중 2개 또는 그 이상의 연속적인 비트를 변경하는 오류
• 오류 검출 방식의 종류
  • 패리티 비트 검사 (parity bit check)
  • 블록 합 검사 (block sum check)
  • 순환 중복 검사 (Cyclic Redundancy Check)
  • 기타 등등

패리티 비트 검사

• 전송되는 데이터마다 패리티 비트를 하나씩 추가하여 홀수 또는 짝수 검사 방법으로 오류를 검출한다.
• 이 떄 추가로 전송되는 1비트를 패리티 비트라고 한다.
• 패리티 비트의 값은 데이터 코드 내에 있는 1의 수를 계산함으로써 결정된다.

홀수 패리티 방식 (odd parity)

• 전체 비트에서 1의 개수가 홀수가 되도록 패리티 비트를 정하는 방식
• 데이터 비트에서 1의 개수가 짝수이면 패리티 비트를 1로 정하여 전송되는 전체 데이터에 있는 1의 개수는 홀수가 된다.

짝수 패리티 방식 (even parity)

• 전체 비트에서 1의 개수가 짝수가 되도록 패리티 비트를 정하는 방식
• 데이터 비트에서 1의 개수가 홀수이면 패리티 비트를 1로 정하여 전송되는 전체 데이터에 있는 1의 개수는 짝수가 된다.

블록 합 검사

• 문자를 블록으로 전송하면 오류 확률이 높아지므로 오류 검출 능력을 향상하기 위해 수평 패리티와 수직 패리티를 적용하여 문자 블록을 이차원적으로 검사하는 방식
• 행 단위 패리티에 열 단위의 오류 검사를 수행할 수 있는 열 패리티 문자를 추가하여 이중으로 오류 검출 작업을 수행한다.
• 추가된 열 패리티 문자는 블록 검사 문자(Block Check Character, BCC)라고 한다.
• 블록 합 검사를 사용하면 한 데이터에서 짝수 개의 오류가 발생하더라도 오류를 검출할 수 있다.
• 그러나 몇 개의 사용자 데이터를 전송한 후 검사 데이터를 추가로 전송하기 때문에 패리티 방식보다 많은 오버헤드가 발생한다.

순환 중복 검사

• 정확히 오류를 검출하기 위해 다항식 코드를 사용하는 방식
• 오류가 없을 때는 계속 발생하지 않다가,
  오류가 발생하면 그 주위에 집중적으로 오류를 발생시키는
  집단 오류를 검출하는 능력이 탁월하고 단순하게 구현할 수 있다.
• CRC 발생기는 0과 1의 스트링보다는 대수 다항식(polynomial)으로 표현한다.
  • 예시 : x⁷ + x⁵ + x³ + x + 1
• 하나의 다항식은 하나의 제수(divisor)로 표현한다.
  • 예시 : 10101011
  • 없는 항목은 0으로 표시한다.

근거리 네트워크 (LAN)

• 근거리 네트워크
  • 한 건물이나 대학 내 캠퍼스처럼 비교적 가까운 지역에 한정된 통신망
  • 컴퓨터뿐만 아니라 가까운 거리에 있는 프린터, 팩스, 단말기 등의 네트워크 장비를 연결·접속하여 통신할 수 있도록 구성한 네트워크 시스템
• 어떤 조직이나 단체에서 정보가 교환되는 내용을 살펴보면 광역 통신보다는 근거리 통신이 많이 발생한다.
• 최근에는 정보 처리 기기를 연결하여 분산 처리하는 일이 증가하여 여기에 LAN을 이용하고 있다.
• LAN을 사설망으로 구축한다.
• 하나의 전송 매체에 연결된 모든 장치가 LAN을 공유한다.
• 하나의 장치가 전송한 데이터는 모든 장치에 연결되어 브로드캐스팅된다.
• LAN에서 양방향 전송을 의미하는 브로드캐스팅은 한 전송 매체에 연결된 모든 장치각 수신하는 것을 말한다.
• LAN은 다양한 장치와 연결하기 쉽고, 재배치와 확장이 자유로우며, 음성·사진·동영상 등 다양한 종류의 데이터를 처리할 수 있다.
• 꼬임선과 광섬유 케이블 등의 전송 매체를 사용하여 신뢰성이 높고 고속 전송도 가능하다.
• LAN은 단일 기관이나 단일 그룹 내에 설치할 수 있어 인트라넷 등을 구축하는 데 쓰이기도 한다.

LAN의 특징

• 단일 기관의 소유로 수 km 범위 내의 지역으로 한정된다.
• 네트워크 기기에 상관없이 서로 통신이 가능하다.
• 광역 전송 매체를 사용한다.
  • 고속 통신이 가능하다.
  • 많은 사용자가 단일 매체로 지연 없이 데이터를 주고 받을 수 있다.
• 좁은 구간에서 통신한다.
  • 전송 지연 시간이 짧다.
  • 양질의 통신 회선을 사용하여 통신 품질이 우수하다.
• 컴퓨터뿐만 아니라 프린터 등의 주변장치를 쉽게 연결하여 사용할 수 있고 확장하기도 쉽다.
• 서버를 이용하여 데이터를 쉽게 관리할 수 있다.
• 전송 특성이 좋은 매체를 사용하여 신뢰성 있는 데이터를 전송할 수 있다.
  • 동축 케이블, 광섬유 케이블 등이 해당한다.
• 저렴한 네트워크 단말기를 사용하기 떄문에 경게적인 면에서 유리하다.
• 보안 기능과 사용자 통제 기능을 사용하여 외부의 침입을 체계적으로 관리할 수 있다.
• 텍스트 뿐만 아니라 음성, 비디오, 영상 정보 등을 전송함으로써 종합적으로 정보를 처리할 수 있다.

LAN 전송방식

베이스밴드 방식

• 데이터를 전송할 떄 디지털 신호를 변조하지 않고 직접 전송하는 방식
• 하나의 케이블에 단일 통신 채널을 형성하여 데이터를 전송한다.
• 채널 하나에 신호 하나만 전송하기 때문에 모뎀이 필요 없고 비용도 경제적이다.
• 일반적으로 LAN은 아날로그 전송보다 속도가 빠른 디지털 전송을 지원하므로 단일 채널인 베이스밴드 방식을 사용한다.
• 베이스밴드 방식은 공유할 수 있는 채널이 하나라 충돌을 방지하기 위해 시간을 분할하여 채널 전송 권한을 부여하는 다중화 방식을 사용한다.
  • 구성이 간단한 CSMA/CD 방식이나 토큰링 방식을 사용하기도 한다.

브로드밴드 방식

• 부호화된 데이터를 아날로그 신호로 변조하고 필터 등을 사용하여 제한된 주파수만 동축 케이블 등의 전송 매체에 전송하는 방식
• 하나의 케이블에 다수의 통신 채널을 형성하여 데이터를 동시에 전송한다.
• 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하려면 모뎀이 필요하여 비용이 부담되지만, 전송 거리를 수십 km까지 늘릴 수 있다.
• 할당된 주파수 대역을 단일 케이블에 분할(FDM)한 후 분할된 주파수 대역으로 독립된 통신 채널을 형성하여 데이터를 동시에 전송하는 아날로그 방식
• 동축 케이블이나 광 케이블을 사용한다.
• 음성이나 영상 데이터 등 다중 신호를 하나의 케이블로 동시에 전송할 수 있다.
• 브로드밴드 방식은 전송 매체의 주파수를 여러 대역으로 나누어 각기 다른 데이터를 전송하는 토큰버스 방식을 사용한다.

매체 접근 제어 방식

• LAN에서는 여러 대의 컴퓨터가 하나의 통신 회선을 공유하므로
  데이터를 전송할 때 전송 매체의 접속을 제어하지 않으면
  데이터의 충돌이 발생하여 신뢰성 있는 통신을 할 수 없다.
• 데이터 충돌을 방지하기 위해 LAN에 연결된 모든 장치는 정의된 규칙에 따라 전송 매체에 접근하는데
  이를 매체 접근 제어(Media Access Control, MAC)라고 한다.
• 종류
  • 경쟁 방식
    • CSMA/CD 방식
  • 토큰 제어 방식
    • 토큰버스 방식
    • 토큰링 방식

CSMA/CD

• 버스형 통신망으로 알려진 이더넷에 주로 사용한다.
• 동축 케이블에 연결된 컴퓨터를 서로 접속시키는 방식
• 모든 컴퓨터는 버스(케이블)에 연결되어 있고 전송 매체는 컴퓨터로 공유할 수 있다.
• 충돌의 위험은 있지만 구현하기 쉽기 때문에 현재 LAN애서 가장 많이 사용하는 기술
• 프레임 구조에 기반을 둔 다양한 종류의 네트워크를 구성할 수 있다.
• CSMA/CD 방식은 데이터를 송신하기 전에 반송파 여부를 감지한다.
• 반송파가 감지되면 다른 컴퓨터가 데이터를 송신하는 중이라고 판단하여 데이터를 전송하지 않는다.
• 반송파가 감지되지 않으면 컴퓨터가 전송 매체를 사용하지 않는 것으로 판단하여 데이터를 전송한다.
• CSMA/CD 방식은 듣고나서 송신을 시작한다는 의미에서 LBT(Listen Before Talk)라고도 한다.
• CSMA/CD 방식은 보통 버스형과 트리형 접속 형태의 LAN에 만히 사용한다.
• 프로토콜을 구현하기 쉬어 가격이 저렴하다.
• 전송 지연으로 거리에 제약이 있다.
• 통신량이 적을 때는 채널 이용률이 90% 이상으로 높다.
• 통신량이 많아지면 충돌 횟수가 증가함으로써 채널 이용률이 떨어져 지연 시간을 예측할 수 없다.
• 채널이 수동적이기에 어느 한 기기가 고장나도 다른 기기의 통신에 전혀 영향을 미치지 않는다.

토큰 제어 방식

• 접속한 노드 사이를 토큰이라는 패킷이 순차적으로 순환하는 동안 토큰을 얻어 전송하고,
  전송이 완료되면 토큰을 반납하는 방식
• CSMA/CD 방식처럼 충돌현상이 발생하지는 않지만 자신에게 토큰이 올 때까지 기다려야 한다.
• 구성 방식에 따라 토큰버스 방식과 토큰링 방식으로 구분된다.
  • 형태만 다를 뿐 절차는 동일하다.

토큰링 방식

• 링을 따라 순환하는 토큰을 이용하는 방식
• 프리 토큰 (free token) : 모든 컴퓨터가 휴지 상태일 때의 노큰
• 데이터를 전송하려는 컴퓨터는 프리 토큰이 자신에게 올 때까지 대기해야 한다.
• 프리 토큰이 해당 컴퓨터에 도착하면 비지 토큰(busy token)으로 상태를 바꾼 후
  토큰 뒤에 전송할 데이터 프레임을 붙여 다음 컴퓨터로 전송한다.
  • 이 때 다른 컴퓨터는 프리 토큰을 얻을 수 없어 데이터 전송이 불가능하다.
  • 다만 전송한 프리 토큰 뒤의 프레임에서 주소 정보를 읽어 자신의 주소이면 이 정보를 복사한다.
• 토큰을 사용 중인 컴퓨터가 데이터 전송을 완료하면,
  다시 순회하여 돌아온 비지 토큰을 프리 토큰으로 변경하여 다음 컴퓨터에 데이터 전송 기회를 준다.
• 각 컴퓨터(노드)마다 전송 기회가 공평하게 주어진다.
• 전송 권한을 얻는 대기 시간이 정해져 있어 과부화가 일어나도 성능 저하가 심하지 않다.
  • CSMA/CD 방식보다 실시간 처리가 필요한 분야에 적합하다.
  • 대신 구현이 어렵고 토큰의 운용 관리가 복잡하다.

토큰버스 방식

• 이더넷과 토큰링의 특징을 합친 형태
• 물리적으로는 버스형 접속 형태를 띠고 있지만 버스의 모든 컴퓨터는 논리적으로 링형 접속 형태를 띤다.
• 물리적으로 연결되있지만 토큰 전달은 논리적인 순서로 이루어진다.
• 토큰은 논리적인 링형 접속 형태를 따라 순환하고 이 토큰을 확보한 컴퓨터가 일정 시간 동안 전송 권한을 가진다.
• 토큰은 일정 시간이 지나면 논리적인 순서대로 다음 컴퓨터로 전송된다.
• 토큰을 받은 컴퓨터는 전송할 데이터가 없으면 다음 컴퓨터로 전송하고,
  전송할 데이터가 있으면 토큰을 받아 데이터를 전송한 후 다음 컴퓨터로 토큰을 전송한다.
• 토큰버스 방식은 CSMA/CD 방식과 달리 채널에서 데이터 충돌이 발생하지 않기 때문에 한 패킷을 전송하는 데 걸리는 시간이 일정하다.

광역 네트워크 (WAN)

• 광대역 네트워크
  • 2개 이상의 LAN이 넓은 지역에 걸쳐 연결되어 있는 것
  • 한 국가 내에서 또는 국가와 국가를 연결하는 수백, 수천 km 이상의 네트워크
• 라우터, 전용선, 위성, 광케이블 등을 통해서 2개 이상의 LAN을 연결하여 WAN을 구성한다.
• 멀리 떨어진 컴퓨터들이 LAN의 일부가 아니더라도 WAN을 이용하여 서로 통신할 수 있다.
• WAN은 통신 사업자가 서비스를 제공·관리한다.
• WAN은 LAN보다 더 먼 거리를 연결할 수 있지만, 네트워크를 구축하는 데 비용이 많이 들고 LAN보다 연결 속도가 느리다.
• 교환 통신망
  • 통신망 노드의 전송 기능을 이용하여 데이터를 수신 측까지 전송하는 통신망
  • 상호 연결된 노드의 모임으로 구성된다.
  • 노드를 경유하여 송신 측에서 수신 측으로 데이터라 전송된다.
• 교환 통신망의 종류
  • 회선 교환 (circuit switching)
  • 메시지 교환 (message switching)
  • 패킷 교환 (packet switching)

회선 교환

• 두 스테이션 사이에 전용 통신 경로가 있음을 의미한다.
• 데이터를 전송하기 전에 하나의 물리적 경로를 설정하며, 통신을 종료할 떄까지 이 경로를 독점한다.
• 경로를 설정할 때 지연이 발생하지만 일단 경로를 설정하면 사용자에게 투명하게 데이터를 전송할 수 있다.
• 장점
  • 회선을 전용선처럼 사용할 수 있어 많은 데이터를 전송할 수 있다.
  • 경로가 설정되면 사용자에게는 고정적인 전송률로 정보를 전송할 수 있다.
  • 경로가 설정되면 교환 노드에서 처리 지연이 거의 없다.
  • 실시간으로 음성이나 동영상 등의 미디어를 전송하는 데 적합하다.
• 단점
  • 오류 없이 데이터를 전송해야 하는 데이터 서비스에는 부적절하다.
  • 설정되면 데이터를 그대로 투과시키므로 오류 제어 기능이 없다.
  • 데이터를 전송하지 않는 기간에도 회선을 독점하므로 비효율적이다.

메시지 교환

• 회선 교환을 비효율적인 회선 이용을 개선한 데이터 통신 교환 방식
• 가변 길이의 메시지 단위로 저장/전송 방식에 따라 데이터를 교환한다.
• 저장/전송 방식
  • 도착한 메시지를 일단 저장한 후 다음 노드로 가는 링크가 비어 있으면 전송하는 것
  • 축적 전송(store-and-forward)이라고도 한다.
• 회선 교환과 달리 송신 측과 수신 측 간에 데이터를 전송하는 전용 통신로가 필요없다.
• 저장/전송 방식으로 링크를 동적으로 공유하여 메시지를 전송한다.
• 처리 지연때문에 지금은 거의 사용하지 않는다.

패킷 교환

• 네트워크로 전송되는 모든 데이터가 송수신지 정보를 포함하는 패킷으로 구성된 데이터 통신 교환 방식
• 패킷은 표준과 프로토콜을 사용하여 생성한다.
• 데이터는 네트워크를 통해 전송되기 전에 패킷이라는 작은 조각으로 나뉜다.
• 각 패킷은 고유 번호가 있어 수신지에 전송되었을 때 원래의 데이터로 재결합하여 구성할 수 있다.
• 종류
  • 데이터그램 패킷 교환
  • 가상 회선 패킷 교환

데이터그램 패킷 교환

• 데이터를 전송하기 전에 논리적인 연결을 설정하지 않고 패킷마다 송신 측과 수신 측의 주소를 추가하여 독립적으로 전송하는 방식
• 데이터그램 : 독립적으로 전송되는 각 패킷
• 패킷을 수신한 교환 노드(라우터)는 네트워크 상황에 따라 최적의 경로를 선택하여 패킷을 전송한다.
• 하나의 메시지에서 분할된 여러 패킷은 서로 다른 경로로 전송할 수 있으며,
  랜덤으로 전송하기 때문에 송신 측에서 전송하는 순서와 수신 측에 도착하는 순서가 다를 수 있다.
• 패킷이 모두 전송되면 수신 측은 원래의 메시지로 패킷을 재결합한다.
• 송수신 측 간의 이러한 통신 방식을 비연결 지향형이라고 한다.

가상 회선 패킷 교환

• 데이터를 전송하기 전에 송신 측과 수신 측 사이에 논리적인 연결을 설정하여 모든 패킷을 전송하는 방식
  • 이 때 설정된 연결을 가상 회선이라고 한다.
• 각 패킷에는 가상 회선 식별 번호(Virtual Circuit Identifier, VCI)가 포함되고, 모든 패킷을 전송하면 가상 회선이 해제된다.
• 데이터그램 패킷 교환과 달리 가상 회선 패킷 교환에서는 각 패킷이 전송된 순서대로 수신 측에 도착한다.
• 패킷을 전송하기 전에 경로를 설정하는 가상 회선을 연결한 후 데이터를 전송하기 떄문에 연결 지향형이라고 한다.
• 데이터 전송 시 데이터 전용 경로가 설정된다.
• 데이터를 전송할 떄만 경로를 설정하고 전송이 끝나면 해제한다.

ATM 교환

• 데이터를 고정 길이인 셀로 나누어 전송하는 방식
• 전송 데이터를 48바이트의 고정 길이로 분할하고 5바이트의 제어 정보를 추가하여 53바이트의 셀을 생성한 후 전송한다.
• 셀은 패킷과 비슷하지만 패킷은 가변 길이이고 셀은 고정 길이다.
• 셀은 패킷보다 크기가 아주 작다.
• 고정 길이인 셀을 이용하는 경우 저속인지 고속인지에 따라 동작이 다르다.
  • 저속 전송 : 빈 셀을 전송하거나 다른 사용자에게 채널을 양보한다.
  • 고속 전송 : 연속으로 전송한다.
• 셀 동기
  • 셀의 길이가 고정되어 있기 떄문에 특정 셀의 위치를 찾으면 다음 셀의 위치도 쉽게 알 수 있는 것
• ATM 교환은 회선 교환과 패킷 교환의 장점을 도입한 방식이다.
• 광케이블을 이용한 전송 기술의 발달로 정보를 고속으로 보낼 수 있고 오류도 거의 없다.
• 패킷 재전송과 같은 복잡한 제어를 할 필요가 없고 교환기나 단말기의 소프트웨어적인 부담도 덜 수 있다.
• 모든 과정이 하드웨어로 처리되기 때문에 전송 지연이 적으며 음성, 화상, 데이터 등의 멀티미디어 통신에 적합하다.

무선 네트워크

• 복잡한 배선 없이 무선으로 LAN을 구축하는 통신 규격
• 무선 LAN을 통해 한정된 공간에서 케이블을 연결하지 않아도
  무선 주파수나 적외선 기술을 이용하여 허브에서 각 단말기까지 네트워크 환경을 구축할 수 있다.
• 무선 LAN은 전 세계적으로 인정된 주파수 대역을 사용한다.
  • 국내에서 사용하던 무선 LAN 카드를 외국에서도 사용할 수 있다.
• 상호 간섭이 있는 곳에서도 수신 강도가 강한 속성이 있는 대역 확산 기술을 이용한다.
• 무선 LAN은 유선 LAN보다 데이터 전송 속도가 느리지만 단말기를 자유롭게 옮길 수 있고 복잡하게 얽힌 선이 없어 작업 환경이 쾌적하다.
• AP를 이용하면 사용자 간의 인터넷 연결도 가능하다.
• 무선 인터넷 공유기는 AP에 인터넷 공유 기능을 접목한 것으로, 인터넷 회선을 공유하면 가정에서도 효율적으로 사용할 수 있다.
• 현재 무선 LAN은 무선 주파수(RF)을 사용한다.
• 무선 기술에서 전기적 신호는 증폭된 후 안테나를 통해 전자기파 형태로 방사된다.
  • 이 전자기파는 공기로 이동하여 또 다른 안테나에 수집된 후 다시 전기적 신호로 변환된다.

무선 LAN의 구성 방식

국부 무선 LAN 접속

• 사무실 전체에 무선을 설치하는 방식
• 소규모 단위 부서나 지사별로 사용 가능하다.
• 각 단말 장치가 분산 제어 방식으로 파일 공유한다.

서버를 공유하는 무선 LAN 접속

• 유선 LAN에 접속된 서버에 무선 LAN 카드를 추가해서 구성하는 방식
• 기존 서버에 무선 단말 장치를 접속하는 비용이 저렴하다.

AP를 이용한 무선 LAN 접속

• 이더넷 또는 유선 백본에 유무선 신호를 변환하는 AP를 설치하는 방식
• 무선 단말 장치에서 기존 네트워크의 파일이나 프린터 등을 공유할 수 있다.

무선 LAN의 통신 방식

• 무선 LAN의 기본 단위는 여러 개의 노드(단말)로 구성된 BSS다.

애드혹 모드 (ad-hoc mode)

• 단일 BSS만으로 된 네트워크
• 이동성이 높은 단말기 사이의 일시적인 연결을 지원한다.
• 일반 가정에서 많이 사용한다.
• 컴퓨터에 무선 LAN 카드를 장착하여 연결하는 방법
• 일대일 통신이 기본이다.
• 외부 네트워크에 직접 연결되어 있지 않아도
  네트워크를 구성하는 컴퓨터 중 하나가 외부 네트워크에 연결되어 있으면
  간접적으로 외부 네트워크에 엑세스할 수 있다.
• 적은 수의 컴퓨터를 사용하고 비교적 작은 데이터를 공유하는 응용 프로그램에서 많이 사용한다.
• 무선 LAN 장착 컴퓨터 간의 네트워크 구성이 간편하다.
• 추가 장비가 필요 없기 때문에 구성 비용이 저렴하여 외부 네트워크 공유가 가능하다.
• 외부 네트워크에 독립적으로 인식되지 않으며, 서버에 큰 부하가 걸릴 때 처리 문제가 발생할 수 있다.

하부 구조 모드 (infrastructure mode)

• BSS 사이를 연결하기 위해 BSS마다 AP를 사용하는 네트워크
• 하나의 BSS를 관리하는 AP는 기지국과 같은 역할을 한다,
• 하부 구조는 DS(Distribution System)라는 무선망으로 연결되어 전체가 하나의 ESS를 형성한다.
• ESS 내의 모든 노드 간에는 연결이 보장되므로 하나의 큰 BSS로 볼 수 있다.
• 개방형 네트워크 프로토콜을 사용한다.
  • 다른 기종 간의 연결이 가능하다.
  • 서버의 부하를 최소화하여 노드 수가 증가하더라도 문제가 되지 않는다.
• 중앙집중식으로 정보를 공유한다.
  • 애드훅 모드보다 빠른 속도로 엑세스할 수 있다.
  • 많은 수의 컴퓨터에도 효과적으로 공유할 수 있다.
• 데이터 전송을 AP가 전담하므로 효율적인 관리가 가능하다.
• IP가 독립적으로 인식되어 외부 네트워크에 직접 접속된다.
• 대규모 무선 네트워크를 구축할 수 있다.
• AP가 필요하기 때문에 별도의 비용이 발생한다.

매체 접근 제어 방식

• 이더넷에서 사용하는 CSMA/CD를 무선 LAN에서 사용하면 무선 LAN 환경에서 발생하는 문제를 해결할 수 없다.
• 그래서 만들어진 것이 무선 LAN을 위한 엑세스 프로토콜인 CSMA/CD와 유사한 CSMA/CA이다.
• 기존의 CSMA/CD로는 무선 LAN에서 발생하는 숨겨진 터미널 문제를 해결할 수 없다.
  • 2개의 스테이션과 하나의 AP로 구성된 네트워크에서 두 스테이션 모두 AP 범위 안에서
    연결되어 있을 떄 두 스테이션이 서로 충돌을 일으킬 수 있기 때문이다.

출처

• 네트워크 개론 3판 (전혜진 지음)