2. 네트워크 - 근거리 통신 기술, 이더넷, 토큰 패싱
01. 근거리 통신(LAN : Local Area Network)
- 근거리 통신 : 제한된 영역에서 사용되고 신뢰성 있는 고속의 통신 채널을 제공하는 근거리 통신망, 전송길이가 약 50m 정도의 거리
- 근거리 통신의 특징 및 장단점
| 특징 | 장점 | 단점 |
| - 멀티미디어 데이터를 전송 - 10Mbps ~ 100Mbps 속도로 데이터를 전송 - 복수의 사용자에게 독점적 사용권을 부여함 |
- 전송되는 패킷 손실 및 지연이 적음 - 자원을 여러 사용자가 쉽게 공유 가능 |
- 전송거리가 짧아 제약이 있음 - UTP 및 광케이블로 구축되지만 노드가 많아지면 충돌이 발생하여 성능 저하 |
- 근거리 네트워크 모델 : LAN 내에서 데이터 통신과 자원 공유를 어떻게 할지 결정하는 것
| 유형 | 설명 |
| Client/Server 모델 [중앙 집중화된 구조] |
- 하나의 중앙 서버가 여러 클라이언트의 요청을 처리하는 구조, 서버는 데이터를 저장 관리, 클라이언트는 필요시 서버에 접근 - 데이터베이스 서버에 접근하거나 웹 서버를 통한 웹 페이지를 요청하는 경우 - 데이터의 일관성과 보안이 높아 효율적으로 운영, 중앙 서버 고장 시 전체 네트워크 영향, 운영 비용 발생 - 토폴로지 : 성형(스타형) 토폴로지, 트리형 토폴로지 |
| Peer-to-Peer 모델(P2P) [분산형 구조] |
- LAN 내의 모든 장치가 서로 직접 연결돼 동등하게 데이터를 공유 - 가정의 여러 컴퓨터가 파일을 서로 공유하거나 프린터를 공동으로 사용하는 경우 - 비용이 적고 소규모 시설에 적합, 보안관리가 어렵고 각 장치가 자원 제공으로 성능 저하 - 토폴로지 : 망형 토폴로지, 버스 토폴로지 |
+) 모델과 토폴로지는 네트워크를 설계하고 설정하는데 중요한 요소로 함께 작용하여 네트워크의 성능과 효율성을 결정
- 근거리 통신 프로토콜
1. (Pure) ALOHA(Additive Links Online Hawaii Area)
- 중앙국에 의한 제어 없이 무작위로 공통 전송 채널에 접속하는 경쟁 방식의 다원 접속 프로토콜(Mutiple Access Protocol), 노드 간 접속시간을 조율하지 않기 때문에 충돌이 빈번하게 발생(이론적으로 채널 사용 효율 약 18%)
- 언제든지 패킷을 전송한 뒤 수신 측으로부터 확인 응답 신호를 기다리고, 패킷 오류의 검사 후 확인 신호를 송신 측으로 보냄, 만약 일정 시간 내에 확인 응답 신호가 오지 않으면 일정 시간 대기 후 재전송 시도
2. Slotted ALOHA
- 중앙 제어국에서 보내 준 클럭 신호를 이용하여 모든 국들을 동기화시켜 패킷을 전송, 패킷 충돌 확률을 줄이고 성능 개선(이론적으로 채널 사용 효율 약 37%로 pure ALOHA에 비해 2배), 주로 무선 LAN을 사용함
* 클럭 신호 : 논리상태 H(High,1)와 논리상태 L(Low,0)이 주기적으로 나타나는 방향파 신호
3. CSMA(Carrier Sense Mutiple Access)
- Slotted ALOHA 방식의 발전된 형태, 전송을 바라는 스테이션이 전송 매체를 살펴서 다른 전송이 있는지 확인 후 상대 스테이션의 전송이 끝날 때까지 전송하지 않음
- CSMA/CA(CSMA with Collision Avoidance) : 충돌을 미리 피하는 방식으로, 데이터 전송 전에 다른 노드에게 신호를 보내 다른 노드들이 전송하지 못하게 함. 주로 무선통신(Wi-Fi)에서 사용함
- CSMA/CD(CSMA with Collision Detection) : 충돌을 감지하는 방식으로, 충돌 발생 시 즉시 검출하여 데이터 프레임의 송신을 중단하고 대기한 다음에 회선이 사용중에 아닐 때 프레임을 재전송함
1️⃣ CSMA/CD 동작 : 충돌이 없는 경우
-> 호스트(전송을 원하는 송신 노드)가 캐리어(전송매체로 물리적 경로)를 검사하여 전송 가능 여부 확인 (Ex) 채널 전압 변화 및 신호 감지
-> 호스트에서 발생한 프레임을 공유 매체를 통해 모든 장치에 Broadcast 함
-> 목적지 IP를 확인 후 자신의 IP가 아닌 경우 폐기함, 목적지 IP를 가진 노드는 호스트에게 Unicast로 응담
* Shared Device Hub 네트워크에서는 Broadcast와 Unicast가 차이가 없음, 그 이유는 허브는 데이터의 목적지 주소를 이해하지 못해 결국 모든 포트로 전달
2️⃣ CSMA/CD 동작 : 충돌이 있는 경우
-> 호스트는 캐리어를 검사하여 전송 가능 여부 확인 (Ex) 채널 전압 변화 및 신호 감지
-> 동시에 전송한 호스트들의 데이터 프레임끼리 공유 매체에서 Collision 발생
-> Collosion 발생 시 모든 노드로 Jam Siginal을 전송하여 Collosion 발생을 알림
-> 일정 시간 후에 최대 15번까지 재전송을 시도함
+) 네트워크, 네트워크 토폴로지, 프로토콜의 차이
- 네트워크(Network) : 데이터를 주고 받는 물리적•논리적 시스템, 네트워크에서 데이터의 송•수신을 위해 토폴로지와 프로토콜이 필요
- 네트워크 토폴로지(Network Topology): 네트워크 장치들이 어떻게 연결됐는지에 대한 물리적•논리적 구조
- 프로토콜(Protocol) : 네트워크 상에서 데이터를 어떻게 전송할지에 대한 규칙
* 뒤에 OSI 7계층을 배우면서 더 명확하게 알겠지만 계층별로 사용하는 프로토콜이나 데이터 전송 단위가 다르므로 하나의 통신에서 여러 프로토콜이 사용될 수도 있음
+) 브래드캐스트, 유니캐스트, 멀티캐스트의 차이
- 브로드캐스트(Broadcast) : 네트워크에 있는 모든 노드에 데이터를 전송, 특정 주소를 사용하여 수행
- 유니캐스트(Unicast) : 특정 하나의 노드에게 데이터를 전송, 가장 일반적인 데이터 전송 방식으로 1:1 통신
- 멀티캐스트(Muticast) : 특정 그룹의 노드들에게 데이터를 전송, 효율적인 대역폭 사용이 가능
+) 데이터 전송 단위의 차이( OSI 7계층 )
- 계층전송 단위설명
| 계층 | 데이터 전송 단위 | 설명 |
| 응용 계층(Application) | 메세지(Message) | 사용자와 가장 가까운 계층의 데이터 단위. |
| 표현 계층(Presentation) | 메세지(Message) | 데이터 형식 변환, 압축 및 암호화를 위한 단위. |
| 세션 계층(Session) | 메세지(Message) | 세션 관리와 관련된 데이터 단위. |
| 전송 계층(Transport) | 세그먼트(Segment) | TCP와 UDP에서 사용하는 데이터 단위. 흐름 관리와 오류 검사 기능 포함 |
| 네트워크 계층(Network) | 데이터그램(Datagram) | 네트워크 간의 데이터 전송을 위한 단위. 주소 정보 포함. |
| 데이터 링크 계층(Data Link) | 프레임(Frame) | 송신자와 수신자 간의 연결을 위한 데이터 단위. 헤더와 트레일러 포함. |
| 물리 계층(Physical) | 데이터 비트(Data Bit) | 전송 매체를 통해 전달되는 가장 기본적인 단위 |
* 저번 글에서 말했듯이 데이터그램은 IP가 붙은 패킷으로 네트워크의 계층 데이터 전송 단위가 패킷이라는 말도 맞음
* 스테이션은 노드의 일종으로 무선 네트워크나 LAN에서 사용하는 장치(컴퓨터, 휴대폰 등)을 가리킴
-IEEE 802 위원회의 LAN 표준안
| 표준 | 설명 |
| 802.1 | 상위 계층 인터페이스와 MAC BRIDGE |
| 802.2 | LLC(Logical Link Control) |
| 802.3 | CSMA/CD(Carrier Sense Mulitiple Access/Collision Detection) |
| 802.4 | 토큰버스(Token Bus) |
| 802.5 | 토큰링(Token Ring) |
| 802.6 | MAN(Matropolitian Area Network) |
| 802.7 | 광대역(Brodband) LAN |
| 802.8 | 광섬유(FIber Optic) LAN |
| 802.9 | 종합데이터 & 음성 네트워크 |
| 802.10 | 보안(Security) |
| 802.11 | 무선 네트워크(Wireless Network) |
* IEEE는 1963년 설립된 미국전기전자기술자협회로 전기학회 및 무선학회가 합병된 학회이고 LAN 표준을 정의함
02. 이더넷
- 이더넷(Ethernet) : LAN을 위해 개발된 근거리 유선 네트워크 통신망 기술, IEEE 802.3에 표준으로 정의, 동축 케이블 또는 비차폐 연선을 사용하며 버스 토폴로지로 망을 구성 (Ex) 10BASE-T, 100BASE-T 등
* CSMA/CD 방식으로 액세스하는 방법 및 물리 계층의 사용을 정의한 이더넷 귝제표준 규격이 IEEE 802.3임
- 이더넷의 장단점
| 장점 | 단점 |
| - 적은 용량의 데이터를 전송할 경우 성능이 우수 - 설치 비용이 저렴하고 성능이 우수, 네트워크 구조 간단 |
- 네트워크 사용 시 신호 때문에 충돌 발생 - 충돌 발생 시 네트워크 지연, 부하 증가 시 충돌도 지속적으로 증가 |
- 이더넷 표준
| 표준 | 설명 |
| 10BASE-5 | - thick 동축 케이블(Coaxial Cable)로 500m의 길이를 가짐, 2.5m 간격으로 트랜시버를 연결하여 사용 |
| 10BASE-2 | - thin 동축 케이블(Coaxial Cable)로 200m의 길이를 가짐 |
| 10BASE-T | - UTP 케이블을 이용하는 것으로 가장 많이 사용됨, 100m의 길이를 가짐 |
* 10BASE-T의 의미는 10Mbsp 전송속도를, BASE는 기본 이더넷을 의미하며 전송 방식이 베이스밴드임을, T는 Twisted Pair(트위스트 페어 케이블)을 사용함을 뜻함, 5와 2는 각각 동축 케이블의 길이를 의미하지만 두께와도 연관이 있음( 두꺼운 외피를 가질수록 신호 감쇠가 적어 더 긴 거리를 안정적 전송)
- UTP 케이블 : 5개의 카테고리로 분류되면 유선 LAN을 연결
| 카테고리 | 설명 |
| Category 1 | 전화 통신에 사용하며 데이터 전송에는 적합하지 않음 |
| Category 2 | UTP 연결 방식 중 하나로 최대 4Mbps 속도로 데이터 전송 |
| Category 3 | 10BASE-T 네트워크에 사용, 최대 10Mbps 속도로 데이터 전송 |
| Category 4 | 토큰링 네트워크에서 사용, 최대 16Mbps 속도로 데이터 전송 |
| Category 5 | UTP 케이블 연결 방식, 최대 100Mbps 속도로 데이터 전송 |
* Mbps는 메가비트 퍼 세컨드로 1Mbps는 초당 1,000,000 비
- 고속 이더넷(Fast Ethernet) : 기존 이더넷에 비해 전송 속도가 향상된 이더넷으로 100BASE-T로 정의됨, 100Mbps 속도로 데이터를 전송할 수 있음, 기존 이더넷과 프레임과 포맷, 매체 접근 방식(CSMA/CD),MAC 프로토콜까지 그대로 사용가능(호환성이 좋음)
- 이더넷과 고속 이더넷의 차이점
| 구분 | 이더넷(Ethernet) | 고속 이더넷(Fast Ethernet) |
| 표준 | IEEE 802.3 | IEEE 802.3u |
| 속도 | 10Mbps | 100Mbps |
| 토폴로지 | 성형과 버스형 | 성형 |
| MAC 프로토콜 | CSMA/CD | CSMA/CD |
| 케이블 | UTP.Fiber | STP,UTP,Fiber |
| 전이중 케이블 | 지원 | 지원 |
| 다른 이름 | 10BASE-T | 100BASE-T |
* 전이중 케이블은 전이중 통신을 지원하는 케이블 (Ex) 이더넷, 트위스트 페어 케이블(UTP,STP), 광섬유 케이블(Fiber)
- 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet) : 1Gbps 속도로 데이터 전송하는 이더넷 표준 기술, 100Base-X로 정의, 이전 이더넷들과 호환되며 MAC 프로토콜로 CSMA/CD 방식을 사용함, 케이블 길이를 줄이고 전송속도를 향상, 성형 토폴로지로 망을 구성
03. 토큰 패싱(Token Passing)
- 토큰 패싱 : 토큰이라는 제어 비트를 송신하고 해당 토큰을 확보해서 통신을 하는 방식, 링형 토폴로지로 망을 구성(= 충돌 발생하지 않음)
| 특징 | 장점 | 단점 |
| - 가변 길이의 데이터 프레임 전송 가능, 특정한 비트 패턴으로 구성된 짧은 프레임 형태, 노드 확장성이 어려움, 고속 버스트 전송에 유리(고속다데이터 전송) - 부하가 높을 때 안정감, 접근 시간이 일정값 유지 - 하드웨어가 복잡, 평균 대기 시간이 높음 |
- 충돌이 발생하지 않음 - 성능 저하가 적음 - 연속적으로 큰 데이터 프레임 전송 가능(효율성) |
- 설치 비용이 고가고 복잡 - 노드가 많으면 성능 저하 (노드 확장성이 어려움) - 토큰에 대한 분실 발생 가능 |
* 일부 내용 출처 : 임호진&황성하. (2024). 네트워크관리사 1.2급 올인원. (주)영진닷컴.