근거리 네트워크 (LAN)
근거리 네트워크는 비교적 가까운 지역에 한정된 통신망을 말하며, 컴퓨터 뿐만 아니라 다른 네트워크 장비를 연결/접속하여 통신할 수 있도록 구성한 네트워크 시스템을 말한다. LAN은 다양한 장치와 연결하기 편하고 재배치와 확장이 자유로우며 다양한 종류의 데이터를 처리할 수 있다. LAN의 특징은 다음과 같다.
- 단일 기관의 소유로 수 km 범위 내의 지역으로 한정된다.
- 네트워크 기기에 상관없이 서로 통신이 가능하다.
- 광역 전송 매체를 사용하여 고속 통신이 가능하다.
- 많은 사용자가 단일 매체로 지연 없이 데이터를 주고 받을 수 있다.
- 좁은 구간에서 통신하기에 전송 지연 시간이 짧고 확장하기 쉽다.
LAN 전송 방식
LAN에서 케이블을 이용하여 데이터를 전송하는 방식은 “베이스밴드” 방식과 “브로드밴드” 방식으로 분류된다.
베이스밴드 방식 (Baseband)
데이터를 전송할 때 디지털 신호를 변조하지 않고 직접 전송하는 방식으로, 하나의 케이블에 단일 통신 채널을 형성하여 데이터를 전송한다. 채널 하나에 신호 하나만 전송하기에 경제적이다. 채널이 하나이기에 생길 수 있는 충돌을 방지하기 위하여 시간을 분할해서 채널 전송 권한을 부여하는 다중화 방식을 사용한다.
브로드밴드 방식(Broadband)
부호화된 데이터를 아날로그 신호로 변조하고 제한된 주파수만 전송 매체에 전송하는 방식으로, 하나에 케이블에 다수의 통신 채널을 형성하여 데이터를 동시에 전송한다. 아날로그 신호로 변환을 위하여 모뎀이 필요하고 비용이 꽤나 들지만, 전송 거리를 크게 늘릴 수 있다.
전송 매체의 주파수를 여러 대역으로 나눠 각각 다른 데이터를 전송하는 토큰버스 방식을 사용한다.
매체 접근 제어 방식
LAN에서는 하나의 통신 회선을 공유하기에 데이터를 전송할 때 전송 매체의 접속을 제어하지 않으면 데이터 충돌이 발생할 수 있다. 데이터 충돌을 방지하기 위해서 LAN에 연결된 모든 장치는 정의된 규칙에 따라 전송 매체에 접근한다.
이와 같은 매체 접근 제어 방식은 경쟁 방식과 토큰제어 방식으로 구분된다.
- `경쟁 방식`: 언제나 매체에 접근 가능한 방식
- `토큰 제어방식`: 토큰을 사용하여 정해진 순서나 시간에 따라 매체에 접근 가능한 방식
이더넷 (Ethernet)
LAN을 구축하기 위해 사용되는 많은 네트워크 통신 기술 중, 가장 많이 사용되는 방식은 “이더넷”이다. 이더넷은 각 물리적 링크를 유일한 MAC 주소를 사용하는 포트와 연결하는 버스형 접속 형태의 구조이다. 이더넷은 매체의 종류와 배선 방식, 전송 지원 속도에 따라 이더넷, 고속 이더넷, 기가비트 이더넷, FDDI 등으로 구분된다.
- `이더넷`: 초기 버전으로, 10Mbps 속도를 제공한다. 공유기나 스위치 없이 “버스형 구조”로 여러 장비를 공유 케이블로 연결한다. 동축 케이블에 연결된 컴퓨터를 서로 접속시키는 CSMA/CD 방식으로 충돌을 감지하고 대기하며 재전송한다.
- `고속 이더넷`: 100Mbps 속도를 제공한다. 물리적 구조는 스타형이며, 대부분 UTP 케이블(Cat5 이상) 을 사용한다.
- `기가비트 이더넷`: 1Gbps 이상의 전송 속도를 제공한다. 서버, 고속 백본, 데이터센터 등에서 널리 사용한다.
- `FDDI`: 기가비트 이더넷에 밀려 많이 쓰이지 않지만, LAN의 고속 컴퓨터 연결이나 백본 네트워크로 사용된다. 통신망은 링형 접속 형태를 띈다. 이중 링 구조를 사용하여 한쪽 링이 고장나도 다른 링으로 통신이 가능하다.
무선 LAN (Wireless LAN)
이더넷 케이블과 같은 유선으로 연결된 근거리 네트워크가 아닌 Wi-Fi와 같은 무선 기술로 연결된 근거리 네트워크를 무선 LAN이라고 한다. 무선 주파수나 적외선 기술을 사용하여 네트워크 환경을 조성한다.
무선 LAN은 유선 LAN에 비해 데이터 전송 속도는 느리지만 단말기를 자유롭게 옮길 수 있고 복잡한 선이 없어 작업 환경이 쾌적하다.
IEEE에서는 무선 LAN 규격을 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac 등으로 규정했는데, 현재는 802.11n이나 802.11ac를 주로 사용한다.
무선 LAN의 기본 단위는 BSS이다. 즉, BSS(Basic Service Set)란 무선 LAN에서 통신이 이루어지는 가장 기본적인 단위의 네트워크 집합이다. 무선 LAN은 애드훅 모드와 하부 구조 모드로 분류된다.
- `애드훅 모드(Ad-Hoc Mode)`: 단일 BSS만으로 된 네트워크로, 컴퓨터에 무선 LAN 카드를 장착하여 연결하는 방법이며 일대일 통신 방식이다.
- `하부 구조 모드(Infrastructure Mode)`: BSS 사이를 연결하기 위해 무선 공유기와 같은 중심 장치인 AP(Access Point)를 사용하는 방식이다.
무선 LAN의 매체 접근 제어 방식은 이더넷에서의 방식과 다른데, 이더넷에서 사용하는 CSMA/CD는 무선 LAN 환경에서 발생하는 문제를 해결할 수 없기에 새로운 액세스 프로토콜인 CSMA/CA가 만들어졌다.
광역 네트워크 (WAN)
광역 네트워크는 2개 이상의 LAN이 넓은 지역에 걸쳐 연결되어있는 것을 말한다. WAN을 통해 국가와 국가를 연결할 수 있고, 수천 km 이상의 거리도 통신이 가능하다. WAN은 당연히 LAN에 비해 더 먼 거리를 연결할 수 있지만 네트워크 구축 비용이 많이 들고 LAN보다 연결 속도가 느리다.
통신망 노드의 전송 기능을 이용하여 데이터를 수신 측으로 전송하는 통신망을 “교환 통신망”이라고 한다. 교환 통신망은 상호 연결된 노드의 모임으로, 노드들을 경유하여 목적지까지 데이터가 전송된다. 교환 통신망은 데이터를 송신 측에서 수신 측으로 전송할 때, 한 링크에서 다른 링크로 데이터를 교환하는 방법에 따라 “회선 교환”, “메시지 교환”, “패킷 교환” 등으로 분류된다.
회선 교환 (Circuit Switching)
회선 교환은 두 스테이션 사이에 전용 통신 경로가 있다는 것이다. 데이터를 전송하기 전, 하나의 물리적 경로를 설정하고 통신을 종료할 때까지 해당 경로를 독점한다. 회선 교환 방식은 다음의 과정을 거쳐서 이루어진다.
- 노드 간 통신 시작 전, 신호 방식을 이용하여 회선을 설정한다.
- 노드는 비어있는 회선을 고정적으로 할당한다.
- 설정된 회선은 데이터를 전송한다. 이때, 회선은 사용 여부에 관계없이 점유되었기에 다른 데이터를 전송하는데 사용될 수 없다.
- 데이터 전송이 종료되면 할당 받은 회선의 연결을 해제한다.
회선 교환 방식의 장단점은 다음과 같다.
- (장점) 회선을 전용선처럼 사용해서 많은 데이터를 전송할 수 있다.
- (장점) 경로 설정 시, 사용자에게 고정적인 전송률로 정보를 전송할 수 있다.
- (장점) 경로 설정 시, 교환 노드에서 처리 지연이 거의 없다.
- (장점) 실시간 미디어 전송에 적합하다.
- (단점) 오류 없이 데이터를 전송해야 하는데 서비스에는 부적합하다.
- (단점) 설정된 데이터를 그대로 투과시키기에 오류 제어 기능이 없다.
- (단점) 데이터를 전송하지 않아도 회선을 독점하기에 비효율적이다.
메시지 교환 (Message Switching)
메시지 교환은 가변 길이의 메시지 단위로 저장/전송 방식에 따라 데이터를 교환하는 방식이다. 저장/전송 방식은 도착한 메세지를 먼저 저장하고 다음 노드로 가는 링크가 비면 전송하는 “축적 전송” 방식이다.
메시지 교환 방식은 송수신측 간에 데이터를 전송하는 전용 통신로가 필요 없고, 저장/전송 방식을 통해 링크를 동적으로 공유하여 메시지를 전송한다. 메시지 교환 방식은 다음의 과정을 거쳐 이루어진다.
- 메시지 교환기는 하드디스크가 있는 컴퓨터로 구현된다.
- 수신되는 메시지는 교환기의 하드디스크에 저장된다.
- 교환기는 메시지를 완전히 수신하면 오류를 검사한다.
- 오류가 없으면 경로를 결정하여 다음 교환기로 메시지를 전송한다.
- 먼저 도착해서 전송을 기다리는 메시지가 있으면 메시지가 모두 전송될 때까지 지연시키고 그 후 전송한다.
메시지 교환 방식의 장단점은 다음과 같다.
- (장점) 회선을 독점하여 비효율적인 회선 교환 방식을 개선했다.
- (장점) 전송 지연이 문제되지 않는 이메일이나 파일 전송에 적합하다.
- (단점) 메시지의 지연이 길고 가변적이다.
패킷 교환 (Packet Switching)
패킷 교환은 네트워크를 통해 데이터가 전송되기 전, 데이터는 각 고유 번호를 가진 작은 조각인 패킷으로 나누어지고 수신지에 전송되면 다시 원래 데이터로 재결합된다.
패킷 교환 방식은 네트워크로 전송되는 모든 데이터는 패킷으로 구성되는 방식이다. 패킷은 송수신지 정보를 포함하고, 표준과 프로토콜을 사용하여 생성된다. 이때, 패킷의 크기는 “옥탯(1바이트)”으로 나타내고, 주로 128 옥탯의 패킷을 사용한다. 패킷은 기본적으로 “헤더”, “데이터”, “순환 중복 검사”로 구성된다.
- `헤더`: 패킷의 정보(송수신지, 패킷 번호, 플래그 정보, 패킷 길이)가 들어 있다.
- `데이터`: 각 시스템에서 패킷의 최대 길이는 정해지는데, 데이터의 크기가 패킷의 최대 길이보다 크면 작은 조각으로 쪼개져 여러 패킷으로 나뉘어 전송된다.
- `순환 중복 검사`: 수신된 정보에 오류가 있는지 검사할 수 있도록 송신 측에서 원래 데이터에 추가 데이터를 보낸다. 이를 순환 중복 검사라 하며, 강력한 오류 검출이 가능하게 한다.
패킷 교환 방식은 회선 교환과 메시지 교환의 장점을 받아들이고 단점을 최소화한 방식으로, 저장/전송 방식을 사용하지만, 적당한 크기로 메시지를 분할해서 전송한다. 패킷 교환 방식은 다음의 과정을 통해 이루어진다.
- 전송 경로를 따라 패킷이 수신되면 버퍼에 저장한다.
- 먼저 도착한 패킷의 전송이 완료되면 다음 노드로 전송된다.
- 패킷이 수신지에 도착할 때까지 저장 및 전송 과정을 반복한다. (이때, 물리적 회선 연결 없이, 회선의 상황에 따라 패킷 내 주소를 이용하여 경로를 라우팅한다.)
- 수신지에 전송된 패킷은 원래 패킷의 순서대로 재결합되어 최종 스테이션으로 전송된다.
패킷 교환 방식의 특징은 다음과 같다.
- (장점) 네트워크가 버퍼 기능을 수행하기에 처리 속도가 달라도 데이터를 전송할 수 있다.
- (장점) 노드 간의 회선을 다수의 패킷이 공유하기에 효율이 높다.
- (장점) 패킷 별로 우선순위 설정이 가능하여 패킷 전송 순서를 결정할 수 있다.
- (장점) 데이터 전송 시, 과부하가 발생하면 전송 지연은 발생해도 패킷 송신은 가능하다.
패킷 교환은 접속 방식에 따라 데이터그램 패킷 교환과 가상 회선 패킷 교환으로 구분된다.
- `데이터그램 패킷 교환`: 데이터를 전송하기 전 논리적 연결을 설정하지 않고 패킷마다 송신 측과 수신 측의 주소를 추가하여 독립적으로 전송하는 방식
- `가상 회선 패킷 교환`: 데이터를 전송하기 전 논리적 연결을 설정하여 모든 패킷을 전송하는 방식
데이터그램 패킷 교환 방식은 순서가 보장이 되지 않고 경로가 매 패킷마다 다르지만, 가상 회선 패킷 교환 방식은 순서가 보장되고 경로가 미리 설정된다. 따라서 데이터그램 방식이 더 유연하고 탄력적이지만, 가상 회선 방식이 더 안정적이고 예측 가능성이 높다
