컴퓨터 네트워크 - 1장 근거리 통신망 (미완)
◆◆◆근거리 통신망(LAN: Local Area Network)
◆LAN의 개요
●LAN
▷다수의 독립된 컴퓨터 기기들이 상호 간에 통신이 가능하도록 하는 데이터통신 시스템이다.
▷송수신 거리가 짧아, 전송 에러율이 낮고, 패킷을 수신하는 데 걸리는 시간이 매우 짧다.
▷전송 경로에 대한 결정 없이 매체에 연결된 모든 호스트로 데이터를 전송하는 방식이다. (IP 라우팅과 같다)
●IEEE 802 표준
▷CSMA/CD 방식인 이더넷 + 토큰 버스 방식인 Arcnet + 토큰 링 방식인 LAN
▷LAN을 OSI 2계층의 데이터 링크 계층을 LLC(Logicall Link Control)와 MAC(Medium Access Control)으로 기능상 구분하였다.
●LLC(Logical Link Control, 논리 링크 제어)
▷상위 계층인 3계층 네트워크 계층과 같은 2계층 데이터 링크 계층의 MAC 계층을 연결시켜 주는 인터페이스 계층이다.
▷프레임을 목적지로 전송하는 흐름데어
▷프레임을 오류 없이 전송하기 위한 오류 제어
▷DSAP(Destination Service Access Point)와 SSAP(Source Service Access Point)로 나뉜다.
▷SSAP은 메시지를 송신하는 측의 논리적인 네트워크를 나타낸다.
▷DSAP은 메시지를 수신하는 측의 논리적 네트워크를 가리킨다.
●MAC(Medium Access Control or Media Access Control, 매체 엑세스 제어)
▷물리 네트워크에 대한 접근 제어를 담당한다.
▷즉, 하나의 네트워크 상에서 동시에 두 개 혹은 그 이상의 호스트가 데이터를 보내려고 하는 시도를 막는다.
●MAC 어드레싱
▷네트워크에 연결된 각 호스트의 물리적인 주소를 처리할 수 있는 방법
*MAC 주소는 6바이트(48비트)의 주소를 사용한다. 이는 12개의 16진수로 표기되며 처음의 3바이트 OUI(Organizationally Unique Identifier) 코드로 회사마다 다르다. ( ex) 0000F0 : 삼성 )
▷LLC 계층과 물리적인 네트워크 사이의 인터페이스 역할을 수행
▷정상 프레임 수신 / 전송
▷반이중 재전송 및 백 오프 가능
▷FCS 추가(프레임 체크 순서)
▷오류 프레임 폐기
▷반이중 호환성 : MAC 주소 추가 / 제거
●프리엠블
▷동기화를 위해 주는 일정한 값
◆◆LAN의 분류
▷LAN의 분류 방법에는 토폴로지, 전송매체, 전송신호 및 매체 접근 방법 에 따른 분류가 있다.
◆토폴로지(Topology)
▷네트워크에서 호스트들을 연결하는 케이블의 구조, 방법 혹은 기하학적인 모양을 의미한다.
●성(Star)형
▷각 호스트가 허브라고 불리는 중앙 전송 제어 장치와 점대점(Point-to-Point) 링크에 접속되어 있는 형태이다.
▷처리 능력과 신뢰성은 중앙 전송 장치에 의해 좌우된다.
▷장점
- 고장 발견이 쉽고 유지 보수가 용이하다.
- 한 호스트의 고장이 전체 네트워크에 영향을 미치지 않는다.
- 확장이 용이하다.
▷단점
- 중앙 전송 제어 장치가 고장이 나면 네트워크는 동작이 불가능해진다.
- 설치 시에 케이블링에 많은 노력과 비용이 든다.
- 호스트의 설치 시 거리에 제한을 받는다.
●버스(Bus)형
▷백본 케이블에 네트워크상의 모든 호스트들을 연결하여 중추 네트워크의 역할을 하는 형태이다.
▷탭(Tap)이나 송신기(Transceiver)를 설치하여 노드들들 접속하는 다중점(Multi-Point) 형태이다.
▷CSMA/CD 방식에서 주로 이용되며, 경우에 따라서는 토큰 버스방식에서도 이용된다.
▷장점
- 설치하기가 용이하다.
- 케이블 설치 및 호스트 연결을 위해 소요되는 비용이 최소이다.
▷단점
- 재구성이나 결합 분리의 어려움이 있다.
- 탭에서 일어나는 신호의 반사는 신호의 질을 저하시킬 수 있다.
- 기저대역(Baseband) 전송 방식을 사용할 경우, 거리에 민감하여 거리가 멀어질수록 중계기가 필요하다.
- 버스 케이블에 결함이 발생하면 전체 노드들(또는 호스트들)은 모든 전송을 할 수 없게 된다.
- 호스트의 수가 증가하면 처리 능력은 급격히 감소한다.
- 네트워크에 부하가 많으면 응답시간이 늦어진다.
●트리(Tree)형
▷성형의 변형으로 연결된 노드는 중앙 전송 제어 장치(1차 허브)에 연결되어 있지만 모든 장치가 중앙 전송 제어 장치에 연결되어 있지는 않다.
▷중앙 전송 제어 장치(1차 허브)는 중계기(Repeater)의 역할을 포함하고 있다.
▷장단점은 성형과 비슷하나 추가로
- 하나의 1차 허브에 또 다른 2차, 3차 허브를 연결함으로써 더 많은 노드(또는 호스트)를 하나의 LAN에 연결할 수 있다.
- 허브가 중계기의 역할을 수행함으로써 각 호스트 간의 신호의 이동거리를 증가시킬 수 있다.
- 2차 허브로 네트워크를 분리하거나 해당 네트워크의 우선순위를 부가할 수 있다.
●링(Ring)형
▷닫힌 루프 형태로 각 노드가 단지 자신의 양쪽 호스트와 물리적으로 연결된 점대점 연결된 형태이다.
▷신호는 한 방향으로만 전송되며 각 노드는 중계기를 가지고 있어 다른 노드가 보낸 신호를 받으면 중계기로 신호를 재생하여 반대편 노드에게 전달한다.
▷장점
- 구조가 단순한여 설치와 재구성이 쉽다.
- 장애가 발생한 호스트를 쉽게 찾을 수 있다.
- 노드의 수가 늘어나도 네트워크 성능에는 별로 영향을 미치지 않는다.
- 성형보다 케이블링에 드는 비용이 적다.
▷단점
- 링을 제어하기 위한 절차가 복잡하여 기본적인 지연이 있다.
- 단방향 전송이가 때문에 링에 결함이 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없게 된다. (해결법 : 이중 링)
- 새로 노드를 추가하기 위해서는 물리적으로 링을 단절하고 노드를 추가해야한다.
◆전송 매체
●광케이블(Fiber Optical Cable)
▷데이터 신호가 전송 매체 구간에서 빛으로 전송되는 방식으로서 전자기파의 간섭에 무관하며, 높은 속도를 제공한다.
▷도청이 불가능하다.
▷송수신 신호변환기가 필요하다.
▷최근에는 고속 및 장거리, 그리고 백본급의 케이블 연결시에 이용되며, FTTH(Fiber To The Home) 구축으로 일반 가정까지도 연결되고 있는 상황이다.
●싱글모드(Single-Mode) 광케이블
▷코어 직경이 9um 정도로 광대역, 장거리 전송에 주로 사용되며 대략 50KM 전송이 가능하다 주로 노란색이다.
●멀티모드(Multi-Mode) 케이블
▷코어 직경이 50~100um 정도로 단거리에서 많이 사용된다. 케이블 색상은 주로 주황색이다.
●트위스티드 페어 케이블(Twisted Pair Cable)
▷두 선을 꼬아서 만든 케이블로 전자파 장애(EMI) 억제 능력이 뛰어나고 다른 매체에 비해 가격이 저렴하며 설치가 용이하다.
▷종류에는 비차폐 트위스티드 페어(UTP: Unshielded Twisted Pair) 케이블과 차폐 트위스티드 페어(STP: Shielded Twisted Pair) 케이블이있다.
●비차폐 트위스티드 페어(UTP: Unshielded Twisted Pair) 케이블
▷기존의 전화 시스템
▷비교적 소규모 및 실내 LAN 환경 구축시에 주로 쓰인다.
●차폐 트위스티드 페어(STP: Shielded Twisted Pair) 케이블
▷UTP의 간섭과 잡음의 영향을 줄인 것으로 비용이 비싸고 작업하기 어려운 단점이 있다
▷신호 간섭이 많은 공장이나 야외, 빠른 통신 속도가 필요한 곳에 주로 사용된다.
●동축케이블(Coaxial Cable)
▷동축케이블은 트위스티드 페어보다 우수한 주파수 특성을 가지고 있으므로 높은 주파수와 빠른 데이터 전송이 가능하다.
▷기저대역 방식(Baseband)과 광대역 방식(Broadband)으로 나뉜다.
●기저대역 전송 방식의 동축케이블
▷디지털 신호를 그대로 전송하는 경우이다.
▷광대역 방식보다 싸다.
▷주파수 분할 다중화 방식을 이용한 다중 채널을 사용할 수는 없다.
●광대역 전송 방식의 동축케이블
▷아날로그 신호로 전송하며, 전송 시에는 해당 대역 폭을 할당하여 사용할 수 있다.
▷기저대역 방식보다 장거리 전송 능력이 우수하다.
◆전송 신호
●트위스티드 페어는 디지털 신호, 광케이블은 아날로그 신호, 동축케이블은 디지털or 아날로그 신호
●기저대역(Baseband) 전송방식
▷데이터를 변조하지 않은 상태, 즉 디지털 신호를 그대로 전송하는 방식으로 10Mbps 혹은 이보다 높은 전송률을 가지는 하나의 전송 채널을 사용한다.
▷보통 이진 데이터를 맨체스터 혹은 차등(Differential) 맨체스터 부호화 방식을 사용하여 부호화한 다음에 전송한다.
▷이 방식은 분기점을 쉽게 통과할 수 없기 때문에 버스 토폴로지에 주로 사용된다.
▷또한 디지털 신호는 높은 주파수대 신호의 감쇠가 심하므로 최대 1km로 거리에 제한을 둔다.
▷이러한 이유로 네트워크 확장을 위해서는 신호를 새로 재생시키는 리피터가 사용된다.
▷이 방식은 데이터 전송 시 하나의 전송 채널을 사용하므로 공유 매체 상에서는 다중점(Multi-point) 혹은 멀티드롭(Multi-drop) 구성상에서 시간 분할 다중화 방식(TDM)을 사용하여 데이터를 전송하며, 또한 두 호스트 간에 점대점(Point-to-Point)방식으로 연결하여 사용되기도 한다.
●광대역(Broadband) 전송방식
▷아날로그 신호로 변조하여 전송하는 방식이다.
▷잡음과 감쇠에 의한 데이터 변조가 비교적 약해 장거리 전송에 쓰인다.
▷한번에 한 방향으로만 전송이 가능하다.
▷하나의 전송 매체 상에서 여러 개의 채널을 사용하기 위해 주파수 분할 다중화 방식(FDM)을 사용하며, 이 경우 RF(Radio Frequency)모뎀을 사용한다.
▷공유 매체 상에서 각 노드는 각기 다른 송신(Outbound) 및 수신(Inbound) 채널을 사용하여 데이터를 전송한다.
◆매체접근제어방식
●LAN은 하나의 노드가 데이터를 전송하면, 동일 LAN상 연결되어 있는 모든 다른 노드로 해당 데이터가 전송되는 방송형 네트워크이다.
●이러한 방송형 네트워크는 어떤 채널을 동시에 사용하려 할 때 문제를 해결하는 방식이 중요하다.
●종류로는 CSMA/CD, 토큰 링(Token Ring), 토큰 버스(Token Bus) 방식 등이 있다.
▷
●CSMA/CD(반송파 감지 다중 접속 및 충돌탐지, Carrier Sense multiple Access with Collision Detection)
▷노드가 채널의 상태를 감지해 충돌을 피하는 방식이다.
▷충돌이 검출되면 일정 시간 대기한 후 다시 확인하고, 데이터를 전송한다.
▷CSMA/CD 방식은 OSI 참조모델의 2계층에 속하지만, OSI 7계층 모델의 프로토콜은 아니다.
●토큰 링(Token Ring)
▷토큰이라는 짧은 프레임을 사용하여 데이터를 보낼 권리를 정하여 데이터를 전송하는 방식이다.
▷이더넷의 개발로 현재는 거의 사용하지 않고 있다.
●토큰 버스(Token Bus)
▷토큰 링 방식과 이더넷 방식이 결합된 형태로, 물리적으로는 버스 형태이지만 논리적으로는 토큰 링 방식을 사용하는 메체접근제어방식이다.
◆LAN을 구성하기 위한 장비
●리피터
▷신호의 재생 또는 증폭하여 이를 다시 전송하는 역할
●허브(Hub)
▷중앙 연결지점을 제공하는 네트워크 장비이다.
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷
●
▷