제1부 근거리 통신망 입문(LAN)
데이터 통신의 기본
1. 데이터 통신 개요

통신이란 한 지점에서 원하는 다른 지점까지 의미 있는 정보를 보다 적절히 빠르게 상대방이 이해가 될 수 있도록 전송하는 것을 의미한다. 데이터 통신이란 통신 선로에 연결된 하나 또는 그 이상의 단말기 및 컴퓨터에 의한 정보의 전달을 의미한다. 컴퓨터 네트워크는 지리적으로 분산되어 있는 위치에서 상호간에 자원의 공유를 가능하게 하기 위하여 상호 연결된 동질적인 혹은 이질적인 컴퓨터 시스템의 집단을 말한다
1.1 네트워크 토폴로지(TOPOLOGY)

토폴로지는 네트워크를 구성하는 노드와 이들 노들간의 연결 상태에 대한 기하학적인 배치를 의미하며 “통신망 구조”라고도 한다. 토폴로지 분류는 크게 Point-to-Point 방식에는 Star구조와 Ring구조가 있다. 스타 구조는 모든 노드를 일대일로 연결하므로 매우 복잡하고 많은 비용이 든다. 링구조는 구성은 간단하지만 약간은 통신 지체가 발생활 수 있고 각 노드마다 특정 고유주소를 할당하여야 하며 어떤 노드를 찾아갈 때 어느 길로 가야 하는지 결정할 수 있어야 한다. 멀티 포인트 방식에는 버스구조는 케이블링에 소요되는 비용이 최소이며 각 노드의 고장이 네트워크의 다른 부분에 전혀 영향을 미치지 않지만 베이스밴드방식을 사용하면 민감하여 거리상 제약을 가지는 단점이 있다.

1.2 데이터 채널

네트워크 채널이란 네트워크상의 노드들을 연결하는 연결선의 집합을 의미한다. 기본적으로 채널과 링크는 물리적인 매체의 형태를 갖는다. 물리적 매체로는 Twisted Pairs, 동축케이블, 광섬유 등이 있으며, 서로 다른 채널용량 또는 Bandwidth를 갖고 있다. 채널 용량은 물리적 매체에 의해 전달되어질 수 있는 아날로그 신호의 범위 또는 범주를 의미한다. 그것은 또한 물리적 매체가 한번에 수용할 수 있는 메시지의 양을 나타내기도 한다.

Bandwidth는 채널 용량을 나타내는 용어로써 동축케이블은 10?310MHZ까지의 약 300MHZ의 Bandwidth를 갖고 있으며 Twisted Pairs의 경우에는 1내지 2MHZ 의 Bandwidth를 갖는다. 또한 광섬유의 경우에는 수 GHZ에 달하는 Bandwidth를 갖는다. Bandwidth는 물리적 매체의 채널 용량을 나타낼 뿐 아니라 신호의 최고 및 최저 주파수의 차이를 나타내는 데에도 사용된다. 그러나 Bandwidth가 순수한 데이터를 취급할 경우에는 일 초당 전송되는 데이터의 양을 나타낸다. 이때의 전송속도 단위는 bps(bit per second)이다. 디지털 신호 전용의 전화망은 초당 1.54Mbit를 전송할 수 있다. 따라서 1.54Mbps의 Bandwidth를 갖고 있다고 말한다. 그러나 사람의 목소리를 전송하는 전화선을 이용해 데이터를 전송할 경우에는 모뎀이 갖고 있는 최대 전송속도 이상으로 데이터를 전송할 수 없으므로 모뎀의 최대 전송속도가 Bandwidth가 된다.

1.3 LAN(Local Area Network)

LAN은 하나의 사무실 건물, 캠퍼스와 같은 적당한 크기의 공간에 대한 최적화된 네트웍으로서 다른 종류의 데이터 네트웍과 구별된다. LAN은 중간 노드의 교환이 필요 없는 점 대 점 (Point-to-point) 공유물리적 매체를 이용하여 통신한다.

1.4 MAN (Metropolitan Area Network)

MAN은 몇 개의 건물로부터 도시 전체에 이르는, LAN보다 더 큰 공간에 대한 네트웍이다. 근거리망에서와 마찬가지로 MAN은 높은 데이타 전송율의 통신채널에 근거한다.

1.5 WAN (Wide Area Network)

WAN은 광역 통신망으로 지리적으로 넓은 지역에 분산 배치되어 있는 정보 단말기를 서로 묶어 주는 통신망이다.

1.6 VAN (Value Added Network)

VAN은 부가가치 통신망으로 WAN, MAN에 부가적인 통신 기능이나 응용 소프트웨어를 부가한 통신망이다.

　

2. 통신망의 전송 매체

전송매체는 네트워크상의 각 노드를 연결시켜 주는 물리적인 채널을 말하는 것으로, 전송매체는 Bounded, Unbounded 두 종류로 크게 구분한다. Unbounded 전송매체는 대기와 같은 무선매체를, Bounded 전송매체는 케이블과 같은 유선매체를 일컫는 말이다.

2.1 트위스티드페어 (Twisted Pair)

Twisted Pair 와이어는 선들간의 전자적 유도 현상을 줄이기 위해 두 가닥의 전선을 꼬아놓은 것이다. 음성신호에 적합하며 노드 부착이 쉽고 가격이 저렴하지만 잡음에 약하고 전송거리에 제한을 받는다. 적은 비용으로 한 지역에서 다른 지역으로 정보를 보내는 가장 효과적인 방법으로, 한 쌍의 꼬여진 전선을 말한다.

보통의 전선이 전기적인 간섭을 줄이기 위해 쌍으로 꼬이게 하여 전자적 유도 현상을 줄인 케이블이다. 네트워크 전송매체로서 가장 값싸고 쉽게 설치할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 비교적 저속도(1-10Mbps)를 지원하는 것으로 대역폭의 제한이 많고 동축, 광섬유에 비해 잡음이 많다. 주로 PC용 네트워크에 많이 이용된다.

2.2 동축케이블 (Coaxial cable)

동축케이블은 잡음을 최소화시키기 위해 통신선을 전도체와 그 주위를 둘러싸고있는 금속끈으로 구성하고, 전도체가 외부에 노출되는 것을 방지하기 위해 전도체를 불전도성 물체로 감싸고, 그 둘레를 다시 금속끈 막으로 감싼 후, 다시 플라스틱 물체로 외부 피막을 만든 케이블이다. 폭 넓은 대역폭, 빠른 데이터 전송속도와 전기적 간섭이 적어서 LAN 애서 가장 많이 이용한다. 동축케이블에 사용되는 저항의 크기는 대게 500hm에서 750hm 사이를 사용한다. Ethernet의 경우에는 50hm 규격의 동축케이블을 사용한다. Baseband와 Broadband에 사용되며 이때 사용되는 케이블의 크기는 각각 3/8인치, 1/2인치이다. Baseband LAN에서 사용시 동축케이블의 용량은 초당 10-12Mbit를 전송할 수 있다.

2.3 광섬유 (Fiber Optics)

광섬유는 매우 가는 유리섬유를 이용해 정보를 보내는 것으로, 넓은 대역폭을 가지며 전송속도가 매우 높고 오류가 적다. 그리고 빛을 이용해 정보를 보내기 때문에 전기적인 간섭을 받지 않는다. 사람의 머리카락 굵기만큼의 유리 섬유를 이용하여 정보를 보내는 것으로 광섬유의 한쪽 끝에는 레이저나 LED같은 광원이 위치하고 다른 한쪽에는 광 탐지기가 위치한다. 빛은 유리 섬유를 통하여 다른 한쪽 끝으로 보내지게 되고 정보는 광원을 잘 조절하여 나오는 빔에 실려서 전달된다.

광 섬유의 단면을 살펴보면 두 부분으로 나뉘며, 중심부를 코어와 클래드라고 한다. 빛이 광섬유를 통과하여 나갈 때에, 클래딩은 거울과 같은 역할을 수행하여 빛을 반사한다. 이 반사된 빛은 다시 코아 속을 통과하고 다시 클래딩으로 가서 반사된다. 이러한 과정이 반복됨으로써 빛이 광섬유를 통하여 전송되는 것이다. 이때, 빛이 클래딩 밖으로 나올 수 없게 광섬유가 만들어져 있다. 넓은 대역폭(3.3GHZ)을 갖고 외부 간섭에 전혀 영향을 받지 않으며, 네트워크 보안성이 크다는 장점이 있다. 데이터의 전송속도는 대략 1Gbit이고, 오류는 1 당 1 로서 매우 적다. 케이블의 크기가 상대적으로 작고 가볍지만, 설치시 고도의 기술이 요구된다

　

3. 통신 채널 할당 기법

3.1 공간 분할 다중화 SDM(Space division Multiplexing)

여러 개의 물리적인 채널을 모아서 하나의 채널로 만들어 각각의 단말에 고정된 채널을 할당하는 방식이다. SDM 방식은 전성 회선의 용량에 극히 일부분만을 사용하므로 비효율적인 방식이다.

3.2 주파수 분할 다중화 FDM(Frequency Division Multiplexing)

하나의 물리적인 전송 매체를 사용 가능한 Bandwidth를 작고 많은 독립적 채널로 분할하여 가 Sub-Channel을 서로 다른 채널처럼 사용하는 방식이다. 다수의 가입자가 하나의 전화선을 동시에 이용 가능하지만 원래의 신호 즉 Baseband Signal로 보낼 수 없고 반드시 반송파 (Carrier Signal)에 실어 보내야 하기 때문에 신호는 반드시 아날로그 신호이어야 한다.

3.3 시분할 다중화 TDM (Time Division Multiplexing)

하나의 채널에 여러 대의 노드가 연결되어 있을 때, 각각의 노드에 시간을 할당하고 시간 동안에만 메시지 또는 메시지의 일부분을 보내는 방식이다. FDM방식은 다중 신호가 동시에 병렬로 보내지는 반면 TDM은 신호가 시간에 의해 순차적으로 보내지면서 한 채널을 공유하지 않고 독점적으로 이용한다. TDM은 아날로그와 디지털 신호 모두를 사용할 수 있다.

3.4 통계적 시분할 다중화 (Statistical Time Division Multiplexing)

통계 시분할 다중화는 Channel Allocation 기법의 TDM의 변형으로 연결된 장치들이 항시 계속해서 전송하는 것이 아니라는 점을 이용한 방식이다. 동기 시분할 멀티플렉서에서는 많은 타임슬롯들이 낭비된다. 다수 터미널을 하나의 공유 컴퓨터 Port에 연결할 때는 대개 동기 TDM을 사용한다. 모든 터미널이 활발히 움직인다. 해도 대부분의 시간 동안 데이터 전달은 없다. 따라서 비동기 TDM 및 지능TDM 이라고도 하는 통계 STDM을 사용하게 되었고 이는 곧 ATM을 구현케 하였다.

　

4. 네트워크 액세스 방식

4.1 CSMA/CD

이 방식은 채널을 사용할 때 우선 다른 사용자가 채널을 이용하는지의 여부를 감청한 다음 사용하는 방법으로 경쟁에 의해 채널 사용권을 얻는다. Carrier Sense는 채널을 사용하기에 앞서 다른 노드가 현재 채널을 사용 중인지를 조사하는 것이다.

이때 채널이 비어 있으며 각 노드 중 원하는 노드는 누구라도 채널을 사용 할 수 있다. 이를 Multiple Access 라고 한다. 각 노드는 메시지를 보낸 직후에 충돌 여부를 항상 알아봐야 하는데 이를 Collision Detection 이라 한다.

4.2 TOKEN PASSING

접속되어 있는 노드들 사이를 토큰이라 불리는 패킷이 순환하는 동안, 자신이 전송을 하고자 할 때 이 토큰을 취득하여 전송을 한 후 전송이 완료되면 토큰을 반납하는 방식이다. 이 방식은 경쟁에 의한 방식에서 발생되는 충돌 현상은 발생되지 않지만 자신에게 토큰이 올 때까지 기다려야 하고 토큰이 유실되었을 때는 노드들이 무한히 기다리는 단점도 있다.

　

5. LAN의 기술 방식

5.1 Ethernet

Ethernet은 Contention방식의 동축케이블을 이용하는 베이스밴드 방식의 LAN이다.

5.2 Token Ring

Token Ring은 초기에 IBM에 의해 개발되었으며, 4-16Mbps의 속도를 보장하는 고속 DATA망으로, 채널의 사용권을 균등하게 분배하기 위해 사용권을 의미하는 토큰을 차례로 전달해 나가는 방식이다.

5.3 FDDI(Fiber Distributed Data Interface)

FDDI는 100Mbps의 속도를 토큰passing 방법을 채택하며 이중의 링 구조를 가지는 LAN으로 전송매체를 광섬유를 사용한다.

　

6. 스위칭 기술

메시지를 최종 목적지까지 전달하기 위한 전송경로 구축 방법으로 회선교환방식(Circuit Switching)과 패킷 교환 방식 (Packet Switching)이 있다.

6.1 회선 교환 방식

전화 연결에 가장 많이 사용하고 있는 회선 교환 방식은 호출자와 수신자 사이의 연결을 위하여 네트워크상의 전기적인 경로 또는 회선을 연결시킨다. 회선 연결이 일단 이루어지면 회선의 사용은 독립적으로 그리고 계속적으로 사용할 수 있다. 사용이 끝나면 회선은 자동적으로 단절이 되며, 다음의 연결 작업을 위하여 대기 상태로 들어간다. 그러므로, 회선 교환 방식은 전송이 시작되기 전에 전체 경로가 사용 가능하여야 하고 할당되어야 한다. 경로상의 교환시는 간섭할 수 없으며, 그들을 통과하는 정보는 멈추거나 저장되지 않는다. CODE, FPORMAT, SPEED, PROTOCOL 등의 어떠한 변환도 없으며, 또한 중간 Station이 발신지 - 수신지 간에 교환되는 전문의 내용을 변경하거나 가로 막지 못한다.

6.2 패킷 교환 방식

회선 교환이 이루어질 때까지 걸리는 준비 시간은 일상적인 전화 통화의 경우에 통화 시간에 비하여 짧아서 커다란 문제가 되지 않지만 컴퓨터와 컴퓨터간의 통신은 매우 짧은 시간에 많은 데이터가 움직이므로 컴퓨터에서 데이터의 통신을 위해 회선 교환 방식을 사용하는 것은 비효율적이다. 컴퓨터간의 통신을 위하여 회선 연결이 되면 연결 시간 중 극히 일부분만이 데이터 통신에 사용되며 따라서 IDLE TIME이 많은 부분을 차지한다. 그래서 해결책의 하 나로 개발된 갓이 패킷 교환 방식이다.

회선 교환 방식에서는 데이터 전송을 위한 채널 연결이 이루어진 후에 데이터 전송이 이루어지나 패킷교환 방식은 패킷 안에 최종 목적지의 주소가 항상 들어가 있으며 각 패킷들이 채널에 실려 네트워크를 따라 목적지를 찾아가는 방식으로 이루어진다. 또한 패킷이 최종 목적지에서 재조립 작업을 해야 한다. 그리고 수신된 패킷을 다음 노드로 잘 전송되었는지를 확인한 후 패킷을 폐기함으로 패킷 교환 방식을 축적 후 전달방식(Store and Forward)이라고 한다.