12장. LAN

LAN

제한된 지역 내에 있는 다수의 독립된 컴퓨터 기기들로 하여금 상호 통신이 가능하도록 하는 데이터 통신 네트워크

 

특징

방송(Broadcast) 형태의 패킷 교환
라우팅과 같은 경로 선택 불필요
광대역 전송 매체의 사용으로 고속 통신이 가능
동축케이블 혹은 광케이블 매체의 이용으로 매우 낮은 에러율을 가짐
ACK 수신 시간이 짧아져 패킷 지연이 최소화됨

 

토폴로지

성형(Star)

각 스테이션(station)이 허브(Hub)라고 불리는 중앙 전송 제어 장치와
점대점(Point-to-Point) 링크에 의해 접속되어 있는 형태

장점
고장 발견이 쉽고 유지 보수가 용이함
한 스테이션의 고장이 전체 네트워크에 영향을 미치지 않음
한 링크가 떨어져도 다른 링크는 영향을 받지 않음
확장이 용이함

 

단점
중앙 전송 제어 장치가 고장이 나면 네트워크는 동작이 불가능
설치 시에 케이블링에 많은 노력과 비용이 듦
통신량이 많은 경우 전송 지연이 발생함

 

버스(Bus)형

하나의 긴 케이블이 네트워크상의 모든 장치를 연결하는 중추 네트워크의 역할을 하는 형태
탭이나 송신기를 설치하여 노드를 접속하는 다중점(Multi-point) 형태

 

장점
설치하기가 용이함
케이블에 소요되는 비용이 최소
각 스테이션의 고장이 네트워크 내의 다른 부분에 아무런 영향을 주지 않음

단점
재구성이나 결합 분리의 어려움
탭에서 일어나는 신호의 반사는 신호의 질을 저하시킴
기저대역 전송 방식을 사용할 경우 거리에 민감하여 거리가 멀어지면 중계 기가 필요함
버스 케이블에 결함이 발생하면 전체 스테이션은 모든 전송을 할 수 없음
스테이션의 수가 증가하면 처리 능력은 급격히 감소함
네트워크에 부하가 많으면 응답시간이 늦어짐

 

트리(Tree)형

성형의 변형으로 트리에 연결된 스테이션은 중앙 전송 제어 장치(1차 허브)에
연결되어 있지만 모든 장치가 중앙 전송제어 장치에 연결되어 있지 않은 형태
특징은 스타형과 비슷하며 아래 그림과 같이 2차 허브를 위치시킴

장점 
하나의 1차 허브에 더 많은 스테이션을 연결함
2차 허브로 네트워크를 분리하거나 해당 네트워크의 우선 순위를 부가함

각 스테이션 간의 신호의 이동거리를 증가시킴

 

링(Ring)형

닫힌 루프 형태로 각 스테이션이 단지 자신의 양쪽 스테이션과 전용으로 점 대 점으로 연결된 형태

 

장점
장애가 발생한 스테이션을 쉽게 찾음
성형보다 케이블링에 드는 비용이 적음

단순하며 설치와 재구성이 쉬움

스테이션의 수가 늘어나도 네트워크의 성능에는 별로 영향을 미치지 않음

 

단점
단방향 전송이기 때문에 링에 결함이 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없기 때문에 이를 해결하기 위해 이중 링을 사용함
새로 스테이션을 추가하기 위해서는 물리적으로 링을 절단하고 스테이션 을 추가해야 함

링을 제어하기 위한 절차가 복잡하여 기본적인 지연이 존재함

 

전송매체

트위스티드 페어

두 줄의 도선을 쌍으로 꼬아서 만든 케이블로 어느 정도의 잡음에 대한 내성을 가지고 있는 케이블

 

비차폐 트위스티드 페어(Unshielded Twisted Pair, UTP)

기존의 전화시스템에 사용되는 매체이기 때문에 별도의 설치비용이 들지 않음
전송 속도에 제한이 있어 비교적 소규모의 LAN 환경에 쓰임

 

차폐 트위스티드 페어(Shielded Twisted Pair, STP)

UTP의 간섭과 잡음의 영향을 줄인 것
비용이 비싸고 작업하기 어려움

 

동축케이블

트위스티드 페어보다 우수한 주파수 특성을 가지고 있으므로 높은 주파수와 빠른 데이터 전송이 가능

기저대역 전송 방식의 동축케이블
광대역 방식의 동축 케이블에 비해 비용이 저렴함
디지털 신호를 그대로 전송하는 경우
주파수 분할 다중화 방식을 이용하여 다중 채널을 사용할 수 없음
주로 버스 토폴로지에서 사용

광대역 전송 방식의 동축케이블
주파수 분할 다중화를 통해 독립적인 채널을 가짐
아날로그 신호로 전송하며 해당 대역폭을 할당하여 사용
여러 개의 빌딩간 또는 대규모의 공장 등에서 많이 사용

 

광케이블

데이터 신호의 빛에 의해 전송
전자기파의 간섭에 무관하며, 트위스티드 페어나 동축 케이블에서 지원할 수 없는 높은 속도를 제공
철저한 보안이 요구되는 경우에 사용
케이블에 스테이션을 접속하기가 어렵기 때문에 허브, 고속의 링 또는 점대점 구성에 이용
LAN에서 현재 FDDI(Fiber Distributed Data Interface)와 DQDB(DistributedQueue, Dual-bus), 기가비트 고속 이더넷 등에서 사용

 

전송신호

기저대역(Baseband) 전송방식

디지털 신호를 그대로 전송하는 방식
10Mbps 혹은 이 보다 높은 전송율을 가지는 하나의 전송 채널을 사용
보통 이진데이터를 맨체스터 혹은 차등(differential) 맨체스터 부호화 방식을 사용
버스 토폴로지에 주로 사용
최대 1km로 거리에 제한
멀티포인트(Multipoint) 혹은 멀티드롭(Multidrop) 구성상에서 시간 분할 다중화 방식(TDM)을 사용하여 데이터를 전송

 

광대역(Broadband) 전송방식

아날로그 신호로 변조하여 전송하는 방식
디지털 신호에 비해 먼 거리로의 전송이 가능
한번에 한 방향으로만 전송이 가능
여러 개의 채널을 사용하기 위해 주파수 분할 다중화 방식(FDM)을 사용 : RF(Radio Frequency) 모뎀

 

매체 접근 제어(MAC : Medium Access Control)

공유하고 있는 전송매체에 대한 채널의 할당에 대한 문제를 해결하는 방식

CSMA/CD
스테이션이 채널의 상태를 미리 감지해 충돌을 피하는 방식
토큰 링
토큰이라는 짧은 프레임을 사용하여 데이터를 보낼 권리를 정하여 데이터를 정하는 방식
토큰 버스
토큰 링 방식과 이더넷이 결합된 형태로 물리적으로는 버스 형태를 띄지만 논리적으로는 토큰 링 방식을 사용하는 매체 접근 제어 방식

 

 

LAN을 구성하기 위한 장비

리피터

OSI 모델에서 물리계층에서 동작하는 장비
동일 LAN에서 그 거리의 연장이나 접속 시스템의 수를 증가시키기 위한 장비
전송 신호를 원래의 신호로 재생하여 이를 다시 전송

허브

차바퀴의 중심부분과 같이 각 컴퓨터의 중앙 연결지점을 제공하는 네트워크 장비
단순히 하나의 스테이션에서 수신한 신호를 정확히 재생하여 다른 쪽으로 내보내는 장치

덤 허브(Dumb Hub)
단지 네트워크에 있는 컴퓨터들 간의 중계 역할 만을 담당하는 장비
일반적으로 네트워크의 전체 대역폭을 각 스테이션이 분할하여 쓰는 방식
허브에 연결된 스테이션이 어느 정도 이상 증가하게 되면 네트워크의 심각 한 속도 저하가 발생
보통 10대 정도의 소규모 네트워크 환경에서 주로 사용

 

- 스위칭 허브

스위칭 기능을 가지고 있는 허브로 스테이션들을 각각 점-대-점으로 접속시키는 장비
전이중 방식으로의 통신
CSMA/CD 방식의 네트워크에서도 충돌이 발생하지 않기 때문에 더미 허브보다 훨씬 우수한 전송 속도를 보장

 

- 스태커블 허브

네트워크가 계속 확장될 때 허브와 허브 사이를 연결하는 장비
스태커블 허브끼리는 케스케이드(Cascade) 케이블이라고 하는 전용 케이블을 사용
허브와 허브를 일반 허브로 연결하면 전송 속도의 저하가 일어날 수 있지만 스테커블 허브를 사용하면 그런 현상이 일어나지 않음

 

 

브리지(Bridge)

복수의 LAN을 결합하기 위한 장비로 데이터 링크 계층에서 작동하는 네트워킹 장비
전체프레임을 수신할 때까지 전송하지 않지만, 프레임의 내용을 변경하지 않음

 

역할

서로 다른 LAN을 목적에 따라 서로 연결함으로써 LAN들 간의 상호 작용성을 높임
전체 네트워크에 대한 스테이션의 수 혹은 거리를 확장
네트워크에 연결된 많은 수의 스테이션에 의해 야기되는 트래픽 병목현상을 줄임
네트워크를 분산적으로 구성함으로써 보안성을 높임

 

투명 브리지(Transparent Bridge, Spanning Tree Bridge)

비연결형으로 각 프레임을 다른 프레임들로부터 독립적으로 필터링하는 브리지
설치 초기에 자동적으로 구성되며 어떤 네트워크 관리도 필요하지 않음

 

소스 라우팅 브리지(Source Routing Bridge)

연결형으로 발견 프레임(Discovery Frame)으로 필터링 테이블을 만들고 이를 이용하여 필터링
각 스테이션은 브리지 방식을 완전히 알아야 하며 초기 설치 시 수동적으로 관리자가 설치
최적의 필터링

 

라우터(Router)

인터넷에서 IP 네트워크들 간을 연결하거나 IP 네트워크와 인터넷을
연결하기 위해 사용하는 장비
네트워크 계층에서 동작

 

라우터의 기능
이 기종 LAN 간 및 LAN을 WAN에 연결하는 기능
효율적인 경로를 선택하는 라우팅 기능
에러 패킷에 대한 폐기 등의 기능 등

 

라우팅 테이블의 관리 기법에 따른 라우터의 분류
- 정적 라우팅(Static Routing)
라우터 상에서 관리자가 수동적인 방법으로 라우팅 테이블을 관리
- 동적 라우팅(Dynamic Routing)
라우팅 정보의 교환을 통하여 라우팅 테이블을 자동적으로 관리

 

 

CSMA/CD

스테이션이 채널의 상태를 감지해 충돌을 피하는 매체 접근 방식

 

많은 스테이션의 사용자가 하나의 회선에 동시에 접근하면 신호가 겹쳐서 신호가 손상되거나 신호 자체가 소실될 가능성이 생김
충돌을 피하면서 많은 양의 프레임을 전송하기 위해서는 매체 접근 제어 메커니즘이 필요
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection): IEEE 802.3
이더넷 (Ethernet)