[네트워크] 네트워크 기술

 

 

 

 

 교환 시스템

 

 네트워크 양단에 연결된 호스트들이 전송하는 패킷은 전송 경로 중간에 위치한 교환 시스템을 거친다. 교환 시스템은 데이터를 최종 목적지까지 올바른 경로로 중계하는 교환 기능을 제공한다.

 

 회선 교환 방식은 고정 대역으로 할당된 연결을 설정하여 데이터 전송을 시작한다. 고정 크기의 안정적인 전송률로 데이터를 전송할 수 있으며, 연결이 유지되는 동안은 다른 연결에서 이 대역을 사용할 수 없다.

 네트워크의 구조가 단순하며, 데이터의 전송 경로가 연결 설정 과정에서 확정되므로 라우팅 등의 작업이 상대적으로 쉽다.

 

 패킷 교환 방식은 비연결형 서비스를 제공한다. 데이터를 미리 패킷 단위로 나누어 전송하므로 패킷을 기준으로 교환 작업이 이루어진다.

 가변 크기의 전송률을 지원하며, 네트워크가 복잡하다.

 

 프레임 릴레이와 셀 릴레이 교환 방식은 데이터의 전송 속도를 향상시키는 기술이다.

 

 

 

교환 시스템의 종류

 

 전용 회선 방식에서는 송신 호스트와 수신 호스트가 전용으로 할당된 통신 선로로 데이터를 전송하지만, 교환 회선 방식에서는 전송 선로 하나를 다수의 사용자가 공유한다.

 

 회선 교환 : 데이터를 전송하기 전에 연결 경로를 미리 설정하는 방식이다. 데이터 전송률이 안정적이다.

 

 메시지 교환 : 경로를 미리 설정하지 않고, 대신 전송하는 메시지의 헤더마다 목적지 주소를 표시하는 방식이다. 송신 호스트가 전송하는 전체 데이터가 하나의 단위로 교환 처리된다.

 

 패킷 교환 : 연결을 설정하지 않고 패킷 단위로 데이터를 설정한다. 송신 호스트는 전송할 데이터를 패킷이라는 일정 크기로 나누어 전송하며, 각 패킷은 독립적으로 라우팅 과정을 거쳐 목적지에 도착한다. 전송 대역의 효율적 이용, 호스트의 무제한 수용, 패킷에 우선 순위 부여라는 장점이 있다. 각 패킷별로 지연되는 정도를 나타내는 지연 분포의 형태는 가변적이다. 이런 가변적인 전송 지연의 분포를 지터라고 한다. 패킷 경로를 선택하는 방식은 정적 경로와 동적 경로가 있다.

 

 

 

패킷 교환

 

 가상 회선 : 연결형 서비스를 지원하기 위한 기능이다. 연결을 통해 전송되는 모든 패킷의 경로가 동일하다.

 

 데이터그램 : 비연결형 서비스를 이용해 패킷을 독립적으로 전송하는 것이다. 전송되는 패킷들이 독립적인 경로로 전달되므로 전송할 정보의 양이 적거나 상대적으로 신뢰성이 중요하지 않은 환경에서 사용된다.

 

 

 

프레임 릴레이와 셀 릴레이

 

 프레임 릴레이 : 동일한 속도의 전송 매체로 고속 데이터 전송을 지원할 수 있도록 고안된 기술이다. 데이터링크 계층의 기능을 단순하게 설계하는 것이 가능하다.

 

 셀 릴레이 : ATM 방식으로 더 잘 알려져있다. 회선 교환과 패킷 교환 방식의 장점을 모아 고안되었다. 오류 제어에 대한 오버헤드를 최소화한다. 셀이라는 고정 크기의 패킷을 사용한다.

 

 

 

LAN

 

 단일 건물이나 학교 같은 소규모 지역에 위치하는 호스트로 구성된 네트워크이다. 호스트 간의 간격이 가깝기 때문에 데이터를 브로드캐스팅 방식으로 전송한다.

 

 버스형 : LAN 환경에서 가장 많이 사용된다. 공유 버스 하나에 여러 호스트를 직접 연결한다. 대표적인 버스형 연결 형태인 이더넷은 충돌이 발생하는 것을 허용하는 대신, 충돌 후에 문제를 해결하는 사후 해결 방식이다.

 

 링형 : 전송 호스트의 연결이 순환 구조인 링 형태이다. 특정 호스트에서 전송한 데이터는 반드시 링을 한 바퀴 돌아 송신 호스트로 되돌아온다. 토큰이라는 제어 프레임을 사용해 충돌 가능성을 차단한다.

 

 

 

MAN

 

 LAN보다 큰 지역을 지원한다. 여러 건물이나 한 도시에서의 네트워크 연결이다.

 

 MAN을 위한 국제 표준안은 DQDB이다. 전송 방향이 다른 두 버스로 모든 호스트를 연결하는 구조를 지원한다.

 DQDB의 특징으로는, 분산 데이터 큐를 유지할 수 있고, 충돌 문제를 해결하기 위해 슬롯 링 개념을 변형한 FIFO 기반의 공유 슬롯 방식을 사용하고, ATM과 호환이 가능하도록 53바이트의 프레임을 지원한다는 점이 있다.

 DQDB는 두 개의 단방향 선로가 존재한다.

 

 

 

WAN

 

 국가 이상의 넓은 지역을 지원하는 네트워크 구조이다.

 점대점으로 연결된 WAN 환경에서는 전송과 더불어 교환 기능이 필수적이다.

 호스트 사이의 거리가 멀기 때문에 연결의 수가 증가할수록 전송 매체를 많이 사용하므로 비용이 많이 든다.

 

 

 

인터네트워킹

 

 둘 이상의 서로 다른 네트워크를 연결하는 기능을 인터네트워킹이라고 한다.

 네트워크를 연결하는 장비는 일반적으로 물리 계층, 데이터링크 계층, 네트워크 계층의 기능을 수행한다. 특별히 네트워크 계층까지의 기능을 수행하는 장비는 라우터이다.

 

 

 

브리지

 

 2계층을 지원한다. 연결되는 LAN이 다른 종류일 경우 프레임 해석, 변환 등의 복잡한 과정이 필요하다.

 브리지는 연결된 LAN의 종류만큼 MAC 계층과 물리 계층을 처리해야 한다.

 

 트랜스페런트 브리지 : 라우팅 기능을 사용자에게 투명하게 보여준다. 브리지 사용자는 전송하는 프레임의 주소부에 라우팅에 관한 정보를 추가하지 않아도 되며, 필요한 라우팅 과정은 브리지가 자동으로 수행한다.

 

 라우팅 테이블 : LAN이 동작하면서 자동으로 생성된다. 이처럼 네트워크 동작 과정에서 라우팅 정보를 얻는 방식을 역방향 학습 알고리즘이라고 한다.

 

 스패닝 트리 : 네트워크의 비순환 구조를 말한다. 이를 지원하는 알고리즘을 스패닝 트리 알고리즘이라 한다.

 

 소스 라우팅 브리지 : 트랜스페런트 브리지는 공유 버스에서 구현되는 CSMA/CD 방식과 토큰 버스 방식에서 사용한다. 사용자 입장에서는 간편하지만 효율적이지 못하다는 단점이 있다. 소스 라우팅 브리지는 일반적으로 링 구조의 네트워크에서 사용한다. 프레임이 수신 호스트까지 도달하기 위한 라우팅 정보를 송신 호스트가 제공한다. 브리지는 이 정보를 이용해 프레임을 적절한 경로로 전달한다.

 

 

 

IP 인터네트워킹

 

 인터넷에서 네트워크를 연결하는 방식이다. 

 패킷 중계 기능은 IP 프로토콜이 속한 양쪽 MAC 계층이 다르면 패킷 변환 기능이 필요하다. 필요 시 패킷 분할과 병합 과정도 수행한다.

 

 

 

인터넷 라우팅

 

 고정 경로 배정 : 송수신 호스트 사이에 영구불변의 경로를 배정한다. 단점은 전송 경로가 고정되므로 트래픽 변화에 따른 동적 경로 배정이 불가능하다는 점이다. 간단하고 효율적인 라우팅이 가능하다.

 

 적응 경로 배정 : 인터넷 연결 상태가 변하면 이를 데이터그램의 전달 경로에 반영한다. 이때 결정에 영향을 주는 요소는 두 가지로, 특정 네트워크나 라우터가 정상적으로 동작하지 않는 경우와, 네트워크의 특정 위치에서 혼잡이 발생하는 경우이다. 경로를 결정하는 과정이 복잡해지면 이를 처리하는 라우터의 부담이 증가하는데, 인터넷처럼 복잡한 망에서 이것은 상당히 부담스러운 작업이다. 라우터들끼리 정보의 불일치성이 발생할 수 있다.

 

 자율 시스템 : 동일한 라우팅 특성에 의해 동작하는 논리적인 단일 구성체이다. 자율 시스템 내부에서 사용하는 공통 프로토콜을 내부 라우팅 프로토콜이라고 한다. 자율 시스템들 간에 사용하는 라우팅 프로토콜을 외부 라우팅 프로토콜이라고 한다.

 

 

 

QoS

 

 자주 언급되는 QoS 매개변수로는 연결 설정 지연, 연결 설정 실패 확률, 전송률, 전송 지연, 전송 오류율, 우선순위 등이 있다.

 

 IP 프로토콜은 원칙적으로 모든 패킷에 대해 동일한 기준을 적용해 목적지까지 데이터를 중계한다. 특히 데이터의 도착 순서나 데이터의 100% 수신 등을 보장하지 않는다.

 

 QoS에서는 전송 데이터를 특징에 따라 여려 종류로 분류한다.

 영상 데이터 : 대용량의 실시간 전송이 필요하지만, 전송 오류 문제에는 상대적으로 관대하다.

 일반 컴퓨터 데이터 : 실시간 기능은 필요 없지만, 전송 오류에 매우 민감하다.

 

 IP 프로토콜에서 QoS를 지원하려면 각 패킷을 서로 다른 QoS 기준으로 구분할 수 있어야 하고, 라우터에서 이를 처리해야 한다.