학습 목표

• 통신선로(점대점 선로, 멀티드롭 선로, 집선 선로)에 대해 설명할 수 있다.
• 데이터 전송매체(유선, 무선)에 대해 설명할 수 있다.
• 5종류의 네트워크 형태(star, ring, bus, mesh, tree)를 비교 설명할 수 있다.
• 네트워크 연결장치(리피터, 허브, 브리지, 라우터, 게이트웨이)에 대해 설명할 수 있다.
• 네트워크 소프트웨어의 정의와 분류에 대해 설명할 수 있다.

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통신 선로

1. 점대점 선로

• 점대점 선로
  • 통신 네트워크의 기본 요소로 점대점으로 두 단말기를 연결하는 통신선로 (point-to-point line; 전용선)
  • 전용선으로 이어진 사람 외 다른 사람은 사용할 수 없다.
• 점대점 선로의 확장
  • 성형(star) 네트워크
    • 중앙컴퓨터와 C사이는 점대점 선로로 이어져있다.
    • 

2. 멀티드롭 선로

• 멀티드롭 선로
  • multidrop[multipoint] line
    • 사진에서 굵게 표현된 선들이 멀티드롭 선로이다. 라인안에 여러 단말기가 연결되어 특정 라인을 공유한다.
  • 특징
    • 점대점 선로는 상대적 통신비용이 비싸다.
      • (사용하지 않는 중에도 공유 비용이 나가게 된다.)
    • 대신 멀티드롭 선로의 경우 복수개의 단말기가 연결된 하나의 선로를 공유하게 된다.
  • 선로 통신용량의 공유
    • 전용선보다 통신선로의 효율성 높음
    • 데이터 충돌 가능 ==> 선로제어 프로토콜 필요
      • (중앙컴퓨터로 동시에 2개 이상의 컴퓨터가 데이터를 전송하는 상황이 발생 가능) > 어느 컴퓨터로 보낼지 프로토콜이 필요하다.
      • [참고] 전용선: 연속적 데이터 전송에 적합
  • 멀티드롭 선로 연결 단말기
    • 단말기 수의 제한 요인
      1. 하드웨어와 소프트웨어의 처리 능력
      2. 단말기에서 발생하는 트래픽(traffic)
      3. 선로의 통신 속도
      4. 통신사업자에 의한 강제적 제약 (통신선로에 과부하가 발생하지 않도록)

3. 집선 선로

• 집선(line concentration)
  • 다수 회선으로부터 호출을 집약하여 그보다 적은 수의 중계선으로 전송하는 것 (예: 전화 교환망)
    • 여러 개의 데이테를 모아 다른 곳으로 전송하는 등, 데이터를 한곳으로 "집약"한다.
• 집선 선로
  • 중심 부분에 집선장치(line concentrator)를 설치한 후 여기에 단말기를 여러 대 연결함.
  • 출력 채널 수(나로부터 나가는) < 입력 채널 수(고객으로 부터 들어오는)
    

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전송 매체

1. 전송 매체

• 정의
  • 컴퓨터 통신망에서 송신기와 수신기 간에 물리적인 데이터 전송로의 역할
• 종류
  • 하드와이어 매체(hardwired medium)
    • 꼬임선 케이블, 동축 케이블, 광섬유 케이블
  • 소프트와이어 매체(softwired medium)
    • 공기, 해수, 진공
    • 지상 마이크로파, 위성 마이크로파, 라디오파

2. 꼬임선 케이블

• 꼬임선 케이블
  • 형태
    • 두 가닥의 절연된 구리선이 쌍으로 균일하게 꼬여 있음.
      • 간섭 현상을 감소시킴
      • 한 선은 정보 전송, 다른 선은 접지로 사용됨
      • 전선의 굵기는 0.015 ~ 0.056인치 정도
      • 4개의 꼬임선 케이블이 하나의 케이블안에 묶여져 있다.
  • 하나의 쌍이 하나의 통신 선로의 역할을 함.
  • 여러 개의 쌍이 다발로 묶어져 하나의 케이블을 형성함.
  • 종류
    • 비차폐 꼬임선(Unshielded Twisted Pair, UTP)
    • 차폐 꼬임선(Shieled Twisted Pair, STP)
      

3. 동축 케이블

꼬임선이었던 2개의 도체가 절연체를 사이에 두고 같은 방향으로 뻗어있다.

• 동축 케이블
  • 형태
    • 중심 도체(심선)와 외부 원형 도체가 서로 절연된 상태로 동일한 축을 형성
    • 중심 도체의 굵기는 0.4 ~ 1인치 정도
  • 용도
    • 다양 (장거리 전화망, Cable TV 전송, LAN등)
  • 리피터(repeatre)
    • 데이터 신호가 점점 약해지는 것을 리피터가 다시 동일하게 확장시켜서 전송한다.
      • 
    • 아날로그 전송 (수 km 마다), 데이터 전송(1km 마다)
  • 종류
    • 기저대역 동축 케이블 (저항값 50Ω)
    • 광대역 동축 케이블 (저항값 70Ω)
    • 

4. 광섬유

종류

• 
  • 복호화 단계 (정보 -> 광)
  • 광 전송 단계
  • 복호화 단계 (광 -> 정보)

opticcal fiber

• optical core, optical cladding

전송 모드

• 
  • 다중 모드: 빛을 반사시켜 동일한 광섬유를 여러명이 사용. 전송효율이 높다.
  • 단일 모드: 일종의 전용선. 빛을 보낼 뿐 반사를 사용하지 않는다.
• 

장단점

• 장점
  • 넓은 대욕폭 (bandwith 전송 속도)
    • 꼬임선 케이블 (1km 거리에서 수 Mbps)
    • 동축 케이블 (1km 거리에서 수백 Mmps)
    • 광섬유 케이블 (수십 km 거리에서 2Gbps)
  • 작은 크기와 적은 무게
  • 적은 감쇠율
  • 전자기적 영향의 최소화
  • 리피터 설치 간격의 확대
    • 50km까지는 리피터 불필요
• 단점
  • 접속의 전문성 요구
  • 단방향 전송 (빛이니까 한쪽으로만 날아간다)
    • 양방향을 위해서는 2개의 광섬유가 필요
  • 가격이 비싸 설치 비용의 증대

5. 무선 통신 매체

• 무선 통신 매체
  • 공기, 진공, 해수 등
• 무선통신의 무선 주파수
  • 반송파(carrier) 신호로 사용되는 전자파의 주파수
• 무선 통신의 종류
  • 지상 마이크로파 통신
  • 위성 마이크로파 통신
    • 마이크로파: 방향성이 있어, 접시 안테나 같은게 필요하다.
  • 라디오파 통신
    • radiation: 방사. 모든 방향으로 나아간다.
  • 적외선 통신

마이크로파	라디오파

지상 마이크로파

• 접시형 안테나 (고지대에 위치)
• 주요 옹도: 장거리 통신
• 주파수: 2 ~ 40GHz
• 정보 손실 요인
  • 감쇠 현상: 거리의 제곱에 비례
    • 멀리갈수록 주파수가 약해지는 현상.
  • 간섭 현상: 주파수 영역의 할당이 중요
    • 2개의 주파수가 서로 영향을 미치는 것

위성 마이크로파

• 통신 위성: 중계국
  • 정지위성, 임의 위성, 위상위성 등
• 주요 용도: 장거리 전화, 위성 TV
• 최상 주파수: 1 ~ 10 GHz
  • 1 GHz 이하 -> 심각한 잡음 발생
  • 10 GHz 이상 -> 심각한 감쇠 현상
    

두 마이크로파가 막혀서 서로 도달하지 못하는 경우를 대비하여 위성에 쏘는 모습.

• 장점
  • 대량의 통신 용량 제공
    • 주파수 다중화 방식(FDM)으로 많은 대역폭 구성
      • bandwidth를 나누고, 사이에 간섭이 안생기도록 공간을 두며 채널을 여러 개 만드는 것
      • 
  • 오류율의 감소
    • 10^(-8) (비교: 지상 마이크로파: 10^(-5))
  • 통신 비용의 감소
    • 거리에 무관한 가격 (인공위성에서 쏘면 지구 어디든 거리가 유사함)
• 단점
  • 전송 지연 (뉴스에서 특파원이 2초있다 대답하는 그런 지연)
    • 장거리 통신으로 수백 ms의 지연
  • 점대점 통신만 가능
    • 지상국과 지상국 사이의 통신
  • 복구 불가능
    • 통신위성의 고장은 모든 통신선로의 단절
  • 지상의 무선통신과의 혼선, 통신 보안 등의 문제점

라디오파

• 다방향성 -> 접시형 안테나 불필요
• 주요용도: 방송 통신용
• 주파수: 20 MHz ~ 1 GHz
• 문제점: 다중경로 간섭
  • 물체에 의한 라디오파의 반사

적외선

• 적외선(infrared)은 300~500GHz의 전자기파
  • 단거리 통신용
  • 주파수가 높아 벽을 통과할 수 없음
  • 건물 내부에서만 사용 (태앙빛에도 적외선이 있음)

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네트워크 형태

각각의 특징과 장점을 알아둬야한다!

1. 성형(star) 네트워크
   • 가운데 중앙이 점대점 연결. 중앙이 고장나는 경우 통신이 완전히 망가진다.
2. 환형(ring) 네트워크
   • backup link, line이존재. 하나의 컴퓨터가 망가져도 다른 방향으로 보낼 수 있도록.
3. 버스형(bus) 네트워크
4. 그물형(mesh) 네트워크
5. 계층형(hierarchical) 네트워크 (트리형)
   • 가장 파워풀한 컴퓨터 아래에 특정 담당하는 중앙이 계층형으로 또 존재한다.

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네트워크 장치

1. 리피터

• 리피터
  • 전송되는 신호가 약해지거나 잡음 등에 대처하기 위해 원래의 신호를 재생시켜 다음 구간으로 재전송하는 장치
    • to regenerate the signal over the same network before the signal becomes too weak
  • 단순한 신호 증폭이 아니라 신호를 구분하여 재생함
    • they copy the signal bit by bit and regenerate it
  • 여러 대의 repeater를 사용하면 장거리 데이터 전송 가능함.
    • (repeater를 통과할 때 시간 지연이 발생; 보통 4개 이하)

2. 허브

• 허브
  • 단순히 하나의 노드에서 수신한 신호를 정확히 재생하여 다른 노드로 보내는 장치
    • A hub is basically multi-port repeater.(e.g. 8-port)
      • 리피터는 들어오고 나가는 라인이 하나밖에 없는 반면, 허브는 하나의 라인이 들어오고 여러개의 나가는 라인이 있다.
  • 종류
    • 더미 허브 (dumb hub)
    • 스위칭 허브 (switching hub)
    • 스태커블 허브 (stackable hub)
• 스태커블 허브
  • 여러 개의 허브를 연결하여 사용하는 허브
  • 캐스케이드(cascade) 케이블이라는 전용 케이블로 허브와 허브를 연결
  • 여러 대의 허버를 한 대의 허브로 인식시켜 줌
  • 대부분의 스위칭 허브에 스태커블 허브의 기능이 내장되어 출시됨.

3. 브리지

• 브리지 (LAN과 LAN의 연결)
  • 복수의 LAN을 연결하기 위한 장치로 데이터 링크 계층에서 동작하는 통신 장치
  • 브리지는 자신이 수신한 데이터의 전송 주소(네트워크 카드의 물리 주소: MAC주소)를 검사해서 목적지가 송신지와 다른 LAN인 경우에는 다른 LAN으로 전송해줌.

4. 라우터

• 라우터 (경로 배정)
  • 일반적으로 Router는 IP 네트워크들 간을 연결하거나 IP 네트워크와 인터넷을 연결하기 위해 사용하는 장치로 네트워크 계층에서 동작함.
    

라우터의 기능

• Routing 기능: 송신지에서 수신지로 가장 최적의 경로를 선택하여 데이터 패킷을 전송해줌
• 오류 제어: 오류가 있는 패킷을 검출하여 폐기함

라우팅 방법

• static routing: 수동적인 방법으로 라우팅 테이블을 관리
  • 라우팅 테이블을 하나 만들어두고 계속 사용
• dynamic routing: 라우터 간의 라우팅 정보교환을 통해 라우팅 테이블을 자동적으로 관리
  • 라우팅 테이블을 업데이트해가면서 사용

라우터와 브리지의 비교

• 브리지(bridge)
  • 물리 주소 (네트워크 카드의 MAC 주소)사용
  • Router보다 패킷 전송 속도가 빠르며 가격도 저렴
  • Routing 기능이 없음
• 라우터(router)
  • 네트워크 주소 (IP 주소)사용
  • Bridge 보다 패킷 전송 속도가 느리고 가격이 비쌈
  • Routing 기능이 있음

5. 게이트웨이

• 게이트웨어
  • 서로 다른 통신 프로토콜을 사용하는 2개의 완전히 다른 네트워크 사이에서 상호 연결을 제공해 주는 통신장치
  • 통신 프로토콜의 전환
  • 데이터 형식의 변환
  • Gateway는 Router에 비해 전송속도가 느리며, 가격이 비싸고 설치가 어렵다는 단점이 있음
  • 이미 구축되어 있는 두 네트워크가 서로 다른 구조의 Network Architecture로 이루어져 있다면 Gateway를 이용하여 하나의 네트워크처럼 사용할 수 있음.

서로 통신할 방법이 없는 전혀 다른 두 네트워크를 게이트웨이가 연결해줘 하나의 네트워크처럼 이용 가능해진다.

6. 네트워크 장치 비교

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네트워크 소프트웨어

1. 정의

• 유선 혹은 무선 환경의 주어진 네트워크 계층에서 단말기들이 서로 약속된 프로토콜 메커니즘을 이용해 데이터를 교환할 수 있도록 하는 통신 소프트웨어

2. 분류

• 네트워크 애플리케이션(network application)
  • 네트워크를 통해 데이터를 보내고 전송된 데이터를 받는 것을 담당함
  • 예) 웹 브라우저, FTP, 텔넷 (네트워크 안에서 서비스를 만들어주는 애들 모두)
• 네트워크 운영체제(Network Operating System: NOS)
  • 네트워크와 네트워크 메시지를 트래픽과 대기열(큐)을 제어하고, 여러 명의 사용자가 파일과 같은 네트워크 자원에 접근할 수 있게 해 줌.

NOS의 기능들

• 프로세서, 프로토콜, 자동 하드웨어 감지, 응용 프로그램에 대한 멀티프로세싱 자원과 같은 기본적인 운영체제 기능
• 관리, 로그온 제한, 접근 제어와 같은 보안 기능
• 이름과 디렉터리 서비스
• 파일, 인쇄, 웹 서비스, 백업 및 복원 서비스

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Reference

한국방송통신대학: 정보통신망 - 손진곤