네트워크 기술

교환 시스템

데이터를 최종 목적지 까지 올바른 경로로 중개

• 회선 교환 방식: 연결형 서비스를 제공
  - 고정 대역폭의 전송률을 지원, 네트워크의 구조가 단순
• 패킷 교환 방식: 비연결형 서비스를 제공
  - 가변 대역의 전송률을 지원해 네트워크 구조가 복잡
• 프레임 릴레이, 셀 릴레이 교환 방식
  - 데이터의 전송 속도를 향상시키는 기술
  

교환 시스템의 종류

• 전용 회선 방식: 송신, 수신 호스트가 전용 통신 선로로 데이터 전송
• 교환 회선 방식: 전송 선로 하나를 다수의 사용자가 공유
  
  
• 회선 교환: 데이터 전송 전에 양단 사이의 연결을 설정
• 패킷 교환: 연결을 설정하지 않고 패킷 단위로 데이터를 전송

회선 교환

• 데이터를 전송하기 전에 연결 경로를 미리 설정하는 방식
• 모든 데이터가 같은 경로로 전달
• 고정 대역의 전송 선로를 전용으로 할당 받아 안정적인 데이터 전송률 지원

메시지 교환

• 전송 전에 경로를 미리 설정하지 않는다.
• 데이터를 메시지로 나눠서 전송한다.
• 메시지의 헤더마다 목적지 주소를 표시하는 방식
• 교환 시스템은 메세지를 받으면 일시적으로 버퍼에 저장하고, 메시지를 모두 받은 후에 다음 교환 시스템으로 전달한다.
• 송신 호스트가 전송하는 전체 데이터가 하나의 단위로 교환 처리됨

패킷 교환

• 송신 호스트는 전송 데이터를 패킷으로 나누어 전송
• 각 패킷은 독립적 라우팅 과정을 거쳐 목적지에 도착
• 장점
  • 전송 대역의 효율적 이용
  • 호스트의 무제한 수용
  • 패킷에 우선순위 부여
• 단점
  • 회선 교환 방식 보다 지연이 길다.
  • 지터: 패킥의 도착 지연 시간이 가변적이며, 각 패킷들의 지연, 시간 분포를 의미

패킷 경로를 선택하는 방식

• 정적 경로: 가상회선 방식
  - 연결형 서비스를 지원하기 위한 기능
  • 연결을 통해 전송되는 모든 패킷의 경로가 동일
• 동적 경로: 데이터그램 방식
  - 패킷 경로를 독립적으로 결정
  • 네트워크 혼잡도 등 주변 상황에 따라 경로 조정

가상 회선

• 송수신 호스트 사이에 가상의 단일 파이프 설정
• 파이프를 통해 전송되는 모든 패킷의 경로가 동일

데이터그램: 비연결형 서비스

• 패킷을 독립적으로 전송, 서로 다른 경로 전송
• 패킷 도착 순서가 변경될 수 있다.

패킷 교환의 문제점

• 원거리 통신에서 전송 오류 발생 가능성이 크다.
• 오류 복구 오버헤드 증가 > 처리 과정 복잡
• 현대 신뢰성이 높은 네트워크 환경에서 오류 제거 기능 단순화 필요

오류 제어 방법

• 일반 패킷 교환: 패킷 단위로 라우터(홉) 간 오류 제어
• 프레임 릴레이: 프레임(가변 길이) 단위로 호스트 간 오류 제어
• 셀 릴레이: 셀(고정 길이 패킷) 단위로 호스트 간 오류 제어

프레임 릴레이

• 동일한 속도의 전송 매체로 고속 데이터 전송을 지원할 수 잇도록 고안된 기술
• 데이터 링크 계층의 기능을 단순하게 설계 가능

셀 릴레이 (ATM 방식)

• 회선 교환과 패킷 교환 방식의 장점을 모아 고안
• 오류 제어에 대한 오버헤드를 최소화
• 셀이라는 고정 크기의 패킷을 사용

LAN, MAN, WAN

네트워크 연결 형태

• Tightly coupled: 한 시스템 내부. 버스 연결
• Loosely coupled: 시스템 간. 네트워크 연결

네트워크 크기(연결 거리)로 분류

1. LAN Local Area Network
2. MAN Metropolitan Area Network
3. WAN Wide Area Network

LAN

• 소규모 지역에 위치하는 호스트로 구성된 네트워크

• 비교적 물리적 데이터 전송 길이가 짧다.

• 거리가 짧을수록 전송 지연이 적고, 오류 발생 가능성도 낮다.

• LAN의 전송 속도는 수십 Mbps ~ 수 Gbps

• 브로드캐스팅 방식으로 전송: 자기 것만 수신

• LAN Topology

  • 버스 형
  • 링 형

버스 형

• 공유 버스 하나에 여러 호스트를 직접 연결
• 브로드캐스팅: 한 호스트가 보낸 데이터를 모든 호스트가 수신
• 동시 전송하면 데이터 충돌
• 충돌 회피 방법 필요
• 이더넷
  - 충돌이 발생하는 것을 허용하는 대신, 충돌 후에 문제를 해결하는 사후 해결 방식
  

링 형

• 전송 호스트의 연결이 순환 구조인 링 형태
• 전송한 데이터는 링을 한 바퀴 돌아 송신 호스트로 되돌아 옴
• 둘 이상의 호스트가 동시에 데이터를 전송하면 충돌 발생
• 토큰이라는 제어 프레임을 사용해 충돌 가능성을 차단함

MAN

• LAN보다 큰 지역을 지원 (여러 건물, 도시 규모)
• DQDB 구조 지원 : Distributed Queue Data Bus
  • 전송 방향이 다른 두개의 단방향 선로로 모든 호스트를 연결
  • 분산 데이터 큐를 유지
  • 충돌 문제를 해결하기 위해 슬롯 링 개념을 변형한 FIFO 기반의 공유 슬롯 방식을 사용
  • ATM과 호환이 가능하도록 53바이트의 프레임을 지원

WAN

• 국가 이상의 넓은 지역을 지원하는 네트워크 구조
• 점대점으로 연결된 WAN 환경은 전송과 더불어 교환 기능이 반드시 필요
• 연결의 수가 증가할수록 전송 매체 비용이 많이 필요함

인터네트워킹

• 둘 이상의 서로 다른 네트워크를 연결하는 기능
• 라우터: 네트워크를 연결하는 장비이며, 일반적으로 계층 3 기능을 수행
  - 네트워크 간 차이 해결
  • 연결형/비연결형, 프로토콜 종류, 주소체계, 패킷 크기, 멀티캐스팅 지원 여부

게이트웨이: 일반적인 용어

• 라우터: 계층 3 기능을 지원, 경로 배정 기능을 수행
• 브리지: 계층 2 기능을 지원
• 리피터: 계층 1 기능을 지원

브리지

• 연결되는 LAN이 다른 종류일 경우 프레임 해석, 변환 등의 복잡한 작업 필요

• 브리지에 연결되는 LAN 종류만큼 MAC/물리 계층을 처리해야 함 (헤더 변환)

• 두 개 이상의 네트워크 연결 가능

• 종류: Transparent bridge, Source routing bridge

• 트랜스페런트 브리지

  • 라우팅 기능을 사용자에게 투명하게 보여줌
  • 브리지 사용자는 프레임에 라우팅 정보를 추가하지 않아도 됨
  • 브리지의 수행 동작
    • 프레임의 송수신자가 동일 방향에 위치하면 수신 프레임 무시
    • 프레임의 송수신자가 다른 방향에 위치하면 수신자 방향으로 프레임 중개

• 브릿지 라우팅 테이블

  • 호스트가 어느 네트워크에 있는지 알기 위해 브리지가 관리하는 테이블
  • (호스트 이름: 포트번호)

• 라우팅 테이블
  - LAN이 동작하면서 자동으로 생성
  

• 역방향 학습 알고리즘: 라우팅 정보를 얻는 방식

  • 처음에는 라우팅 테이블이 비워져 있다.
  • Flooding: 프레임을 입력 포트를 제외한 나머지 모든 포트로 전달한다.
  • 전송 정보를 근거로 라우팅 테이블을 갱신한다.

• 잘못된 라우팅 테이블
  - 네트워크에 이중 경로가 있을 때, 호스트에 대한 포트가 여러 개 만들어진다.
  

• 스패닝 트리

  • 스패닝 트리 알고리즘: 비 순환 구조를 지원하는 알고리즘
  • 네트워크 그래프를 스패닝 트리 형태로 만든다.
  • 루트 지정, 최단 거리 경로 배정

• 소스 라우팅 브리지

  • 트랜스페런트 브리지
    • 공유 버스에서 구현되는 CSMA/CD 방식과 토큰 버스 방식에서 사용
    • 간편하지만, 효율적이지 못함
      
  • 소스 라우팅 브리지
    • 링 구조의 네트워크에서 사용
    • 송신자가 전송 프레임 내에 경로 (라우팅) 정보를 제공
    • 브리지는 프레임 내의 경로 정보를 이용하여 중개

IP 인터네트워킹

• 인터넷에서 네트워크를 연결하는 방식
• 패킷 중개 기능은 IP 프로토콜이 수행
• 양쪽 MAC 계층이 다르면 패킷 변환 기능이 필요
• 필요시 패킷 분할과 병합 과정도 수행

경로 배정

• 라우터의 역할을 IP 데이터그램을 적절한 경로로 목적지로 전달

경로 배정 방법

• 고정 경로 배정
• 적응 경로 배정

고정 경로 배정

• 송수신 호스트 사이에 영구 불변의 고정 경로를 배정
• 네트워크 선로의 전송 용량이나 네트워크 간의 데이터 전송향을 측정해서 경로를 배정한다.
• 장점: 간단하지만 효율적인 라우팅이 가능
• 단점: 트래픽 변화에 따른 동적 경로 배정이 불가능

적응 경로 배정

• 인터넷 연결 상태가 변하면 이를 전달 경로 배정에 반영
  • 특정 네트워크나 라우터가 비정상적으로 동작하는 경우
  • 네트워크의 특정 위치에서 혼잡이 발생하는 경우
• 라우터 사이의 시간적인 정보의 불일치성 문제가 항상 존재
• 단점
  • 경로 결정 과정에서 라우터의 부담이 증가
  • 라우터 간 정보 교환 필요 > 트래픽 증가 > 라우터 처리 부담 증가

자율 시스템

• 동일한 라우팅 특성으로 동작하는 논리적인 단일 구성체
• 라우팅 프로토콜: 라우터 간 라우팅 정보를 교환하는 프로토콜
• 내부 라우팅 프로토콜: 자율 시스템 내부에서 사용
• 외부 라우팅 프로토콜: 자율 시스템 간에 사용

서비스 품질

품질

• 데이터를 얼마나 신뢰성 있게 전송하는가
• 관점에 따라 다양한 정의가 있다.
• 데이터 분실, 전송 지연, 지연의 일관성(지터) 관점

서비스 클래스

• 사용자에게 제공되는 네트워크 서비스 등급

QoS

• 전송 계층에서 주로 사용
• 전송 계층을 연결할 때 매개변수로 필요한 서비스 정도를 전달

QoS 매개변수

• 연결 설정 지연
• 연결 설정 실패 확률
• 전송률
• 전송 지연
• 전송 오류율
• 우선순위

인터넷에서의 QoS

IP 프로토콜

• 모든 패킷에 동일한 기준을 적용
• 데이터 도착 순서나 100% 수신을 보장하지는 않음

전송 데이터의 종류별 특징

• 영상 정보: 대용량의 실시간 전송, 전송 오류에 관대
• 컴퓨터 데이터: 실시간 전송 불필요, 전송 오류에 민감함

IP 프로토콜에서의 QoS 지원

• 각 패킷을 서로 다른 QoS 기준으로 구분하여 라우터에서 이를 처리