[네트워크 기초] 3. 전송채널

 

1️⃣ 전송채널의 연결 형태 - 토폴로지 

네트워크에서 데이터를 출발지에서 목적지까지 잇는 '전송 채널'이라는 도로가 존재한다. 

이것을 '링크'라고 부르기도 하고, '통신채널'이라고 부르기도 한다. 

 

네트워크에서는 전송채널들이 다양한 형태로 연결되어 있는데 이는 토폴로지(Topology)라고 부른다.

네트워크 토폴로지는 버스형, 트리형, 스타형, 링형 등 네가지 형태가 존재한다. 

 

- 버스(Bus)형

버스형은 중앙에 길게 드리워진 전송채널 하나를 중심으로 여러 개의 단말장치들이 연결된 형태이다. 

버스형은 양 끝단에 단말장치가 연결되지 않는 중앙 케이블이 하나 존재하는데, 이 중앙 케이블 끝에는 터미네이터(Terminatator)라는 장치가 별도로 설치된다.

네트워크상에서 전송된 데이터 신호들은 목적지 단말장치의 응답이 없을 경우 계속해서 네트워크 회선을 돌아다니는 성질이 있다. 

이를 터미네이터라는 별도 장치로 제거하는 것이다. 

만일 목적지 없이 반사되어 돌아다니는 이런 신호들을 제거해주지 않으면 다른 데이터 신호들의 통신을 방해할 수 있기 때문이다. 

 

버스형 토폴로지는 매우 단순하고, 단말장치가 늘어나더라도 중앙의 전송채널에만 연결하면 네트워크에도 쉽게 연결되기 때문에 확장성 측면에서 유리하다. 

또한 하나의 단말장치에 고장으로 문제가 발생하더라도 전체 네트워크에는 영향을 주지 않는 장점이 있다.

하지만 네트워크 통신이 중앙 채널에 너무 많이 집중되어 있어 데이터가 많이 몰릴 경우에는 데이터 처리속도가 저하될 수 있다. 

 

 

- 트리(Tree)형

트리형은 나무가 여러 개의 나뭇가지로 분기하듯이 하나의 단말장치에 2개 이상의 단말장치들이 꼬리를 물듯 연결된 형태이다. 

단말장치를 하나의 단말장치에 연결만 하면 쉽게 네트워크에 연결되기 때문에 확장성에 유리하다. 

하지만 연결된 상위 단말장치에 문제가 발생하면 해당 단말장치에 연결된 하위 단말장치들도 네트워크 연결 장애가 발생할 수 있다. 

 

 

- 스타(Star)형

스타형은 중앙의 한 개의 단말장치를 중심으로 여러 단말장치들이 연결된 형태이다. 

모든 단말장치가 중앙 단말장치에 집중 연결되어 있어 중앙 단말장치 하나만 관리해줘도 연결된 모든 단말장치들의 네트워크 연결 상태를 한 번에 파악할 수 있다. 그만큼 네트워크 장애 탐지에 용이하다. 

하지만 중앙 단말장치에 장애가 발생하면 여기에 연결된 모든 단말장치에 네트워크 연결 장애가 발생할 수 있기 때문에 위험도가 높다. 

 

스타형 토폴로지는 가정이나 사무실에서 주로 볼 수 있는 토폴로지이다. 

예를 들면 일반 가정의 경우 가입한 통신사에서 제공하는 인터넷 모뎀 장치를 중앙으로 컴퓨터, IPTV, 프린터, 유무선 공유기, A.I스피커 등이 연결되어 스타형 토폴리지 형태를 구성한다. 

 

- 링(Ring)형

링형의 네트워크 토폴로지는 인접한 단말장치들이 서로 연결되어 고리 모양을 만든다. 

네트워크 형태가 단순하여 구축비용이 크지 않아 경제적 구성이 가능하다. 

하지만 버스, 스타, 트리 구조 간에는 토폴로지 변경이 쉬운 반면 링형의 경우에는 다른 네트워크 토폴로지로 변경하기 어렵다는 단점이 있다. 

 

 

 

 

2️⃣ 전송채널의 규모 - 대역폭 

네트워크 전송채널은 '대역폭(Bandwidth)'에 따라 그 규모가 결정된다. 

네트워크에서의 대역폭은 해당 전송채널을 통해서 전송되는 데이터양의 범위이다. 

-> 일정시간 동안 전송채널을 통해 얼마나 많은 데이터가 전송되었는 가를 말하는 것이다. 

전송채널의 대역폭은 BPS(bits per second) 단위를 사용한다. 

 

대역폭은 전송채널을 통해 전송될 수 있는 데이터의 양인 동시에, 이를 네트워크 범위에서 본다면 하나의 네트워크에서 한 번에 수용하고 처리할 수 있는 데이터 양이 된다. 

네트워크에서 동시에 처리할 수 있는 데이터의 양이 크다는 것은 대역폭이 크다는 것을 의미하는 것이고, 대역폭이 크다는 것은 결국 네트워크의 규모가 크다는 것을 의미한다. 

 

네트워크 대역폭(단위: bps) = 전송된 데이터의 양(bit) / 데이터 전송 시간 (second) 

이렇게 전송채널의 대역폭은 네트워크 규모를 나타내면서 해당 네트워크가 어느정도의 데이터양을 수용하는가를 나타낸다. 

 

대역폭이 늘어나면 수용 가능한 데이터양도 늘어나므로, 동시에 보낼수 있는 데이터양이 증가하여 데이터 처리속도가 빨라진다는 것이다. 

그렇기 때문에 네트워크의 전송 속도를 빠르게 한다는 것의 의미는 단지 데이터를 빨리 흐르게 한다는 것이 아니라 

대역폭을 늘려 한 번에 전송할 수 있는 데이터의 양을 증가시키는 것이다. 

 

 

 

 

3️⃣ 유선채널과 무선채널

네트워크는 전송채널의 유형에 따라 유선과 무선채널로 분류할 수 있다. 

유선채널이란 일반 유선 전화선이나 인터넷 데이터 통신망의 LAN 케이블 같은 물리 케이블을 의미한다. 

무선채널은 WiFi 혹은 LTE, 5G 이동 통신망의 기지국 영역처럼 물리적인 케이블이 아닌 무선으로 연결되는 주파수 구간을 의미한다. 

 

- LAN(Local Area Network)

LAN은 좁고 한정된 공간에 구축된 근거리 통신망을 말하는 것이다. 

이때 각각 다른 LAN에 위치한 단말장치들은 별도의 중계 장치를 구축하지 않은 이상 서로 통신할 수 없다. 

LAN 케이블은 소규모 네트워크에 활용되는 케이블을 말한다. 

 

- WAN(Wide Area Network)

WAN은 LAN보다는 조금 큰 규모의 광대역 네트워크를 말한다. 

정확히는 여러 개의 LAN들이 서로 통신할 수 있도록 연결되어 규모가 더 커진 형태의 네트워크이다. 

WAN을 구성하는 LAN과 LAN 사이는 데이터의 고속 전송을 지원하는 케이블들로 연결되어야 하며, 굳이 물리 회선으로 연결된 경우가 아니더라도 인공위성을 통한 원거리 무선 통신 또한 WAN으로 볼 수 있다. 

우리가 자주 이용하는 WAN의 예시로는 인터넷이 있다. 

 

- 이더넷 (Ethernet)

프로토콜이란 네트워크 통신을 하기 위한 하나의 통신 규약이다. 

즉, 네트워크 통신과 관련된 모든 대상에게 공통으로 적용되는 하나의 규약이라고 생각하면 된다. 

 

프로토콜을 네트워크에 적용해야 하는 이유는 호환성 때문이다. 

네트워크에서도 통신하고자 하는 컴퓨터마다 네트워크에 데이터를 보내고 받는 방식이 모두 다르다면 메시지를 주고받기가 어려울 것이다. 

그렇기에 일련의 통신 절차를 통일할 필요가 있다. 바로 이 점이 네트워크에 프로토콜이 필요한 이유이다. 

 

네트워크에서 대표적인 프로토콜은 이더넷으로 이더넷은 주로 버스형 네트워크 토폴로지를 갖는 LAN과 WAN에 적용되는 네트워킹 방식(정보를 공유할 목적으로 네트워크를 통해 데이터를 주고받는 방식) 을 정의한 프로토콜이다. 

이더넷 기반의 통신 방식으로는 대표적으로 CSMA/CD 이 있다. 

 

CSMA/CD(Carrier sense Multiple Access/Collision Detection) 방식은 서로 눈치를 보는 소심한 통신 방식이라고 할 수 있다. 

첫번째가 반송파 감지(Carrier Sense)

두번째는 다중 접속 (Multiple Access)

세번째는 충돌 감지(Collision Detection)의 특징을 가지고 있다. 

 

반송파 감지

: 컴퓨터가 통신을 하고자 할 때, 네트워크 회선이 사용중인 경우 바로 데이터를 보낼 수 없으므로, 그보다 앞서 다른 컴퓨터가 네트워크 회선을 통하여 데이터를 송신 중인지 모니터링하는 특징을 말한다. 

일단 네트워크 회선을 통하여 데이터를 보낼 때 반송파라는 전기적 신호를 보내는데, 바로 이 신호를 감지함으로써 네트워크 회선의 사용 여부를 파악하는 것이다. 

 

다중접속

: 네트워크가 반송파를 감지해서 네트워크가 현재 비어있다면, 어느 컴퓨터가 되었든 네트워크를통해 메시지를 보낼 수 있는 특징을 말한다. 

 

메시지 충돌 

: 컴퓨터 A와 컴퓨터 B가 동시에 메시지를 보내는 경우에는 메시지 충돌이 발생할 수 있다. 왜냐하면 버스형 네트워크 토폴로지 특성상 모든 데이터 신호들은 중앙의 메인 전송채널로 모이기 때문이다. 동시에 여러개의 데이터 신호가 중앙 전송채널에 집중되므로 충돌이 발생할 수 밖에 없다.

 

메시지 충돌이 발생한 경우 메시지를 보낸 컴퓨터들은 이를 감지하고 임의의 시간동안 대기한 후에 메시지를 재전송한다. 

 

CSMA/CD 는 네트워크에 메시지를 보내는 순서가 정해져 있지는 않지만 메세지를 동시에 보내서 충돌이 나지 않을까 눈치를 보면서 메시지를 보내는 통신방식이다. 

 

- 토큰링

네트워킹 방식에는 이더넷 외에도 토큰링(Token-Ring)이라는 방식이 존재한다. 

기본적으로 토큰링은 링형 네트워크 토폴로지로 기본 구조를 하고 있다. 

토큰을 가진 컴퓨터 A만 네트워크라는 도로에 데이터를 보낼 수 있고, 토큰이 없는 컴퓨터들은 통신하지 않고 대기한다. 

그리고 통신이 모두 끝나면 컴퓨터 A는 인접한 컴퓨터 B에 토큰을 전달한다. 

그럼 이제부터 토큰을 받은 컴퓨터 B만 네트워크를 통해 데이터를 전송할 수 있게 되고 나머지 컴퓨터들은 컴퓨터 B가 통신을 마치고 토큰을 넘길 때 까지 대기해야 한다. 

 

토큰링 네트워크마다 토큰이 하나만 존재하기 때문에 토큰이 없는 컴퓨터들은 토큰이 순서대로 전달될 때 까지 계속 대기해야 하고, 토큰을 가진 오직 하나의 컴퓨터만 데이터 전송의 우선권을 가진다. 

 

이더넷 방식에서는 누구나 순서에 상관없이 네트워크를통해 데이터를 보내고 주고받을 수 있지만 많은 컴퓨터가 동시에 데이터를 보낼 경우 데이터 충돌이 발생할 수 있다. 

반면에 토큰링은 토큰을 가진 하나의 컴퓨터만 네트워크 통신이 가능하기 때문에 데이터 충돌 문제가 발생하지는 않는다. 

하지만 누구나 순서에 상관없이 데이터 전송을 할 수 있는 이더넷과 달리 토큰링은 토큰을 가진 컴퓨터만 데이터 전송 우선권을 가지기 때문에 데이터 전송 속도가 이더넷에 비해 느리다.