네트워크 관련 주요 용어

Circuit switch and packet switch

(1) 회선 교환

회선 교환(circuit switching) 방식은 송신지와 수신지 간에 통신 회선을 설정하여 데이터를 교환하는 방식이다. 통신을 원하는 두 스테이션 사이에 할 수 있는 전용 통신 경로가 미리 제공되는 경우로서 전용 통신 경로는 각 노드를 연속적으로 연결한 링크로 구성된다. 각 물리적 링크에서는 하나의 채널로 연결되어 있어 음성(telephone), 센서(sensor), 원격 측정 입력(telemetry input)과 같은 비교적 연속적인 흐름을 내포하는 데이터 교환(data exchange)의 경우에 적절하고 용이하게 사용되는 방식이다.

데이터 전송 중에는 설정된 통신 회선을 통하여 전송하는 방식으로서 정보량이 많을 때와 파일 전송 등의 긴 메시지 전송에 적합하다. 시분할 회선 교환기는 디지털 교환 기술과 디지털 통신 회선에 펄스 코드 변조 방식의 다중화 기술이 사용되므로 고품질의 고속 데이터 전송에 매우 효율적이다.

* 회선 교환 방법

통신시 발신 장치에 접속 정보를 통보함에 따라 통신 단말 상호 간에 회선이 구성되는 교환 방식으로서 전송 중에는 항상 일정한 경로를 사용한다. 단일 스위치의 내부 동작으로 단일 스위치에 연결된 여러 장치들은 단일 노드 네트워크(one node network)로 동작된다. 대표적인 예로는 전화 시스템을 들 수 있다.

장점

통신 시간, 거리가 비용의 주요 기준이 되며 통신량에는 무관하다.

통신 호선을 고정적으로 할당한다.

실시간 대화용으로 응용이 가능하다.

전송량이 많을 경우에 경제적이다.

대규모 트래픽 처리가 가능하다.

이용자 데이터를 프로토콜 처리 없이 고속 전송이 가능하다.

물리적 회선 제공(end-to-end)이 가능하다.

두 이용자 간에 TDM 방식에 의한 회선 독점이 가능하다.

단점

접속 시간의 지연으로 즉시성이 결여된다.

전송 품질이 양호하지 못하다.

단시간 전송인 경우에 비교적 고가이다.

속도나 코드 변환이 불가능하다.

과부하시 접속이 어렵다.

데이터를 전송하지 않을 때에도 회선이 점유되므로 네트워크 자원이 낭비된다.

다수의 상대방과 동시에 통신하고자 하는 경우에 필요한 수만큼 물리적인 회선을 보유해야 하므로 공유가 불가능하다.

데이터 전송 속도의 폭이 넓다.

(2) 패킷 교환

패킷 교환(packet switching) 방식은 패킷 형태로 만들어진 일정 길이의 전송 단위 데이터를 송신측 패킷 교환기에 기억시켰다가 수신측 주소에 따라 적당한 통신 경로를 선택하여 수신측 패킷 교환기에 전송하는 교환 방식이다. 패킷 교환 방식에서 데이터는 패킷(packet)이라고 부르는 짧은 길이의 데이터 블록 단위로 전송된다. 일반적으로 패킷의 길이는 1000바이트 정도로 제한된다. 각 패킷은 사용자 데이터를 나타내는 부분과 패킷의 제어 정보를 나타내는 부분으로 구성된다. 이 때 패킷의 제어 정보는 패킷이 수신측까지 도달할 수 있도록 네트워크 내에서 패킷의 경로를 설정하는 데 필요한 정보를 최소한 포함해야 한다. 전송 경로를 따라 각 노드에서 패킷이 수신되면 일단 저장이 된 후, 다시 다음노드로 전송된다. 패킷이 수신측에 도달할 때가지 이와 같은 저장과 다음 노드로의 전송 과정을 반복한다.

* 패킷 교환 방법 : 가상회선과 데이터그램

통신망 내에서 데이터의 교환은 패킷 형태로 만들어진 패킷을 교환기가 수신측 주소에 따라 적당한 통신 경로를 선택하여 보내 준다. 통신망 내에서 전송되는 데이터는 각 패킷에 수신지 정보, 오류 제어 정보, 순서 번호 등 통신망 내 전송에 필요한 정보를 포함한 헤더를 갖는데, 이 헤더가 붙은 데이터 블록이 바로 패킷이다.

장점

회선 이용 효율의 극대화

전송량 제어와 전송 속도 변환

표준화된 프로토콜 적용

각종 VAN 제공이 용이

각종 부가 서비스 제공

단점

대량의 데이터 전송시 전송 지연

(3) 메시지 교환

메시지 교환(message) 방식은 교환기가 송신측의 메시지를 받아서 수신측에 보내는 방식으로서, 전송하는 메시지의 길이를 그대로 전송하는 방식이다. 메시지 교환은 회선 교환 방식의 제약 조건을 해결하기 위하여 고안된 방식으로 메시지 데이터의 논리적 단위를 교환하는 것으로서 디지털 교환에 적절한 방법이다. 메시지의 예로는 전보, 전자 우편, 컴퓨터 파일, 트랜잭션(transaction)의 문의와 응답 등이 있다.

* 메시지 교환 방법

메시지 교환은 음성 통신과 데이터 통신 사이에 뚜렷한 차이가 있기 때문에 데이터 통신 교환을 일반 회선 교환 방식과 분리하여 제안한 방식이다. 두 스테이션 간에 전용 회선이 필요 없고 전송할 메시지가 있는 경우, 그 메시지에 목적지 스테이션의 주소를 부가하며, 그 메시지는 노드와 노드를 통하여 목적지까지 전송된다. 각 노드에서는 모든 메시지를 수신하여 버퍼속에 잠시 저장을 한 후 다음 노드로 전송하는 방식이다. 메시지는 각 노드에서 메시지의 모든 비트를 받는데 필요한 시간만큼 지연되고, 또 다음 노드로 전송하기 위하여 기다리는 대기 지연이 가산되므로 이 시스템을 축적 전달(store and forward) 메시지 네트워크라고 한다.

장점

메시지를 축적시켰다가 전송하므로 통신 회선의 효율적인 이용이 가능하다.

부가적인 제어 정보에 의하여 오류 제어, 코드 변환, 우선 순위 제어 등의 통신 처리 실행이 가능하다. 여러 지점을 동시에 선택하여 전송하는 방송 통신 기능을 가지고 있다. 속도나 코드 변환, 방송이나 다목적지 전송이 가능하다.

메시지의 분실을 방지하기 위해 메시지 번호, 전송 날짜, 시간 등을 메시지에 추가하여 전송이 가능하다. 코드 속도가 서로 다른 터미널끼리도 메시지 교환이 가능하다.

고장이 난 터미널로 가는 메시지를 교환기가 보관하거나 지정된 다른 터미널로 전송이 가능하다. 피호출자가 다른 터미널과 교신 중이거나 고장일 때에는 교환기가 수신하여 두었다가 수신자가 수신 가능한 상태일 때 메시지 를 전송하므로 호출자와 피호출자는 동시적인 상태가 필요하지 않다.

정보 전송량이 갑자기 많아질 경우 축적할 수 있고, 메시지에 우선 순위 부여가 가능하다.

단점

메시지의 길이가 일정하지 않다.

응답 시간이 느리고 대화형으로 응용이 불가능하다.

전송 지연 시간이 매우 크다.

각 노드에서 메시지의 모든 비트를 받는데 필요한 시간만큼 지연되고 다음 노드를 전송할 기회를 얻기 위한 대기 지연 때문에 실시간 처리에 부적합하다.

네트워크를 통한 지연이 상대적으로 길기 때문에 대화식 터미널-호스트 연결에 부적합하다.

다중화(Multiplexing)

-여러개의 정보들을 용량이 큰 하나의 전송선으로 전송하는 방법.

-장점: 회선비용을 대폭 줄일 수 있음

-종류

①주파수 분할 다중화 (FDM : Frequency Doamin Multiplexing)

-좁은 주파수 대역을 사용하는 여러 개 신호들이 넓은 주파수 대역을 가진 하나의 전송로를 따라서 동시에 전송되는 방식

-전송 매체의 대역폭이 전송 신호의 대역보다 넓을 때 사용 가능

-수신측에서는 필요한 주파수만 선별하는 여과과정을 통해 정보 취득

-용도: TV,라디오에서 주로 사용

②시분할 다중화 (TDM : Time Doamin Multiplexing)

-시간을 타임 슬롯이라는 기본 단위로 나누고, 이들을 일정한 크기의 프레임으로 묶어서 채널별로 특정 시간대에 해당하는 슬롯에 배정 전송 매체의 전송 속도가 정보소스의 정보 발생률보다 빠를 때 사용 가능

Data Transfer Rate

데이터 전송 속도는 주어진 시간 (대개 1초) 내에 한 지점으로부터 다른 지점으로 옮겨진 디지털 데이터의 량을 말한다. 그러나, 데이터 전송 속도를 주어진 량의 데이터가 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 속도로도 볼 수 있다. 일반적으로 주어진 경로의 대역폭이 크면, 데이터 전송속도도 더 빠르다.

통신에서의 데이터 전송은 보통 bps 단위로 측정된다. 예를 들면, 모뎀을 통해 인터넷에 접속하는 전형적인 속도는 56 Kbps 정도이며, 이더넷과 같은 근거리 통신망에서의 데이터 전송은 10 Mbps 수준이다. 네트웍 스위치들은 1초에 수 테라 비트를 전송할 수 있도록 계획된다. 초기의 통신 시스템에서, 데이터 전송 속도는 간혹 초당 전송할 수 있는 문자의 수나 블록수로 측정되기도 하였다.

컴퓨터에서는, 데이터 전송속도를 초당 전송되는 바이트 수로 재는 경우도 종종 있다.

네트워크 유형

1) LAN(Local Area Network)

- 자기 자신이 포함된 지역 네트워크

- 구성 방법 : LAN 장비를 이용하여 비교적 작은 지역 단위로 구성

LAN 종류 예제)

host ------------------- host

host ------ Hub ------- host

Hub ------------------- Hub

Hub ----- Switch ----- Hub

- LAN 구간 프로토콜 : Ethernet(대표적), Token Ring(IBM계열), FDDI(링 2개)

- 잘 설계된 네트워크 중점 요소 : 확장성(나중을 위한), 이중성(안전한 데이터 전송을 위해 선을 이중구성),안정성, 보안성

2) WAN(Wide Area Network)

- 광범위한 지역 네트워크

- LAN과 LAN을 연결하는 광범위한 지역 단위 네트워크 망

- 구성 방법 : ISP업체(통신사업자)로 부터 서비스망(회선)을 임대하는 방식 ex) KT

LAN ---- router ------ 전용회선 ------ router ---- LAN

서울 | <----- WAN -----> | 부산

<- Ethernet -><- HDLC -><- Ethernet ->

- WAN 장비 : 라우터(Router), WAN 케이블

- WAN 구간 프로토콜 : HDLC, PPP, Frame-Relay

프로토콜

프로토콜 본래의 의미는 외교에서 의례 또는 의정서를 나타내는 말이지만, 네트웍 구조에서는 표준화된 통신규약으로서 네트웍 기능을 효율적으로 발휘하기 위한 협정이다. 즉, 통신을 원하는 두 개체간에 무엇을, 어떻게, 언제 통신할 것인가를 서로 약속한 규약이다.

OSI Vs TCP/IP

- OSI 7 Layer

7계층 - Application - 사용자 인터페이스 / 응용 프로그램

6계층 - Presentation - 데이터 포맷 / 암호화

5계층 - Session - 연결 유지

4계층 - Transport - 패킷 생성 / 패킷 오류 관리

3계층 - Network - 논리적 주소 관리 / 경로 설정

2계층 - Data Link - 물리적 주소 관리

1계층 - Physical - 네트워크의 물리적 구조(케이블, 신호방식)

TCP/IP 프로토콜은 Physical layer, Data link layer, Network layer, Transport layer, Application layer 의 다섯 계층으로 구성되어 있다.

TCP/IP는 각 모듈이 대화식으로 되어있는 계층 구조를 갖지만, 모듈들이 반드시 상호 의존적이지는 않다.

Transport layer에는 TCP/IP를 규정하는 세 개의 프로토콜인 TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Datagram Protocol), SCTP(Stream Control Transmission Protocol)가 있다.

Network layer에는 데이터 이동을 지원하는 여러 프로토콜이 있지만, TCP/IP에 의해 규정된 주요 프로토콜은 IP(Internetworking Protocol)이다.

Physical layer & Data link layer : 표준과 기술적인 프로토콜을 지원한다.

Network layer

IP를 지원한다. IP는 4개의 지원 프로토콜(ARP, RARP, ICMP, IGMP)을 사용한다.

* IP

- TCP/IP 프로토콜에서 사용되는 전송 메커니즘이다.

- 기초되는 계층의 신뢰성이 없음을 가정하고 목적지까지 전송이 제대로 이루어지도록 최선을 다하지만 완전한 보장은 없다.

- 데이터를 데이터그램이라는 패킷 형태로 나누어서 전송한다.

- 사용자가 주어진 응용에 필요한 기능을 자유롭게 추가할 수 있는 전송기능을 제공하므로 최대한의 효율성을 제공한다.

* ARP (Address Resolution Protocol)

- IP를 물리적인 주소로 변환해 준다.

* RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

- 호스트의 물리 주소를 알고 있을 때 인터넷 주소를 알아내는데 사용된다.

- 컴퓨터가 네트워크에 처음 연결될 때 또는 디스크가 없는 컴퓨터가 부트될 때 사용된다.

* ICMP (Internet Control Message Protocol)

- 송신자에게 데이터그램의 문제점을 알려주기 위해 호스트와 게이트웨이가 사용하는 매커니즘이다. ICMP는 조회와 오류보고 메시지를 보낸다.

* IGMP (Internet Group Message Protocol)

- 수신자 그룹에게 메시지를 동시에 전송하는데 사용된다.

Transport layer

2개의 프로토콜(TCP,UDP)을 갖는다. 새로운 전송 계층 프로토콜인 SCTP는 몇몇 새로운 응용들의 요구를 충족시키기 위하여 개발되었다.

* UDB (User Datagram Protocol)

- Process-to-Process 프로토콜로서, 포트 주소, 검사합 오류제어, 상위계층으로부터 받은 데이터 길이 정보만 추가한다.

* TCP (Transmission Control Protocol)

- Application에 대한 모든 전송계층 서비스를 제공한다.

- 신뢰성 있는 스트림 전송 프로토콜이다.

- 각 전송의 송신종단에서 TCP는 데이터 스트림을 세그먼트라는 보다 작은 단위로 나눈다.

- 세그먼트는 수신된 세그먼트에 대한 확인응답 번호와 함께, 수신 후에 순서를 맞추기 위한 순서 번호를 포함하고 있다.

- 세그먼트는 IP 데이터그램으로 캡술화 되어 인터넷을 통하여 전달된다.

- 수신 종단에서, TCP는 수신되는 각 데이터그램을 모아서 순서번호에 따라 순서를 맞춘다.

* SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

- IP 텔레포니와 같은 새로운 응용을 제공한다.

- UDP와 TCP의 장점을 결합한 전송 계층 프로토콜이다.

Application layer

TCP/IP에서 Application layer는 OSI 모델의 Session, Presentation, Application layer를 합친 것과 같다.