[네트워크] 컴퓨터 네트워크의 기본 개념

02 컴퓨터네트워크 기본 개념

1. 회선 구성

1. 점대점(point-to-point) 방식

• 메인 프레임 형태의 중앙의 컴퓨터와 여러 터미널들이 독립적인 회선을 이용해 1:1로 연결되는 방식
• 비지능형(dumb) 터미널을 비동기식으로 중앙 컴퓨터에 연결할 때 사용
• TCP/IP 환경에서는 PPP(Point-to-point Protocol)를 사용하여 두 노드 간에 1:1로 연결

 

2. 다중점(Multi-point) 방식 (멀티드롭)

• 하나의 장치에 연결된 하나의 전용 회선을 사용해 다수 개의 장치들을 연결하고 정보를 송수신하는 방식
• 컴퓨터가 폴링(polling)하는 시스템에서만 사용 가능
  • (단말에서 서버로 정보 전송)
  • 컴퓨터가 방송(boradcasting)하는 형태로 한 회선에 연결된 모든 터미널에 블록 형태의 데이터를 전송하고, 터미널은 데이터 블록과 함께 전송되어 모든 고유한 주소와 터미널 자신의 주소를 비교하여 주소가 일치된 경우에만 데이터를 전송
• 터미널의 주소 판단 기능과 버퍼 필요
• 장점: 데이터 양이 적을 때 효과적이고, 회선 비용을 절감\
• 단점: 회선 고장 시 고장 지점 이후 단말 장치의 운용이 불가능

 

 

데이터 통신 네트워크의 분류 (전송 기술과 구조에 따른)

• 교환 데이터 통신 네트워크(Switched data communication network)
  • 회선 교환 네트워크 (전화)
  • 메시지 교환 네트워크 (사용x)
  • 패킷 교환 네트워크 (전화 제외 나머지)
• 방송 데이터 통신 네트워크(Broadcast data communication network)
  • 패킷 라디오 네트워크
  • 인공위성 네트워크
  • 지역(local) 네트워크

 

3. 교환(switching) 방식

 

1. 회선 교환(Circuit Switching) 방식

• 정보 전송의 필요성이 생겼을 때, 상대방을 호출하여 물리적으로 연결하고, 정보 전송 종료될 때까지 물리적 연결이 지속
  • 정보 전송 시작할 때 물리적인 연결을 확립하고 전송이 종료될 때 까지 연결 유지
  • 전송이 이루어지기 전에 먼저 데이터 통신을 위한 전용 전송료(dedicated transmission path)를 설정
• 해당 회선은 배타적으로 두 사람 사이에만 이용 가능
• ex) 전화 교환기
• 점대점 방식의 전송구조

2. 메시지 교환 방식

• 전용 전송로의 설정이 불필요, 메시지에 목적지 주소를 첨부하여 전송
• 메시지는 노드에서 노드로 네트워크를 통해 이동
• 축적후 전달(store and forward) 방식
• 상대 스테이션이 다른 스테이션과 데이터 교환 중이거나 고장 등의 이유로 메시지를 수신할 수 없는 상태일 때도 메시지 전송 가능
• 동일 내용의 메시지를 교환네트워크를 통해 다수의 스테이션에 전송 가능
• 필요에 따라 우선 순위 전송 가능

 

3. 패킷 교환(Packet Switching) 방식

• 패킷마다 송신지, 수신지의 주소를 넣어 전송하여 패킷 교환기가 해당 주소에 근거하여 최종 목적지까지 패킷을 전달
• 전송하고자 하는 정보를 패킷 단위로 분할하여 사용
• 물리적인 전송로를 여러 노드가 공유하여 전송 효율이 높음
• 패킷별로 우선순위를 적용할 수 있어 다양한 형태의 서비스가 가능

 

 

1) 데이터 그램(Datagram) 방식

• 패킷마다 주소를 삽입하여, 각 패킷을 독립적으로 취급하여 송신한 순서와 다르게 패킷이 도착 가능
• 패킷 교환기가 고장을 일으켜 해당 교환기에서 대기 중이던 패킷이 손실되는 경우에는 수신지나 송신지에서 이를 감지하고 복구를 수행해야 한다.
• 장점: 송수신측 간에 연결 설정 절차가 필요하지 않아, 적은 양의 패킷만을 전송하는 경우 효과적이다. 노드 별로 전송을 하기 때문에 망 운용에 높은 유연성을 제공한다.
  • 노드에 장애가 발생하면 그 노드를 경유하는 모든 가상회선이 사용 불가능해지는 가상회선 방식과 다르게, 데이터그램은 대체 경로 사용 가능

2) 가상회선 Virtual Circuit) 방식

• 두 지점 사이에 논리적인 전송 경로(가상회선)를 먼저 설정하고 송수신자 주소 대신 논리적 전송경로 번호를 이용하여 스위칭
• 각 패킷은 데이터 정보와 함께 가상회선 식별자를 포함하기 때문에 각 노드가 패킷에 대한 경로를 알 수 있어 경로 설정과 관련된 결정을 할 필요가 없다
• 장점: 패킷의 순서 및 오류 제어를 망에서 제공하고, 패킷을 신속하게 전송할 수 있다.
  • 데이터 그램 방식에 비해 많은 양의 데이터를 연속으로 보낼 수 있으며, 패킷별 별도의 주경로 설정을 하지 않아도 됨

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2. 전송 기술의 종류와 특성

 

1. 단방향과 양방향 전송

단방향(simplex) 전송 방식

• 데이터 전송로에서 한쪽 방향으로만 데이터 전달
• ex) 라디오, TV

양방향(duplex) 전송 방식

• 방향의 전환에 의해 전달 방식을 바꾸어 전송
  • 1) 반이중(half duplex) 전송 방식
    • 연결된 두 장치 간에 교대로 데이터를 교환
    • 어떤 순간에는 반드시 한쪽 방향으로만 전송 가능
    • ex) 무전기

 

 

• 2) 전이중(full duplex) 전송 방식
  • 동시에 양방향으로 두 장치가 데이터를 교환 가능
  • TCP/IP 네트워크의 TCP연결

 

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2. 아날로그, 디지털 전송

아날로그 데이터

• 온도, 압력, 전압과 같이 연속적으로 변화하는 물리량의 변화로부터 획득되는 데이터

디지털 데이터

• 불연속적인 값을 가지며, 임의의 최솟값의 정수배를 다루는 데이터
• 문자열, 숫자

아날로그 전송 방식

• 음성 신호와 같은 아날로그 신호 또는 변조된 디지털 데이터 전송
• 전송거리가 길어짐에 따라 감쇄현상 발생하여 복원을 위한 증폭기(Amplifier) 사용

디지털 전송 방식

• 감쇄현상 극복을 위해 재생기(Repeater) 사용
  • 수신된 디지털 신호로부터 0과 1의 비트 패턴을 재생하여 새로운 신호를 재전송

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3. 직렬, 병렬 전송

직렬 전송 방식

• 한 번에 한 비트씩 순서대로 데이터를 전송
• 컴퓨터: 여러 비트들을 한단위로 처리함
  • 시프트 레지스터(Shift Register)를 사용해 직렬-병렬 신호를 변환하여 전송하고 수신
• 각 문자, 비트들을 구별할 수 있는 방법 필요

 

병렬 전송 방식

• 여러 개의 비트를 그룹으로 묶어 한 번에 전송
• 필요한 비트 수만큼의 전송로 필요
• 패리티, 제어 비트 전송을 위한 추가적인 전송로 필요

 

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4. 비동기, 동기 전송

비동기식 전송방식(Asynchronous Transmission)

• 데이터를 짧은 비트열로 나눠서 전송하여 송수신 타이밍 문제가 발생하지 않도록 하는 방식
• 동기화는 각 전송 비트열의 내부에서만 수행 (내부 타이머 이용)
• 비트열 전후에 시작비트(ST: Start Biit), 정지 비트(SP: Stop Bit) 추가하여 전송

 

동기식 전송방식(Synchronous Transmission)

• 회선 이용효율을 증가시키기 위해 문자, 비트들의 집합인 데이터 블록 단위로 송수신
• 데이터블록 전후에는 특정한 제어 정보를 삽입 → 프레임(frame): 데이터+제어정보
  • 앞부분의 제어정보: 프리앰블(preamble)
  • 뒷부분의 제어정보: 포스트앰블(postamble)

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3. 토폴로지

• 네트워크 토폴로지 : 네트워크에서 컴퓨터의 위치나 컴퓨터 간의 케이블 연결 등과 같은 물리적인 배치

 

1. 버스 방식

• 버스(공통배선)을 모든 노드가 공유하는 방식으로 근거리통신망(LAN)에서 사용
• 하나의 노드가 모든 노드들에게 데이터를 전송할 수 있으며, 특정 노드의 상태에 따라 네트워크 형태가 변하지 않는 브로드캐스팅 방식
• 케이블링에 소요되는 비용 최소화 가능
• 장점: 관리가 용이하고, 새로운 노드의 추가가 용이
• 단점: 통신 채널이 단 한 개이므로 고장 대비 잉여 채널이 필요

 

2. 링 방식

• 데이터 흐름이 한쪽 방향으로 흐르며, 데이터를 수신한 노드는 자신에게 전달되는 데이터이면 링에서 케이블을 꺼내 처리하고 그렇지 않으면 다음 노드로 데이터를 중계
• 인접 노드로 데이터를 보내 수신지를 찾을 때까지 지속
• 다른 호스트가 메시지 수신을 못하면 송신자에게 패킷이 다시 돌아온 경우 해당 패켓을 제거
• 장점: 병목 현상이 드물며, 분산 제어와 검사, 회복이 쉬움
• 단점: 새로운 네트워크에 대한 확장이나 구조의 변경이 어려움

 

3. 성형(Star) 방식

• 중앙 제어 노드가 통신상의 모든 제어에 대한 권한과 책임을 가짐
• 장점: 고장 발견과 수리가 쉬움, 노드의 증설과 이전이 쉬움
• 단점: 잠재적 병목성을 가지며 중앙 지역 고장에 취약

 

4. 트리 방식

• 다수의 허브(스위치)를 이용해 트리처럼 연결
• 제어와 오류 해결을 각각의 허브에서 수행
• 스위치 사용 → 각 스위치에 속하는 네트워크는 다른 스위치에 속한 네트워크와 독립적으로 통신하여 분산 처리 방식 구현 가능
• 장점: 제어가 간단하여 관리 및 확장 용이
• 단점: 중앙 지점에서의 병목 현상

 

5. 그물형(Mesh) 방식

• 중앙의 제어 노드 대신, 노드 간에 점대점 방식으로 직접 연결하는 방식
• 완전 그물형(full mesh)와 부분 그물형(partial mesh)로 구분
• 특정 통신회선에 장애 발생시 다른 경로 선택 가능
• 장점: 고장 발견 용이, 한 노드 고장 시 네트워크의 다른 트래픽에 미치는 영향 최소화 가능
• 단점: 선로 구축 비용이 많이 듬 (nx(n-1) / 2)

 

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4. 네트워크

• 네트워크: 지역적으로 분산된 다수의 기기들을 결합시켜 상호 간의 정보전달을 가능케하는 전달 매체로, 노드와 링크의 집합

네트워크 구성요소

1. 하드웨어

• 네트워크 케이블 - 노드 간을 연결하는 매게체
  • 트위스티드 페어, 동축케이블, 광섬유, 무선
• 네트워크 인터페이스 카드(NIC, Network Interface Card) - 네트워크 전송매체와 노드 간을 연결시키는 인터페이스 기능
  • 이더넷(Ethernet), 토큰링(Token Ring)
  • MAC 주소 (Media Access Control Address)
• 네트워크 장비
  • 허브(Hub), 멀티포트 리피트 - 집중화 장비로, 노드들을 연결시키는 역할
    • 연결된 장치들은 하나의 버스에 접속된 것처럼 동작
    • OSI 계층의 물리 계층에서 동작
    • 리피터처럼 신호증폭기능도 수행
  • 리피터(Repeater) - 전송 거리에 따른 신호 감쇄를 보상하기 위해 전자기, 광학 전송 매체 상에서 신호를 수신하고 증폭하여 매체의 다음 구간으로 재전송시키는 장치
    • 물리계층에서 네트워크를 연결

• 브릿지(Bridge) - 네트워크를 확장하기 위해 충돌 도메인을 나누어 주는 장비
  • 충돌 도메인: 근거리 통신망에서 하나의 장비가 데이터를 보내고 있을 떄 또다른 장비가 데이터를 보내면 충돌이 발생하는 영역
  • 데이터 링크 계층에서 동작 → MAC 이라는 하드웨어 주소를 기반으로 전송할 포트를 결정

• 라우터(Router) - 서로 다른 네트워크 간의 연결(다른 LAN간, 프로토콜 구조가 다른 네트워크 간의 연결)
  • 네트워크 계층에서 동작
    • TCP/IP인 경우 IP 주소를 기반으로 목적지까지 데이터 저날 경로를 검사하여 경로 결정의 기능 수행
  • 네트워크 세그멘트 내부에서 발생하는 브로드캐스트 패킷을 모두 차단하여 다른 네트워크 세그먼트로 전달되는 것을 방지

• 게이트웨이(Gateway) - 2개 이상의 다른 종류 또는 같은 종류의 네트워크를 상호접속하여 정보를 주고받을 수 있도록 하는 장비
  • 라우터와 혼용되어 사용, 다른 네트워크로의 입구
  • 프로토콜 구조가 다른 네트워크 환경도 동작 가능
  • OSI 계층의 모든 계층에 걸쳐 동작

 

2. 소프트웨어

• 네트워크 운영체제(NOS, Network Operating System)
  • 네트워크를 관리하고 제어하도록 만든 시스템 소프트웨어
  • 기존 OS에서 통신망 관리에 관한 기능을 특화하고 보강한 것
  • 특징
    • 하나 이상의 업체가 만든 HW에 환경에서 동작
    • 이종의 HW LAN이라도 동일한 NOS 하에서 연결 가능
    • 네트워크 보안기능과 사용자의 파일 접근권한 관리
    • 다수 서버를 지원, 사용자가 접속한 서버 종류와 무관할 수 있는 투명성 있는 환경 제공
    • 다중 사용자 환경에서 프로그램 및 파일에 대한 보안기능 제공

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네트워크 구성 방식

1. 피어투피어(Peer-to-Peer) 방식
   • 동등한 수평적 관계의 노드가 데이터 주고 받음
2. 클라이언트-서버(Client-Server) 방식
   • 클라이언트: 서비스 요청자, 서버: 서비스에 대한 제공자(DB 소유
   • 자원을 공유하는 분산처리기법
   • ex) World Wide Web - 웹 서버 / 웹 브라우저

 

네트워크 분류

1. 근거리통신망(LAN, Local Area Network)
   • 좁은 지역(약 50km) 내의 통신 회선으로 연결된 PC, 메인프레임, 워크스테이션들의 연결 집합
   • 가까운 거리 설치된 컴퓨터 장비들을 전파신호가 가장 효과적으로 공유할 수 있도록 연결된 고속의 통신망

1. 도시권통신망(MAN, Metropolitan Area Network)
   • 도시 내의 기업, 가정, 학교 등의 네트워크를 연결

1. 광역통신망(WAN, Wide Area Network)
   • 지리적으로 흩어져 있는 통신망
   • 지방과 지방, 국가와 국가, 대륙과 대륙을 연결하는 공중망

인터네트워크(Internetwork)

• 두 개 이상의 네트워크가 연결되어 네트워크들 간에 하드웨어, 소프트웨어를 연결 시키는 방법론
• 네트워크들의 네트워크 (A network of Networks): 전 세계적 규모로 구축된 컴퓨터 통신망