Computer network 15-1

15장. LAN(Local Area Network) 개관 정리

📡 Network의 종류

거리에 따른 분류

• LAN (Local Area Network): 1km 이내
• MAN (Metropolitan Area Network): 도시 규모
• WAN (Wide Area Network): 1km 이상 광역

Switching 방식에 따른 분류

Switched network

• Circuit switched network
• Packet switched network

Broadcast network (LAN, MAN)

🌐 각 네트워크의 특징

WAN (Wide Area Network)

• 1km 이상의 넓은 지역에서 이용되는 원거리/광역 통신망
• 제3자(네트워크 사업자)에 의해 제공되는 공중망/사설망
• 전송속도: Kbps 단위, error rate가 높음

MAN (Metropolitan Area Network)

• 한 도시 내의 분산된 여러 통신망을 하나로 묶는 대도시 통신망
• 높은 데이터 전송률을 가지지만 넓은 영역 서비스
• 도시 각지에 분산된 여러 LAN을 포함

LAN (Local Area Network)

• 1km 이내 좁은 지역의 컴퓨터 시스템 간 데이터 통신을 위한 근거리 통신망
• 기업, 학교, 회사 등 기존 설비를 쓰는 단체에서 소유
• 전송속도: 20Mbps → 100Mbps → 1Gbps로 진화
• 전송용량이 WAN보다 크고 오류율이 낮음

오류율 비교:

• LAN 오류율: 1:10⁸
• WAN 오류율: 1:10³~10⁵

🔧 LAN과 MAN의 성질을 정하는 3가지 요소

1. 전송매체 (Transmission Medium)

• Twisted pair: 트위스트 페어
• Coaxial cable: 동축케이블
• Fiber optic cable: 광섬유케이블
• Microwave: 마이크로웨이브
• Satellite: 위성

2. Topology (토폴로지)

• Ring: 링형
• Bus: 버스형
• Star: 성형
• Tree: 트리형 (bus + star)

3. 매체 액세스 제어 프로토콜 (MAC Protocol)

• Round Robin: 라운드로빈
• Reservation: 예약
• Contention: 경쟁
• CSMA/CD: 이더넷에서 사용
• Token ring: 토큰링
• Token bus: 토큰버스
• DQDB: Distributed Queue Dual Bus

🖥️ LAN의 배경과 활용

15.1.1 개인용 컴퓨터 LAN

• 워크스테이션-워크스테이션 또는 워크스테이션-중앙서버 연결
• 가격이 싼 프로그램은 개인용 PC에 설치
• 용량이 큰 프로그램은 중앙에 저장
• 구성원이 작업 내용을 공유
• 값비싼 자원(디스크, 레이저프린터 등) 공유
• 요구사항: 저렴한 가격, 제한된 성능

15.1.2 후미네트워크 (Backend Networks)

• 큰 회사나 연구시설에서 사용
• 메인프레임 컴퓨터나 대용량 저장장치를 상호연결

특징:

• High data rate (100Mbps 이상)
• High speed interface
• Distributed access (분산 접근)
• Limited distance
• Limited number of devices (수십 개 이내)

15.1.2 저장영역 네트워크 (SAN: Storage Area Networks)

• 저장에 관한 요구를 처리하는 별도의 네트워크
• 하드디스크, 테이프, CD Array 등을 연결

15.1.3 고속의 사무실 네트워크

• Desktop image processing
• 그래픽 프로그램
• High capacity local storage

15.1.4 백본 랜 (Backbone LANs)

• 저속의 LAN을 상호 연결

단일 LAN의 단점:

• Reliability: 전체가 고장 나는 경우 사용자 불편
• Capacity: 네트워크 장비가 늘어나면 용량 포화
• Cost: 다양한 요구를 만족시키지 못함

🔗 토폴로지 상세 설명

15.2.1.1 버스와 트리 토폴로지

• 멀티포인트 매체 사용
• 노드는 탭(Interface Hardware)을 통하여 선형 전송매체에 접속
• 스테이션과 탭 사이는 전이중 통신 지원
• 스테이션에서 전송한 데이터는 양방향으로 전파
• 버스 끝에는 종단기(Terminator) 설치

두 가지 문제점:

1. 모든 노드에서 수신 가능 → 수신자 지정 필요 (고유 주소)
2. 동시 전송 시 신호 왜곡 → 충돌(collision) 발생

해결방법:

• 데이터를 작은 블록(프레임)으로 나누어 전송
• 상호 협력적인 방법으로 순서를 바꿔가며 전송

15.2.1.2 링 토폴로지

• 전송매체 중간에 리피터 설치
• 리피터를 점대점 형식으로 연결하여 폐쇄회로 생성
• 한 방향(unidirectional)으로만 데이터 전송
• 리피터는 한쪽 링크에서 데이터를 받아 다른 쪽으로 전송
• 프레임은 모든 스테이션을 통과
• 목적지는 주소를 인식하고 프레임을 복사
• 프레임은 발신지로 돌아가서 제거

15.2.1.3 성형(Star) 토폴로지

• 각 스테이션이 중앙 노드(Central Node/Hub)에 직접 연결
• 스테이션과 중앙 노드 사이에 두 개의 점대점 링크 (송신용/수신용)

두 가지 동작 방식:

1. 브로드캐스트: Physical star, logical bus
2. 교환 디바이스: 중앙 노드가 스위치 역할

📡 전송매체 종류

Bus LAN에 사용되는 4가지 전송매체

1. 트위스트 페어 (Twisted Pair)

• 1Mbps 정도의 속도
• 초기 LAN에 사용
• 공유매체에서 높은 속도에 부적합하여 사용 중단

2. 베이스밴드 동축케이블 (Baseband Coaxial Cable)

• 디지털 신호 전송
• 원래의 이더넷(Ethernet)/IEEE802.3에서 사용
• 멘체스터 또는 차동 멘체스터 인코딩 사용
• 케이블 주파수 스펙트럼 전체 사용 (단일 채널)
• 양방향 신호 전파
• 몇 km 정도 거리
• 저항: 50 ohm

10Base5 (Thick Ethernet):

• 반지름 0.4인치, 10Mbps
• 최대 세그먼트 길이: 500m
• 탭 간격: 2.5m의 정수배
• 최대 100개 탭

10Base2 (Thin Ethernet):

• 0.25인치 케이블 (더 유연함)
• 최대 세그먼트 길이: 185m
• 최대 30개 탭
• 더 저렴하지만 신호 손실 크고 잡음에 약함

3. 브로드밴드 동축케이블 (Broadband Coaxial Cable)

• 원래 케이블 TV용
• 아날로그 신호 전송
• IEEE 802.3 규격에 포함되어 있지만 거의 사용 안 함

4. 광섬유 (Optical Fiber)

• 비싸고 사용이 어려워 사용되지 않음

🏗️ IEEE 802 프로토콜 구조

계층 구조

물리층 (Physical Layer)

• Encoding/decoding
• Preamble generation/removal
• Bit transmission/reception
• 전송매체와 토폴로지 명세 포함

MAC층 (Media Access Control)

• 전송 시 데이터에 주소와 에러 검출 필드를 추가하여 프레임 생성
• 수신 시 프레임을 받아서 주소인식과 에러 검출
• LAN 전송매체에 대한 접근 통제

LLC층 (Logical Link Control)

• 상위 층에 대한 인터페이스 제공
• 흐름제어 (Flow Control)
• 에러제어 (Error Control)

🚦 매체 접근 제어 (MAC Protocol)

분류 기준

“어디서” 제어하는가?

중앙집중형:

• 스테이션에게 네트워크 접근 권한을 부여하는 제어기가 존재
• 우선순위, 오버라이드, 대역폭 보장 등의 제어 가능
• 통제가 잘되고 스테이션의 접근 논리가 간단
• 제어기 고장 시 전체 네트워크 정지, 병목현상 가능

분산형:

• 모든 스테이션이 일괄적으로 매체 접근 제어 기법 수행

“어떻게” 제어하는가?

동기식 (Synchronous):

• 접속을 위해 정해진 용량을 할당
• 회선교환, FDM, TDM 등

비동기식 (Asynchronous):

• 통신 요청 발생 시 용량 할당
• 라운드로빈/예약/경쟁 방식

데이터 트래픽 종류

• 스트림 데이터: 길고 연속적인 특성 (음성 통신, 원격측정, 대용량 파일)
• 버스티 데이터: 짧고 산발적인 특성 (터미널과 호스트 간 트래픽)

비동기식 제어 방법

1. 라운드로빈 (Round Robin)

• 모든 스테이션에게 차례로 전송 기회 제공
• 중앙집중형(폴링) 또는 분산 방식
• 많은 스테이션이 데이터를 보낼 때 유리

2. 예약 (Reservation)

• 스트림 트래픽에 적합
• 시간을 슬롯으로 나누어 미리 예약
• 동기 시분할 멀티플렉싱과 유사

3. 경쟁 (Contention)

• 전송차례를 제어하지 않음
• 모든 스테이션이 전송을 위해 경쟁
• 버스티 트래픽에 적합
• 분산 방식, 구현이 쉬움
• 적정 부하에서 효율적, 과부하 시 성능 저하

📦 MAC Frame 구조

MAC 계층의 역할

LLC 계층의 데이터(LLC PDU)를 받아서 다음을 추가:

• MAC control: MAC 프로토콜 수행에 필요한 제어 정보
• Destination MAC address: 목적지 LAN의 수신자 물리적 부착점
• Source MAC address: 발신자의 물리적 부착점
• CRC: 순환 중복 검사 필드 (FCS Field라고도 함)

MAC 주소

• 네트워크 카드의 48비트 하드웨어 주소
• 이더넷 주소 또는 토큰링 주소와 동일
• 앞의 3바이트는 OUI(제조사 구분)
• 뒤의 3바이트는 개별 장치 구분

참고: MAC 계층은 프레임의 에러를 검출하고 프레임을 버리며, LLC 계층은 프레임을 재전송합니다.