LAN(Local Area Network) 개관

같은 “네트워크”라도 LAN·MAN·WAN은 규모만 다른 게 아니라 오류율·속도·소유 주체까지 완전히 다른 환경이다. 이 글은 LAN이 다른 네트워크와 어떻게 구별되는지부터, LAN의 성질을 결정하는 3요소(전송매체·토폴로지·MAC), 그리고 IEEE 802 계층 구조까지를 순서대로 정리한다.

OSI 7계층 모델 — 이 글이 다루는 위치

이 글에서 다루는 내용은 대부분 OSI 7계층 중 아래 두 계층에 해당한다.

  1. Physical (물리): 비트↔전기·광 신호 변환, preamble/SFD 처리
  2. Data Link (데이터 링크):
    • LLC: 흐름·오류 제어, 상위층 인터페이스
    • MAC: 프레임 생성·주소 지정·FCS 검사·매체 접근 제어
  3. Network / 4. Transport / 5. Session / 6. Presentation / 7. Application

LAN·MAN·WAN의 차이, 토폴로지, MAC 프로토콜은 전부 1~2계층의 문제이고, IP 라우팅(3계층)이나 TCP 흐름제어(4계층)와는 별개 층위라는 점을 기준으로 삼으면 이후 내용이 헷갈리지 않는다.

Network의 종류

거리에 따른 분류

  • LAN: 1km 이내
  • MAN: 도시 규모
  • WAN: 1km 이상 광역

Switching 방식에 따른 분류

  • Switched network: Circuit switched / Packet switched
  • Broadcast network: LAN, MAN

각 네트워크의 특징

구분 범위 소유 전송속도 오류율
WAN 1km 이상 제3자(통신사업자) 제공 Kbps 단위, 낮음 1:10³~10⁵ (높음)
MAN 도시 규모 여러 LAN을 하나로 묶음 높음 -
LAN 1km 이내 기업/학교 등 자체 소유 20Mbps→100Mbps→1Gbps로 진화 1:10⁸ (낮음)

LAN이 WAN보다 오류율이 훨씬 낮은 이유는 단순하다 — 자체 소유 설비로 짧은 거리만 커버하기 때문에 신호 감쇠와 외부 간섭에 덜 노출된다. 반대로 WAN은 제3자 회선을 여러 구간 거치므로 태생적으로 오류에 더 취약하다.

LAN과 MAN의 성질을 정하는 3가지 요소

  1. 전송매체: Twisted pair, Coaxial, Fiber optic, Microwave, Satellite
  2. Topology: Ring, Bus, Star, Tree(Bus+Star)
  3. 매체 액세스 제어(MAC) 프로토콜: Round Robin, Reservation, Contention, CSMA/CD, Token ring, Token bus, DQDB

LAN의 배경과 활용

  • 개인용 컴퓨터 LAN: 워크스테이션-서버 간 자원 공유. 저렴한 가격, 제한된 성능이 요구사항.
  • Backend Networks: 메인프레임과 대용량 저장장치를 연결. 100Mbps 이상의 고속, 분산 접근, 제한된 거리와 장치 수(수십 개 이내)가 특징.
  • SAN(Storage Area Network): 저장 전용 네트워크. 디스크·테이프·CD Array 등을 연결.
  • 고속 사무실 네트워크: 이미지 처리, 그래픽 프로그램을 위한 대용량 로컬 저장.
  • Backbone LAN: 저속 LAN들을 상호 연결해 단일 LAN의 세 가지 약점(안정성·용량·비용)을 해결.

토폴로지 상세

버스와 트리 토폴로지

멀티포인트 매체에 노드가 탭(Interface Hardware)으로 접속하며, 스테이션-탭 사이는 전이중 통신을 지원한다. 데이터는 양방향으로 전파되고 버스 끝에는 종단기(Terminator)가 필요하다.

  • 문제 1: 모든 노드가 신호를 수신할 수 있어 고유 주소로 수신자를 지정해야 한다.
  • 문제 2: 동시 전송 시 신호가 왜곡되는 충돌(collision)이 발생한다.
  • 해결: 데이터를 작은 프레임 단위로 나누고, 순서를 바꿔가며 협력적으로 전송한다.

링 토폴로지

전송매체 중간에 리피터를 설치해 점대점 형식으로 연결, 폐쇄회로를 이룬다. 데이터는 한 방향(unidirectional)으로만 흐르며, 목적지가 주소를 인식해 프레임을 복사하고 프레임은 발신지로 돌아가 제거된다.

성형(Star) 토폴로지

각 스테이션이 중앙 노드(Hub)에 점대점 링크(송신용/수신용)로 직접 연결된다. 동작 방식은 두 가지다 — 브로드캐스트(Physical star, logical bus) 또는 중앙 노드가 스위치로 동작.

전송매체 종류 (Bus LAN 기준)

매체 특징
트위스트 페어 약 1Mbps, 초기 LAN에 사용. 공유매체 고속화에 부적합해 사용 중단
베이스밴드 동축케이블 디지털 신호. 원조 이더넷/IEEE 802.3에 사용. 맨체스터/차동 맨체스터 인코딩, 저항 50Ω
브로드밴드 동축케이블 원래 케이블 TV용, 아날로그 신호. 규격에는 있지만 거의 안 씀
광섬유 성능은 좋지만 비싸고 다루기 어려워 Bus LAN에서는 잘 안 씀

베이스밴드 동축케이블의 두 규격을 비교하면 트레이드오프가 뚜렷하다.

규격 지름 최대 세그먼트 최대 탭 수 특징
10Base5 (Thick Ethernet) 0.4인치 500m 100개 신호 손실 적음, 다루기 어려움
10Base2 (Thin Ethernet) 0.25인치 185m 30개 저렴하고 유연, 신호 손실 크고 잡음에 약함

IEEE 802 프로토콜 구조

IEEE 802 참조모델은 OSI 하위 2계층(물리층, 데이터링크층)을 더 세분화해 정의한다.

  • Physical layer: encoding/decoding, preamble 생성/제거, 비트 송수신
  • MAC (Media Access Control): 전송 시 주소·에러검출 필드를 추가해 프레임 생성, 수신 시 주소 인식과 에러 검출, 매체 접근 통제
  • LLC (Logical Link Control): 상위 계층 인터페이스 제공, 흐름제어, 에러제어

여기서 역할 분담이 명확하다 — MAC은 에러를 검출하고 문제가 있으면 프레임을 버리는 역할까지만 하고, 재전송 여부를 결정하는 것은 LLC(상위 계층)의 몫이다. OSI 상위 계층(3계층 이상) 프로토콜은 이 아래 구조와 독립적이라 LAN·MAN·WAN 어디에나 동일하게 적용된다.

매체 접근 제어(MAC) 방식

제어는 “어디서”(중앙집중형 vs 분산형)와 “어떻게”(동기식 vs 비동기식) 두 축으로 나뉜다.

  • 중앙집중형: 접근 권한을 부여하는 제어기가 존재. 우선순위·대역폭 보장이 가능하지만 제어기 고장 시 전체가 멈춘다.
  • 분산형: 모든 스테이션이 동일한 규칙으로 스스로 접근을 제어한다.
  • 동기식: 회선교환, FDM, TDM처럼 미리 정해진 용량을 할당 — 스트림 데이터(음성, 대용량 파일)에 적합.
  • 비동기식: 요청이 생길 때 용량을 할당 — 버스티 데이터(터미널-호스트 트래픽)에 적합. 세부적으로 라운드로빈(순서대로 기회 제공)·예약(시간 슬롯 미리 확보)·경쟁(모두가 경쟁, 부하가 적을 때만 효율적)으로 나뉜다.

MAC Frame과 MAC 주소

LLC 계층의 데이터(LLC PDU)에 MAC 계층이 MAC control, 목적지/발신지 MAC 주소, CRC(FCS)를 추가해 프레임을 완성한다.

MAC 주소는 네트워크 카드의 48비트 하드웨어 주소로, 앞 3바이트는 OUI(제조사 식별), 뒤 3바이트는 개별 장치 식별에 쓰인다.

핵심 정리

  • LAN·MAN·WAN의 차이는 “범위”만이 아니라 “누가 소유하는가”와 “오류율이 왜 다른가”까지 함께 봐야 완전히 이해된다 — 자체 소유+짧은 거리(LAN)일수록 오류율이 낮다.
  • 토폴로지(버스/링/스타)는 각각 “누구나 들을 수 있어 충돌 관리가 필요한 구조”, “한 방향으로만 도는 구조”, “중앙 허브에 의존하는 구조”로 요약하면 장단점이 자연스럽게 따라온다.
  • IEEE 802 구조에서 MAC은 “에러 검출 후 폐기”까지, 재전송 책임은 LLC(상위 계층) — 이 역할 분담을 기억해두면 다음 장에서 CSMA/CD·Token Ring의 세부 동작을 이해하기 쉬워진다.