네트워크 기술

라우팅 기능

회선교환: 시스템은 고정 대역으로 할당된 연결을 설정하여 데이터 전송을 시작한다. 회선에 할당된 고정 크기의 안정적인 전송률로 데이터를 전송할 수 있으며, 연결이 유지되는 동안에는 다른 연결에서 이 대역을 사용할 수 없다. 회선 교환 시스템에서는 하나의 연결에 대하여 전송되는 모든 데이터가 동일한 경로로 라우팅 된다.

패킷 교환 시스템은 컴퓨터 네트워크 환경에서 주로 이루어진다. 데이터를 미리 패킷 단위로 나누어 전송하므로 패킷을 기준으로 라우팅이 이루어진다. 패킷 교환에는 모든 패킷의 경로를 일정하게 유지시키기는 가상회선 방식과 패킷들이 각각의 경로로 전송되는 데이터그램 방식이 있다.

 

라우팅 시스템

=> 전송 선로를 이용해 데이터를 전송할 때는 전용 회선을 이용하거나 교환 회선을 이용할 수 있다. 전용 회선 방식에서는 송신 호스트와 수신 호스트가 전용으로 할당된 통신 선로로 데이터를 전송하지만, 교환회선 방식에서는 전송 선로를 하나의 다수 호스트가 공유한다. 

 

회선교환

=> 통신하고자 하는 호스트가 데이터를 전송하기 전에 연결 경로를 미리 설정하는 방식이다. 회선 교환방식에서는 고정 대역의 논리적인 전송 선로를 전용으로 할당 받으므로, 안정적인 데이터 전송률을 지원한다.

 

메시지 교환

=> 데이터를 전송하기 전에 경로를 설정하지 않고, 대신 전송하는 메시지의 헤더마다 목적지 주소를 표시하는 방식. 중간의 교환 시스템은 이전 교환 시스템에서 보낸 전체 메시지가 도착할 때까지 받은 메시지를 일시적으로 버퍼에 저장한다.

 

패킷 교환

=> 송신 호스트는 전송할 데이터를 패킷이라는 일정 크기로 나누어 전송하며, 원칙적으로 송수신 호스트 사이의 연결이 존재하지 않으므로 각 패킷은 독립적인 라우팅 과정을 거쳐 수신 호스트에 도착한다. 장점은 전송 대역의 효율적 이용, 호스트의 무제한 수용, 패킷에 우선순위 부여라는 세 가지로 요약할 수 있다.

- 전송 대역의 효율적 이용: 여러 호스트에서 전송한 패킷들이 동적인 방식으로 전송 대역을 공유하기 때문에 전송 선로의 이용 효율을 극대화할 수 있다.

- 호스트의 무제한 수용: 임의의 연결 요청에 고정 대역을 할당하지 않으므로 이론상 호스트를 무제한 수용할 수 있다. 다만 호스트의 수가 늘면 네트워크 혼잡도가 높아져 패킷의 전송 지연이 심화된다.

- 패킷에 우선순위 부여: 특정 호스트가 전송하는 패킷들을 먼저 전송할 패킷과 나중에 전송해도 되는 패킷으로 구분하여 선택적으로 우선순위를 부여할 수 있다.

교환기에서 패킷 경로를 선택하는 방식은 두가지이다. 호스트 사이의 전송 경로를 미리 고정하는 정적 경로와 네트워크 혼잡도를 비롯한 주변 상황에 따라 전송 경로를 지속적으로 조정하는 동적경로가 있다.

 

패킷교환

가상회선

=> 연결형 서비스를 지원하기 위한 기능으로, 미리 설정된 논리적인 연결을 통해 전송되는 모든 패킷의 경로가 일정하다. 가상 회선 방식으로 패킷을 전송하는 원리는 회선 교환 방식과 같은 연결형 서비스를 지원한다. 그러나 가상 회선 방식은 패킷 교환 방식을 기반으로 하므로 데이터의 전송 단위가 패킷으로 이루어지는 반면, 회선 교호나 방식은 패킷 기능을 지원하지 않는다.

데이터 그램

=> 패킷 교환 방식에서 비연결형 서비스를 이용해 독립적으로 패킷을 독립적으로 전송하는 방식이다. 데이터그램 방식은 패킷을 송신하기 전에 연결을 설정하는 과정이 없으므로, 미리 경로를 할당 받지 않는다. 따라서 전송되는 패킷들이 독립적으로 전달된다.

프레임 릴레이

=>복잡한 오류 제어 기능 중 중복되는 부분을 제거하면 패킷의 전송 속도를 높일 수 있듯이, 낭비 요소를 제거해 데이터 전송 속도를 향상시키기 위해 프레임 릴레이 방식이 고안되었다. 동일한 속도의 전송 매체로 고속 데이터 전송을 지원할 수 있도록 고안된 기술이다. 프레임 릴레이는 한 호스트에서 수신한 프레임을 다른 호스트로 중개하는 역할만 한다.

 

네트워크의 분류

LAN(local area network): 가까운 거리에 위치하는 호스트로 구성된 네트워크이다. 호스트 간의 간격이 가깝기 때문에 데이터를 브로드캐스팅 방식으로 전송한다. 호스트 사이의 물리적 거리는 데이터 전송 과정에 영향을 많이 미친다. 가까울수록 데이터 전송 지연이 적으며, 전송 오류가 발생할 가능성도 낮아진다. LAN환경에서 호스트를 연결하는 방식을 구성형태에 따라 버스형, 링형으로 구분한다.

- 버스형

=> 공유 버스 하나에 여러 호스트를 직접 연결한다. 물리적으로 전송 매체를 공유하기 때문에 임의의 호스트가 전송한 데이터를 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송하는 브로드캐스팅 방식으로 동작한다. 따라서 라우팅 기능이 따로 필요 없다. 헤더 정보에 포함된 수신 호스트 정보를 이용하여 수신 호스트만 데이터를 내부 버퍼에 보관하고 나머지 호스트들은 데이터를 버림으로써 특정 호스트만 데이터를 수신한다. 또한 둘 이상의 호스트에서 데이터를 동시에 전송하려고 하면 공유버스에서 데이터 충돌이 발생한다. 이를 해결하는 방법은 충돌 발생 가능성 자체를 차단하는 사전 방지 방식과 충돌을 허용하고 나중에 해결하는 하수 해결 방식이 있다.

- 링형

=> 전송 호스트의 연결이 순환 구조인 링 형태이다. 미리 정해진 한쪽 방향으로만 전송된다. 특정 호스트에서 전송한 데이터는 반드시 링 한바퀴를 돌아 송신 호스트로 되돌아오도록 설계되었다. 따라서 네트워크에 연결된 모든 호스트가 전송 데이터를 수신하는 브로드 캐스팅 방식을 지원한다. 링형도 둘 이상의 호스트에서 데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 토큰이라는 제어 프레임을 사용해 충돌 가능성을 원칙적으로 차단한다. 데이터를 전송할 호스트는 사전에 전송용 토큰을 확보해야 하며, 네트워크에는 토큰이 하나만 존재하도록 설계되므로 특정 시간에 데이터를 전송할 수 있는 호스트는 하나이므로 충돌 발생 가능성을 차단할 수 있다. 토큰은 네트워크에 연결된 모든 호스트를 순환하도록 설계되어 모든 호스트가 동등한 전송 기회를 가진다.

 

인터넷 워킹

라우터: 일반적으로 하위 3개 계층인 물리계층, 데이터링크 계층, 네트워크 계층의 기능을 수행하며 특별히 네트워크 계층 까지의 기능을 수행하는 장비이다.

리피터: 물리계층의 기능을 지원한다. 양쪽 단의 물리적인 특성이 같으면 한쪽 단에서 들어온 비트 신호를 증폭하여 다른 단으로 단순히 전달하는 역할을 한다.

브리지: 물리 계층을 포함하여 데이터 링크 계층의 기능을 지원한다. 브리지는 LAN과 LAN 사이의 불필요한 트래픽 발생을 억제할 수 있다. 

라우터: 물리, 데이터링크, 네트워크 계층의 기능을 지원한다. 여러 포트를 사용해 다수 LAN을 연결하는 구조를 지원한다.

일반적으로 상위 계층 개념인 게이트웨이는 서로 다른 응용환경을 지원하기 위해 사용할 수 있으므로, 네트워크 양단의 특성이 다른 환경에서 중개하는 역할을 한다.

트렌스페런트 브리지: 라우팅 기능이 투명하게 보이기 때문에 라우팅 작업이 사용자의 부담 없이 이루어진다. 브리지 사용자는 전송하는 프레임 헤더에 라우팅 정보를 추가하지 않아도 되며, 필요한 라우팅 과정은 브리지가 자동으로 수행한다. 수신할 프레임을 무시할지, 다른 LAN으로 전달할지는 전적으로 브리지의 라우팅 테이블을 근거로 판단한다. 라우팅 테이블의 정보는 각 호스트가 어느 포트에 연결되어 있는지를 나타낸다.

소스라우팅브리지: 트렌스페런트 브리지는 공유버스에서 구현되는 CSMA/CD(carrier sense multiple access/collision detection)방식으로 토큰 버스 방식에서 사용된다. 일반적으로 소스라우팅 브리지는 링 구조의 네트워크에서 사용한다. 프레임이 수신 호스트까지 도달하기 위한 라우팅 정보를 송신 호스트가 제공한다. 프레임을 수신한 브리지는 이 정보를 이용해 프레임을 적절한 경로로 전달한다.

IP인터네트워킹: 인터넷 환경에서 IP프로토콜을 사용해 IP 인터네트워킹을 지원하려면 송수신 호스트 간의 여러 네트워크 인터페이스를 거쳐 패킷을 전달할 수 있어야 한다. 패킷을 올바르게 중개하기 위해 라우터들은 IP 프로토콜 기능을 지원하고, 양 끝단의 송수신 호스트는 TCP/IP응용 프로그램을 이용해 통신한다. (125페이지 참조)

 

인터넷 라우팅

고정 경로 배정

=> 간단한 구현만으로도 효과적인 라우팅이 가능한 방법으로, 송수신 호스트 사이에 고정불변의 경로를 배정한다. 단점은 전송 경로가 고정되므로 트래픽 변화에 따른 동적 경로 배정이 불가능하다. 그러나 송수신 사이의 트래픽을 미리 측정하고 고정 경로를 적절히 배정하면 간단하고 효율적인 라우팅이 가능하다.

자율 시스템

=> 자율 시스템은 다수의 라우터로 구성할 수 있으며, 라우터들은 서로 공통의 라우팅 프로토콜을 사용해 정보를 교환한다. 동일한 라우팅 특성에 의해 동작하는 논리적인 단일 구성이다. 내부에서 사용하는 공통 프로토콜을 내부 라우팅 프로토콜이라 하며, 라우터들끼리 라우터 정보를 교환하는 용도로 사용한다. 또한 외부의 자율 시스템과도 연결한다. 이러한 구조에서는 서로 다른 자율 시스템끼리 사용하는 알고리즘고 라우팅 테이블 정보의 구조가 서로 다를 수 있으므로, 자율 시스템 사이의 연동을 위한 방안도 고려해야 한다.