전송 매체 / 접속 형태

전송 매체는 송신 측과 수신 측 사이를 상호 연결하는 물리적 선로를 말한다.

네트워크는 접속 형태와 관계없이 노드와 노드, 서버를 연결하려고 매체를 사용한다.

여기서 매체는 데이터를 송신측에서 수신 측으로 전송하는데 필요한 케이블이나 와이어 등을 말한다.]

 

유선 전송매체

케이블의 정의

 

동축 케이블

케이블 TV 시스템에서 사용하는 케이블 방식과 유사하다.

동축 케이블은 두 개의 전도체로 구성된다. 하나는 케이블 가운데 있는 와이어이고, 다른 하나는 와이어를 감싸는 차폐용 그물망이다. 절연체는 이들 중간에 있다.

최대 전송 길이는 500M.

장점 : STP나 UTP보다 전송거리가 길다. 광케이블보다 저렴하다.

단점 : 취급이 어렵다. TP 케이블보다 취급이 어렵다.

 

꼬임선(Twisted Pair) : 이중 나선 케이블

꼬임선은 플라스틱으로 덮인 두 가닥의 절연된 구리선을 나선형으로 꼬아서 만든다.

한 쌍이 하나의 통신 회선 역할을 하며, 여러 개의 쌍이 묶여 하나의 케이블을 형성하고 보호용 외피로 감싼다.

EX ) STP 케이블, UTP 케이블, FTP 케이블

접속 형태 중 성형 구성에 많이 사용하며, 동축 케이블이나 광섬유 케이블에 비해 설치하기 쉽다. 

꼬임선은 만들기 쉽고 비용이 저렴해 다양한 매체에서 사용한다.

최대 전송 길이는 100M.

장점 : 설치가 쉽고 다른 매체에 비해 저렴. 작은 외부 직경

단점 : 다른 매체와 비교해 외부 간섬과 전기적인 간섭에 약하다.

 

광섬유 케이블

머리카락보다 가늘어 휘어지는 전송 매체.

꼬임선처럼 구리선에 전기를 통하게 하여 데이터를 전송하는 것이 아니라 빛을 이용해 데이터를 전송하기 때문에 휘는 범위에 한계가 있다.

장점 : 매우 높은 대역 용량 제공. 빛을 통한 전송이기에 신호 감쇠에 영향이 없고 내구성이 좋다.

단점 : 설치가 어렵다. 가격이 비싸다.

 

무선 전송매체 (비유도매체)

무선 통신에서는 공간으로 전파되는 전자파를 매개체로 데이터를 전송한다.

전자파는 주파수 범위에 따라 다른 특성을 보이므로 전파 방식이나 사용 용도에 따라 적합한 주파수 범위를 사용해야 한다.

라디오파

빛의 속도로 데이터를 전송할 수 있으며 진공 상태나 대기를 통과할 수 있어 데이터 전송에 유용하게 사용된다.

방향성이 없는 무선파를 사용해 안테나를 사용할 필요가 없다.

신호의 강약을 조절해 데이터를 보내는 방법 : AM(진폭 변조) 

주파수를 변조하여 데이터를 보내는 방법 : FM(주파수 변조)

 

마이크로파

극초단파(UHF), 센티미터파(SHF), 밀리미터파(EHF)를 포함하는 주파수가 매우 높은 전파를 말하며, 통신과 레이더 등 광범위한 용도에 사용한다. 마이크로파처럼 파장이 짧으면 광파와 성질이 유사하며 진진, 흡수, 반사의 성질이 있다.

 

통신 방식

다른 컴퓨터에 데이터 전송 서비스를 제공하는 컴퓨터를 '서버'라 하고, 서버에서 보내주는 데이터 서비스를 수신하는 컴퓨터를 '클라이언트'라고 한다.

서버는 클라이언트(사용자)한테 요청 받아 서비스를 제공하는데, 이렇게 구성된 시스템을 '클라이언트/서버 시스템' 이라고 한다.

 

유니캐스트(Unicast)

네트워크에서 가장 많이 사용하는 유니캐스트는 서버와 클라이언트 간의 일대일 통신 방식을 말한다.

통신하려면 전송되는 프레임 안에 항상 송신지와 수신지 주소가 있어야한다.

자신의 MAC 주소와 수신지 MAC 주소가 동일하다면 전송된 데이터를 수신하고, 자신의 주소가 아니라면 해당 프레임은 버린다.

 

브로드캐스트(Broadcast)

로컬 LAN(라우터로 구분된 공간)에 있는 모든 네트워크 단말기에 데이터를 보내는 방식으로, 서버와 클라이언트 간에 일대모두로 통신하는 데이터 전송 서비스다.

브로드캐스트는 다른 라우터를 찾거나, 라우터끼리 데이터를 교환하거나, 서버가 서비스를 제공하려고 모든 클라이언트에게 알릴 때 사용한다. EX) 게임 공지사항

하지만 불특정다수에게 전송되는 서비스라서 네트워크 성능 저하를 가져온다.

 

멀티캐스트(Multicast)

브로드캐스트는 데이터를 무조건 CPU로 전송하기 때문에 컴퓨터 자체의 성능을 떨어뜨린다. 이 문제를 해결하는 방법은 멀티 캐스트이다.

멀티캐스트는 전송하려는 특정 그룹에게만 한 번에 전송할 수 있기 때문에 유니캐스트처럼 반복해서 보낼 필요가 없고, 브로드캐스트처럼 전송받을 필요가 없는 컴퓨터에게 보내지 않아도 된다.

현재 많이 사용하는 애플리케이션은 멀티캐스트가 어울린다.

 

단방향(Simplex) 통신

송신 측과 수신 측이 미리 고정되어 있고, 통신 채널을 통해 접속된 단말기 두 대 사이에서 데이터가 한 쪽 방향으로만 전송되는 통신 방식

단방향 통신에서 전기적으로 신호를 보내려면 송신과 수신 측을 연결하는 회로를 구성해야 하므로, 단방향이라도 전송로는 두 개가 필요하다.

EX) 라디오, 아날로그 TV, 모니터, 키보드

 

양방향(Duplex) 통신

통신 채널을 통해 접속된 두 대의 단말기 사이에서 데이터의 송수신이 모두 가능한 방식.

반이중(Half-Duplex) 통신

통신 채널에 접속된 두 대의 단말기 중 어느 한쪽이 송신하면 상대방은 수신만 할 수 있는 통신 방식.

양쪽 단말기의 상호 협력에 따라 송수신 방향이 바뀐다.

EX) 무전기, 모뎀을 이용한 데이터 통신

전이중(Full-Duplex)

통신 채널에 접속된 단말기 두 대가 동시에 데이터를 송수신할 수 있는 통신 방식

한 번에 데이터를 송수신 할 수 있다.

 

교환 시스템

네트워크 양단에 연결된 호스트들이 전송하는 패킷은 전송과정에서 전송 경로 중간에 있는 교환 시스템을 거친다.

교환 시스템은 데이터를 최종 목적지까지 올바르게 전달하도록 중개하는 Switching 기능을 제공한다.

 

회선 교환 : 연결형 서비스를 제공

음성 전화 서비스에서 발전했다.

고정 대역의 전송률을 지원해 네트워크의 구조가 상대적으로 단순하다.

 

패킷 교환: 비연결형 서비스를 제공

컴퓨터 네트워크에서 발전했다.

전송 데이터를 패킷 단위로 나누어 전송하며 가변 전송률을 지원해 네트워크 구조가 복잡하다.

 

이외에도 프레임 릴레이 교환, 셀 릴레이 교환 등이 있다.

 

 

 

네트워크 접속 형태

네트워크 접속 형태는 성형 그물형, 트리형, 버스형, 링형 등이 있으며 사용 목적에 따라 확장성, 전송 효율, 경제성 등으로 선택 기준을 결정한다.

 

성형

가장 일반적인 네트워크 구성이다.

허브가 네트워크 중앙에 위치하여 다른 모든 노드를 연결한다.

모든 노드가 중앙의 허브에 연결되어 통신하므로 통신망의 처리 능력과 신뢰성은 허브가 좌우한다.

성형 접속 형태의 네트워크에서 하나의 케이블은 허브 같은 중앙의 네트워크 장치하고만 연결하므로, 배선 문제는 단지 해당 노드에만 영향을 줄 뿐 네트워크 전체에는 영향을 미치지 않는다.

 

장점 : 성형 접속 형태에서 각 장치는 다른 장치와 연결하는 링크 한 개와 I/O 포트 한 개만 필요하므로 설치 비용이 저렴하고, 중앙 집권적인 구조라 유지보수나 확장이 용이하다. 링크 하나가 끊어져 작동하지 않을 때 해당 링크만 영향을 받고 다른 링크들은 영향을 받지 않아 안전성이 높다.

단점 : 중앙에 있는 전송 제어 장치에 장애가 있으면 네트워크 전체가 동작할 수 없고 통신량이 많으면 전송이 지연된다.

각 노드가 중앙 허브와 연결되어 있어야 하기 때문에 일부 다른 접속 형태보다 많은 케이블을 연결해야 한다.

최초로 설치할 때 케이블 링에 소요되는 비용과 노력이 크다.

 

버스형

모든 네트워크 노드 및 주변 장치가 파이프 등 일자형 케이블에 연결되어 있는 형태를 말한다.

모든 노드는 하나의 케이블에 연결되어 있고, 케이블의 시작과 끝에는 터미네이터라는 장치를 붙여 신호가 케이블로 되돌아오는 것을 막아준다.

버스형에서는 케이블에 연결되어 있는 하나의 노드가 전송을 하면 그것이 브로드캐스트가 되어 다른 모든 노드가 수신할 수 있다.

 

장점 : 설치가 간단하고 케이블 비용이 적게 든다. 장비를 추가하기 쉽고 개별 장비가 고장이 나도 전체 네트워크에 영향을 미치지 않는다.

중추 케이블을 가장 효과적으로 설치할 수 있고 다양한 길이의 유도선으로 노드를 연결할 수 있어서 사용하는 케이블 양이 적다.

단점 : 장비 수가 많아지면 네트워크 성능이 저하되고, 중앙 케이블이 고장나면 네트워크 전체가 작동하지 않는다.

버스 케이블에 결함이나 파손이 생기면 모든 전송을 중단하고, 끊어진 한쪽 지역에 있는 장치 간에 전송도 할 수 없다.

재구성이나 결합, 분리가 어렵다.

베이스밴드 전송 방식에서는 케이블 거리가 멀어지면 신호가 점점 약해지기 때문에 중계기를 사용해야 한다.

한 노드에서 데이터를 전송할 때 다른 노드에서 이미 데이터를 전송하고 있으면 충돌이 발생한다.

트리형

성형의 변형으로, 중앙에 있는 전송제어장치에 모든 장비를 연결한 것이 아니라 트리 형태의 노드에 전송제어장치를 두어 노드들을 연결하는 형태다.

상위 계층의 노드가 하위 노드들을 직접 제어하는 계층적인 네트워크에 적합하다.

 

장점 : 제어가 간단하여 관리나 네트워크 확장이 쉽다.

중앙에 있는 하나의 전송 제어 장치에 더 많은 장비를 연결할 수 있어 각 장비 간의 데이터 전송 거리를 늘릴 수 있다.

여러 컴퓨터를 분리하거나 우선 순위를 부여할 수 있다.

단점 : 중앙에 트래픽이 집중되어 병목현상이 발생할 수 있고, 중앙의 전송제어장치가 다운되면 전체 네트워크에 장애가 발생한다.

 

 

링형

노드가 링에 순차적으로 연결된 형태로, 모든 컴퓨터를 하나의 링으로 연결한다.

각 노드들은 인접한 노드 두 개 하고만 연결되며, 전체 네트워크는 하나의 원을 형성한다.

링형 접속 형태에는 원의 한 방향으로만 데이터를 전송할 수 있는 단순 링형과 양방향으로 전송할 수 있는 이중 링형이 있다.

 

장점 : 구조가 단순하여 설치과 재구성이 쉽고 장애 발생시 복구 시간이 빠르다.

각 장치는 바로 이웃하는 장치에만 연결되어 있고, 장치를 추가하거나 삭제할 때는 단지 연결선 두 개만 움직이면 된다.

보통의 신호는 항상 순환되므로 한 장치가 특정한 시간 내에 신호를 받지 못하면 경보를 낼 수 있다. 이 경보는 네트워크 운영자에게 문제의 발생 사실과 발생 위치를 알려준다. 

성형보다 케이블 비용을 줄일 수 있다.

단점 : 링을 제어하는 절차가 복잡하고, 새로운 장비를 연결하려면 링을 절단 후 장비를 추가해야 한다.

단순 링형에서는 링에 결함이 생기면 전체 네트워크를 사용할 수 없다.

그물형

중앙에 제어하는 노드 없이 모든 노드가 상호 간에 전용의 점대점 형태로 연결되는 형태를 말한다.

전용이라는 것은 연결된 두 장치 간에 통신만 담당하는 링크가 있음을 의미하며 그물형에서는 N(N-1)/2 개의 물리적 채널이 필요하다. 네트워크가 복잡하고 많은 통신 회선이 필요해 비용이 많이 들지만 신뢰성이 높아 중요한 네트워크에서 사용된다.

 

장점 : 전용 링크를 사용하면 연결회선이 원하는 자료를 전송할 수 있어 많은 장치를 공유하는 링크에서 발생하는 통신량 문제를 해결할 수 있다.

한 링크가 고장나더라도 전체 시스템에는 큰 문제가 발생하지 않는다. 일부 통신 회선에 장애가 발생하면 다른 경로로 데이터를 전송할 수 있다.

모든 메시지는 전용선으로 보내기 때문에 비밀 유지와 보안에 유리하다

단점 : 노드를 다른 모든 노드와 연결해야 하므로 설치과 재구성이 어렵다.

실제 필요한 전선의 용적이 커질 수 있다.

링크과 연결되는 하드웨어에 비용이 많이 든다.

혼합형

소규모 네트워크가 아니라면 순수한 버스형이나 링형, 성형 접속 형태를 실제로 만나기는 어렵다.

노드 수가 상대적으로 큰 실제 네트워크에서는 효율을 높이고 결함 허용 능력을 증대시키려고 혼합형 접속 형태를 사용한다.

네트워크 서브넷이 서로 연결되어 규모가 큰 접속 형태가 되도록 여러 접속 형태를 결합할 수 있다.