[Network] 네트워크 통신

1. 통신방식 ( LAN에서 통신하는 방식 )

* 유니캐스트 ( Unicast )

서버와 클라이언트 간의 일대일( 1:1 ) 통신 방식

통신하려면 전송되는 프레임 안에 송신지의 MAC 주소와 수신지의 MAC 주소가 있어야 한다.

자신의 MAC 주소와 수신지 MAC 주소가 동일하면 전송된 데이터를 수신하고 그렇지 않다면 버린다.

* 브로드캐스트 ( Broadcast )

로컬 LAN에 있는 모든 네트워크 단말기에 데이터를 보내는 방식

다른 라우터를 찾거나, 라우터끼리 데이터를 교환하거나, 서버가 서비스를 제공하려고 모든 클라이언트에게 알릴 때 등 여러 상황에서 사용할 수 있다. 하지만 불특정다수에게 전송되는 서비스라 수신을 원치 않는 클라이언트도 수신하게 되므로 네트워크 성능 저하를 가져올 수 있다.

* 멀티캐스트 ( Multicast )

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

2. 통신방식 ( 전송 방향에 따른 통신 방식 )

* 단방향 통신 ( Simplex )

송신측과 수신측이 미리 고정되어 있고, 통신 채널을 통해 접속된 단말기 두 대 사이에서 데이터가 한쪽 방향으로만 전송되는 통신 방식

단방향 통신에서 전기적으로 신호를 보내려면 송신측과 수신측을 연결하는 회로를 구성해야 하므로, 비록 단방향 전송일지라도 전송로는 두 개가 필요하다.

대표적으로 라디오, 아날로그 TV, 모니터, 키보드 등이 있다.

* 양방향 통신 ( Duflex )

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

데이터의 송수신을 한번씩 번갈아가며 할 수 있는 Half-Duflex와 송수신을 동시에 할 수 있는 Full-Duflex로 구분된다.

- Half-Duflex

통신 채널에 접속된 두 대의 단말기 중 어느 한쪽이 데이터를 송신하면 상대방은 수신만 할 수 있는 통신 방식이다. 송신측과 수신측이 정해져 있지 않으며, 양쪽 단말기의 상호 협력에 따라 송수신 방향이 바뀐다.

대표적으로 휴대용 무전기와 모뎀을 이용한 데이터 통신이 있다.

- Full-Duflex

통신 채널에 접속된 단말기 두 대가 동시에 데이터를 송수신할 수 있는 통신 방식이다.

통신 채널 두 개를 이용하여 한번에 데이터를 송수신할 수 있다.

3. 통신방식 ( 동기화 )

두 시스템 간 컴퓨터의 속도 차이( 클럭 오차 )가 있기 때문에 송신비트 시간 간격( TS )과 수신비트 시간 간격( TR )이 정확하게 일치하지 않는다.

적절한 방법으로 송신 측에서 전송한 데이터의 각 비트를 수신측에서 정확하게 수신할 수 있도록 해야 한다. --> 동기화 ( Synchronization )

* 동기식 전송

송수신기가 동일한 클럭을 사용하여 데이터를 송수신 하는 방법.

미리 정해진 수만큼의 문자열을 한 묶음으로 만들어서 일시에 전송하는 방법

비트( 시작비트와 정지비트 )와 데이터 간에 간격 없이 차례대로 비트를 전송하기 때문에 데이터는 끊어지지 않는 0과 1의 문자열로 전송된다.

수신측은 차례대로 문자열을 수신한 후 문자나 바이트로 분리해서 의미 있는 데이터로 재구성한다.

--> 파일 업로드와 파일 다운로드

- 비트지향 동기화 기법

데이터의 시작과 끝을 알리는 시작 플래그로 시작해서 종료 플래그로 끝난다.

프래그 등의 패턴을 구별하기 위해 '0' 비트를 삽입한다.

- 문자 지향 동기화 기법

모든 데이터의 단위를 문자 단위로 처리함으로써 동기화에 필요한 데이터까지 문자로 표현한다.

동기 문자에는 SYN, 문장의 시작을 알리는 STX, 문장의 끝을 알리는 ETX 등이 있다.

* 비동기식 전송

긴 데이터 비트열을 연속적으로 전송하는 대신 한 번에 한 문자씩 전송한다.

전송하고자 하는 정보가 불규칙하게 발생하는 경우에 주로 사용되는 방식

--> 메신저에서 사용자가 키보드를 통해 입력하는 정보를 전송하는 경우

문자 단위로 재동기하려고 맨 앞에는 한 문자의 시작을 알리는 시작비트를, 맨 뒤에는 한 문자의 종료를 표시하는 정지비트를 둔다.

보통 시작 비트는 0을 사용하고, 정지 비트는 1~2비트 정도를 사용한다.

전송하는 문자는 시작 비트 바로 뒤에 오는데, 문자의 종류에 따라 5~8 비트의 길이를 갖는다.

문자 비트열 뒤에는 패리티 비트가 뒤따르며, 2진수 1의 개수는 패리티 비트를 포함하여 홀수 또는 짝수의 값을 갖는다.

비동기식 전송은 하나의 문자를 전송한 후 휴지 상태에 들어간다.

전송하려는 정보가 불규칙하게 발생할 대 주로 사용한다.

4. 통신방식 ( 직렬 전송과 병렬 전송 )

* 직렬 전송

하나의 정보를 나타내는 각 데이터 비트를 직렬로 나열한 후 하나의 통신회선을 사용하여 순차적으로 1비트씩 송신하는 방식

하나의 통신회선을 사용하기 때문에 송신 측에서는 데이터를 1비트씩 송신하고, 수신측에서는 수신되는 비트를 일정한 단위로 모아서 사용한다.

병렬 전송에 비해 데이터 전송 속도가 느린 반면, 원거리 데이터 전송에서는 통신회선이 한 개만 필요하므로 경제적이다.

* 병렬 전송

부호를 구성하는 비트 수와 같은 양의 통신회선을 사용하여 여러 데이터 비트를 동시에 병렬로 전송하는 방식으로, 비트 n개를 전송하려고 회선 n개를 사용한다.

송신측과 수신측 단말기 간에 여러 개의 통신회선을 사용하기 때문에 여러 비트의 데이터를 한 번에 송신한다.

거리에 비례해서 선로비용이 많이 들기 때문에 전송속도가 빨라야 하는 짧은 거리의 데이터 전송에 주로 사용한다.

5. 통신오류제어

* 전송 오류의 유형

- 수신 호스트의 응답 프레임

긍정 응답 프레임 : 데이터가 정상적으로 도작했을 때

부정 응답 프레임 : 데이터가 깨져서 도착했을 때

부정 응답 프레임을 받은 송신 호스트는 재전송 기능으로 오류 복구 시도

- 송신 호스트의 타이머 기능

송신 호스트가 전송한 데이터가 네트워크에서 사라지는 문제를 해결

데이터 분실 시 수신 호스트로부터 어떠한 응답 프레임도 발생하지 않는다

송신 호스트는 일정 시간동안 응답 프레임이 없으면 타임아웃 기능으로 재전송 시도

- 순서 번호 기능

수신 호스트가 중복 프레임을 구분할 수 있도록 지원

데이터 프레임 내에 프레임 구분을 위한 일련 번호 부여

6. 네트워크 형태

* 근거리 네트워크 ( LAN, Local Area Network )

가까운 거리에 위치한 컴퓨터의 네트워크를 말하며, 유선 케이블, 적외선 링크, 무선 송수신기 등을 이용하여 통신한다. 

집에서 인터넷을 이용할 때나 PC방, 사무실 등 작은 규모로 컴퓨터를 연결할 때 LAN을 사용한다.

1) LAN의 특징

- 단일 기관의 소유로, 수 km 범위 내의 지역으로 한정된다.

- 네트워크 기기에 상관없이 서로 통신이 가능하다.

- 광역 전송매체의 사용으로 고속통신이 가능하고, 많은 사용자가 단일매체로 지연없이 데이터를 주고 받을 수 있다.

- 좁은 구간에서 통신하는 네트워크이기 때문에 전송지연시간이 적고, 양질의 통신회선을 사용하여 통신 품질도 우수하다.

- 컴퓨터뿐만 아니라 프린터 등 주변 장치를 쉽게 연결하여 사용할 수 있고, 확장하기도 쉽다.

- 서버를 이용하여 데이터를 쉽게 관리할 수 있다.

 - 전송 특성이 좋은 매체를 사용하여 신뢰성있는 데이터를 전송할 수 있다.

- 저럼현 네트워크 단말기를 사용하기 때문에 경제적인 면에서 유리하다.

- 보안 기능과 사용자 통제 기능을 사용하여 외부 침입을 체계적으로 관리할 수 있다.

2) LAN 전송 방식

- 베이스밴드 방식

데이터를 전송할 때 디지털 데이터 신호를 변조하지 않고 직접 전송하는 방식. -> 이더넷

하나의 케이블에 단일 통신 채널을 형성하여 데이터를 전송한다. 채널 하나에 신호 하나만 전송하기 때문에 모뎀이 필요 없고 비용도 경제적이다.

- 브로드밴드 방식

부호화된 데이터를 아날로그로 변조하고 필터 등을 사용하여 제한된 주파수만 동축 케이블 등 전송매체에 전송하는 방식

하나의 케이블에 다수의 통신 채널을 형성하여 데이터를 동시에 전송하는 방식 -> 케이블 TV

3) 매체 접근 방식

- 이더넷

LAN 구간에서 사용되는 네트워킹 방식 중 하나 ( Layer 2에서 사용되는 프로토콜 )

* CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection )

> 버스형 통신망으로 알려진 이더넷에 주로 사용한다.

> 동축 케이블에 연결된 컴퓨터의 단말을 서로 접속시키는 방식으로, 모든 컴퓨터는 버스에 연결되어 있고 전송매체는 컴퓨터로 공유할 수 있다.

> 데이터를 송신하기 전에 반송파 여부를 감지하는데, 반송파가 감지되면 다른 컴퓨터에서 데이터 송신 중임을 판단하여 데이터를 전송하지 않는다.

> 반송파가 감지되지 않으면 컴퓨터가 전송매체를 사용하지 않는 것으로 판단하여 데이터를 전송한다.

- 토큰 제어 방식

접속된 노드 사이를 토큰이라는 패킷이 순차적으로 순환하는 동안 토큰을 얻어 전속하고, 전송이 완료되면 토큰을 반납하는 방식

CSMA/CD 방식처럼 충돌현상은 발생하지 않지만, 자신에게 토큰이 올 때까지 기다려야 한다는 단점이 있다.

* 토큰링 방식 ( Token Ring )

> 링을 따라 순환하는 토큰을 이용한다.

> 모든 컴퓨터가 휴지 상태에 있을 때의 토큰을 '프리토큰'이라 하며 데이터를 전송하려는 컴퓨터는 이 프리토큰이 자신에게 올 때까지 대기해야 한다.

> 장점은 각 노드마다 전송 기회가 공평하게 주어진다는 것이다.

> 권한을 얻는 대기시간이 정해져 있어 과부하가 일어나도 성능 저하는 심하지 않다.

> CSMA/CD 방식보다 실시간 처리가 요구되는 분야에 적합하다

* 토큰버스 방식 ( Token Bus )

이더넷과 토큰링의 특징을 합친 형태

실시간으로 처리해야 하는 공장자동화에 많이 응용한다.

물리적으로는 버스형 접속 형태를 띠지만 버스의 모든 컴퓨터는 논리적으로 링형 접속 형태를 띤다.

CSMA/CD 방식과는 다르게 채널에서 데이터 충돌이 발생하지 않으므로 한 패킷을 전송하는 데 걸리는 시간이 일정하다.

- FDDI ( Fiber Distributed Data Interace )

이더넷과 토큰링 방식만큼 많이 사용하지는 않지만, LAN의 고속 컴퓨터 연결이나 백본으로 주로 사용한다.

전송매체로 광섬유를 사용하여 고속의 전송속도가 장점이다.

매채 접근 방식으로 토큰 제어 방식을 사용하고, 통신망은 링형 접속 형태를 띤다.

* 광역 네트워크 ( WAN, Wide Area Network )

두 개 이상의 근거리 네트워크를 넓은 지역에 걸쳐 연결하는 것을 말한다.

근거리 네트워크에 포함되지 않은 멀리 떨어진 컴퓨터 사이에서도 광역 네트워크를 이용하여 서로 통신할 수 있다.

1) 회선 교환 ( Circuit Switching )

두 스테이션 간에 전용의 통신 경로가 있음을 의미한다.

데이터를 전송하기 전에 물리적인 하나의 경로가 설정되며, 설정된 경로는 통신을 종료할 때까지 독점한다.

경로를 설정할 대 지연이 발생하지만, 일단 경로를 설정하면 회선 교환망은 사용자에게 투명하게 전송하 수 있다. 현재 널리 사용하는 전화 시스템이 회선 교환 방식의 대표적인 예다.

- 장점

> 회선을 전용선처럼 사용할 수 있어 많은 양의 데이터를 전송할 수 있다.

> 경로가 설정되면 사용자에게는 고정적인 전송률로 정보를 전송할 수 있다.

> 경로가 설정되면 교환 노드에서 처리지연이 거의 없다.

> 음성이나 동영상 등 실시간 전송이 요구되는 미디어 전송에 적합하다.

- 단점

> 오류 없는 데이터 전송이 요구되는 데이터 서비스에는 부적절하다.

> 설정되면 데이터를 그대로 투과시키므로 오류 제어 기능이 없다.

> 데이터를 전송하지 않는 기간에도 회선을 독접하므로 비효율적이다.

2) 메시지 교환 ( Message Switching )

가변 길이의 메시지 단위로 저장/전송 방식에 따라 데이터를 교환하는 방식

저장/전송 방식이란 도착하는 메시지를 일단 저장한 후 다음 노드로 가는 링크가 비어 있으면 전송하는 방식 -> Store-and-forward 

3) 패킷 교환 ( Packet Switching )

회선 교환 방식과 메시지 교환 방식의 장점을 수용하고, 두 방식의 단점을 최소화시킨 방식

저장/전송 방식을 사용한다는 점에서 메시지 교환과 비슷하지만 적당한 크기로 메시지를 분할하여 전송한다.

4) ATM 교환 방식 ( Cell Switching )

데이터를 고정 길이의 셀로 나누어 전송하는 방식

전송 데이터를 48바이트의 고정 길이로 분할하고, 5바이트의 제어 정보를 추가하여 53 바이트의 셀을 생성한 후 전송하는 방법

셀의 크기는 패킷에 비해 매우 작은 편이다.

고정 길이의 셀을 이용하여 저속 전송에서는 빈 셀을 전송하거나 다른 사용자에게 채널을 양보하는 방법을 사용하고, 고속 전송에서는 연속으로 전송한다.

회선 교환과 패킷 교환의 장점을 도입한 방식으로, 광케이블을 이용한 전송 기술의 발달로 정보를 고속으로 보낼 수 있고 오류도 거의 없다.

패킷 재전송과 같은 복잡한 제어를 할 필요가 없고, 교환기나 단말기의 소프트웨어적 부담을 줄이는 것도 가능해졌다.

* 인트라넷 ( Intranet )

인터넷에서 사용하는 회선과 여러 기반 기술을 이용하여 구축하는 사설 네트워크를 말한다.