Computer Science/데이터 통신

Chapter 11. 로컬 영역 네트워크(LAN)

만능 엔터테이너 2024. 12. 1. 12:09
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Bus 망구성방식

토폴로지(Topology) : 네트워크에 연결된 종단점 또는 스테이션(station)들이 서로 연결되는 방식

 

버스 토폴로지 :

- 모든 스테이션은 탭(tap)을 통해 선형 전송 매체(버스)에 직접 연결되고, 스테이션과 탭 간의 전이중 작동으로 인해 데이터를 버스에 전송하고 버스에서 수신할 수 있음

- 어느 스테이션이든 전송된 신호는 매체의 양방향으로 전파되며, 다른 모든 스테이션이 이를 수신할 수 있고 버스 양 끝에는 종단기가 있어 신호를 흡수하고 버스에서 제거를 합니다.

스타 망구성방식

구조적 특징

  • 모든 스테이션은 중앙 노드에 직접 연결되며, 각 스테이션은 두 개의 점대점 링크를 사용하여 중앙 노드와 연결됩니다. - (하나는 송신용, 하나는 수신용)
  • 중앙 집중형 구조로 관리가 용이하며, 장애 발생 시, 중앙 노드에 문제가 생기면 전체 네트워크에 영향을 미침

 

  •  

중앙 노드의 작동 방식

  • 브로드캐스트 방식
    • 중앙 노드는 받은 데이터를 모든 스테이션으로 전달하고,모든 스테이션이 동일한 데이터를 받고, 한 번에 하나의 스테이션만 전송 가능합니다. (중앙 노드는 허브(hub)로 불립니다.)
  • 프레임 스위칭 방식
    • 중앙 노드는 들어온 데이터를 임시로 버퍼링한 후, 대상 스테이션으로 전송하고, 스위치처럼 작동하여 네트워크 효율을 높이는 방식

 

IEEE 802 Layers

논리적 링크 제어 계층(LLC):
상위 계층에 인터페이스를 제공하고, 흐름 제어 및 오류 제어를 수행

매체 접근 제어 계층(MAC):
송신 시 데이터를 프레임으로 조립하고, 수신 시 프레임을 해체하여 주소 인식 및 오류 검출을 수행하며,
LAN 전송 매체에 대한 접근을 제어

Logical Link Control(LLC)

링크 계층 PDU의 전송:
다중 접속과 공유 매체를 지원해야 하며, 링크 접근의 일부 세부 사항은 MAC 계층이 담당한다.
주소 지정송신자와 수신자 LLC 사용자를 명시하며, 이는 서비스 액세스 지점(SAPs)이라고 불린다.

LLC는 매체를 통해 스테이션을 주소 지정두 사용자 간의 데이터 교환을 제어하는 메커니즘을 규정하고, 표준의 동작과 형식은 HDLC에 기반을 두며 LLC는 연결된 장치가 사용할 수 있는 세 가지 서비스를 제공

 

  1. 비확인 비연결 서비스
    • 데이터그램 방식의 서비스로, 흐름 제어와 오류 제어 메커니즘을 포함하지 않는 매우 간단한 형태, 데이터 전송의 보장이 없으나 대부분의 장치에서는 신뢰성을 처리하는 상위 계층 소프트웨어가 존재한다.
  2. 연결 모드 서비스 : 데이터를 교환하는 두 사용자 간에 논리적 연결이 설정되며, 흐름 제어와 오류 제어가 제공된다.
  3. 확인된 비연결 서비스 : 앞의 두 서비스의 중간 형태로, 데이터그램에 대한 확인(ACK)을 제공하지만 사전에 논리적 연결은 설정되지 않는다.

LLC Protocol

LLC 프로토콜은 LAN(Local Area Network) 환경에서 데이터 링크 계층의 상위 부분을 담당하는 프로토콜로, OSI 모델의 2계층에서 동작합니다.

LLC 프로토콜의 주요 특징 : HDLC를 기반으로 설계되었으며, 유사한 기능과 형식을 가지고, LSAPs(LLC 서비스 액세스 포인트)를 사용하여 다중화 가능

운영 모드

  • 유형 1: 번호 없는 정보 PDU 사용 - 비확인 비연결 서비스 지원
  • 유형 2: 비동기 균형 모드사용 - 연결 모드 LLC 서비스 지원
  • 유형 3: 새로 정의된 두 개의 번호 없는 PDU 사용 - 확인된 비연결 서비스 지원

HDLC와의 차이점

  • LLC는 HDLC의 비동기 균형 모드만 사용하며, 다른 HDLC 모드는 사용하지 않음
  • HDLC의 기능을 확장하여 비연결 서비스(Type 1, Type 3)를 지원
  • 다중화를 위해 LSAPs를 추가적으로 사용

Medium Access Control (MAC) Protocol

모든 LAN과 MAN은 네트워크 전송 용량을 공유해야 하는 장치들의 모음으로 구성된다. 이 용량을 질서 있고 효율적으로 사용할 수 있도록 전송 매체에 대한 접근을 제어하는 방법이 필요하며, 이는 매체 접근 제어(MAC) 프로토콜의 기능

Where (위치)

  • 중앙 제어 방식(Centralized Scheme) : 제어자가 네트워크 접근 권한을 부여하고, 전송하려는 스테이션은 제어자로부터 허가를 받을 때까지 대기
  • 분산 제어 방식(Distributed Scheme) : 스테이션들이 동적으로 전송 순서를 결정하며, 중앙 제어 방식의 장단점이 반대로 적용

How (방법)

  • 동기식(Synchronous) : 특정 용량이 연결에 고정적으로 할당됨
  • 비동기식(Asynchronous) : 용량이 동적으로 할당되어 즉각적인 요구에 대응 가능
    • 세 가지 방식:
      • 라운드 로빈(Round Robin): 각 스테이션이 순서대로 전송 기회 가짐
      • 예약(Reservation): 전송 전에 용량을 예약
      • 경쟁(Contention): 스테이션들이 전송 기회를 놓고 경쟁

Bridges

브리지동일한 물리 계층 및 링크 계층 프로토콜을 사용하는 LAN들상호 연결하는 네트워크 장치입니다. 이는 데이터를 필터링하고, 충돌 도메인을 분리하여 네트워크 성능을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 브리지는 최소한의 처리로 동작할 수 있으며, 네트워크 간의 MAC 주소 형식 간 매핑을 지원하여 이질적인 네트워크 간 상호 운용성을 보장합니다.

사용 이유

  1. 신뢰성 (Reliability) :네트워크 안정성 향상
  2. 성능 (Performance) : 효율적 데이터 전송 지원
  3. 보안 (Security) : 데이터 보호 강화
  4. 지리적 확장 (Geography) : 거리 제약 극복 및 네트워크 확장 가능

설계 측면

  • 브리지는 수신한 데이터 프레임의 내용이나 형식을 변경하지 않고 그대로 전달합니다.
  • 네트워크 트래픽이 몰릴 경우에도 처리할 수 있도록 충분한 버퍼 공간을 갖추고 있어야 합니다.
  • 데이터를 올바르게 전달하기 위해 라우팅과 주소 지정과 관련된 기본적인 판단 능력을 갖추고 있습니다.
  • 두 개 이상의 LAN을 연결하여 하나의 네트워크처럼 동작하게 만듭니다.

Fixed Routing

Fixed Routing은 한 번 설정된 경로를 계속 사용하는 간단한 방식으로, 변화가 적은 환경에서는 안정적이지만, 큰 네트워크나 변화가 많은 환경에서는 비효율적일 수 있습니다. 널리 사용되지만, 경로가 고정되어 있어 상황에 따라 더 효율적인 경로를 선택하는 유연성이 부족합니다.

  • 단순함: 네트워크에서 데이터를 전달하는 경로가 미리 정해져 있어서, 복잡한 계산이나 동적인 경로 변경이 필요 없음
  • 적합한 환경: 네트워크 규모가 작거나, 네트워크 구조가 자주 바뀌지 않는 안정적인 인터넷 환경에서 사용하기에 적합
  • 고정된 경로: 네트워크에 연결된 두 LAN(출발지와 목적지) 간에 하나의 고정된 경로를 설정해 데이터를 전송합니다.
  • 변화에 민감: 경로는 네트워크의 토폴로지(구조)가 바뀔 때에만 변경되며, 평소에는 동일한 경로를 계속 사용합니다.

Address Learning

Address Learning(주소 학습) 네트워크 장치가 데이터를 효율적으로 전달하기 위해 네트워크에 연결된 장치들의 MAC 주소와 포트 정보를 자동으로 학습하고 관리하는 과정

      • 데이터베이스 초기 설정 가능: 브리지가 데이터를 처리하기 전에 전달 데이터베이스를 미리 설정가능
      • 프레임 출처 인식: 프레임이 특정 포트로 들어오면, 그 프레임은 해당 포트에 연결된 LAN에서 온 것으로 간주
      • 소스 주소로 데이터베이스 업데이트: 프레임의 소스 주소를 확인해, 해당 데이터베이스에 해당 주소를 추가 및 업데이트
      • 타이머 설정: 데이터베이스의 각 주소 항목에는 일정 시간이 지나면 자동으로 삭제되도록 타이머가 설정됩니다.
      • 주소 관리:
        1. 프레임이 들어올 때마다 소스 주소를 데이터베이스와 비교합니다.
        2. 주소가 이미 데이터베이스에 있다면, 타이머를 초기화하고 방향 정보를 갱신합니다.
        3. 주소가 없다면 새로운 항목을 추가하고 타이머를 설정합니다.

{2계층 스위치의 장점} 

  1. 기존 장치 변경 불필요: 기존의 버스 LAN이나 허브 LAN을 스위치 LAN으로 바꿀 때, 연결된 장치의 하드웨어나 소프트웨어를 바꿀 필요가 없습니다.
  2. 전용 용량 제공: 스위치는 각 장치에 대해 원래의 LAN과 동일한 전송 용량을 제공합니다.
  3. 확장 용이: 새로운 장치를 스위치에 쉽게 연결가능하며, 필요하면 추가적인 스위치를 통해 네트워크 용량을 확장가능

{2계층 스위치의 유형}

스토어-앤드-포워드 스위치 (Store-and-Forward Switch)

  • 입력 라인에서 데이터 프레임을 완전히 받은 뒤, 잠시 저장(버퍼링)하고, 적절한 출력 라인으로 전달합니다.

특징:

  1. 데이터를 저장하고 검사하므로 송신자와 수신자 간에 지연이 발생할 수 있습니다.
  2. 전송 전에 프레임의 오류를 확인하기 때문에 네트워크의 데이터 무결성을 향상시킵니다.
  3. 신뢰성은 높지만, 처리 속도는 상대적으로 느립니다.

컷스루 스위치 (Cut-Through Switch)

  • 데이터 프레임이 시작될 때 목적지 주소를 읽고, 주소를 확인한 뒤 바로 출력 라인으로 전송을 시작합니다.

특징:

  1. 빠른 처리 속도와 높은 처리량을 제공합니다.
  2. 데이터 오류를 확인하지 않기 때문에 불량 프레임이 네트워크에 퍼질 위험이 있습니다.
  3. 속도는 빠르지만, 안정성은 다소 낮습니다.

{VLAN}

VLAN은 네트워크를 가상으로 나누어 같은 LAN에 있는 것처럼 통신할 수 있는 장치들의 그룹을 형성합니다. 이는 물리적 위치와 상관없이 브로드캐스트 도메인을 나눌 수 있게 해줍니다.

  • VLAN 멤버십 기준:
     
    1. 포트 그룹: 스위치의 포트를 기준으로 VLAN을 설정하며, 포트를 이동하면 재구성이 필요합니다.
    2. MAC 주소: 장치의 MAC 주소를 기준으로 VLAN을 유지하지만 초기 설정이 어렵고 도킹 변경 시 문제가 생길 수 있습니다.
    3. 프로토콜 정보: IP 주소나 프로토콜을 기준으로 VLAN을 구성하며 유연하지만 성능 저하 가능성이 있습니다.

 

 

 

 

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