[네트워크] 광역 네트워크

광역 네트워크

WAN(Wide Area Network)는 2개 이상의 LAN의 집합체를 의미한다. LAN이 한 공간의 내부적인 네트워크 망이라면 WAN은 그 네트워크를 라우터 등을 통해 연결하여 형성된 망이다. 국가 내의 거리가 먼 지역 간의, 혹은 국가 대 국가 간의 네트워크 통신이 WAN이라고 할 수 있다.

WAN은 광범위한 네트워크를 형성하는 만큼 LAN보다 속도가 느리고 망 구축 비용이 많이 든다.

교환 통신망은 통신망 노드의 전송 기능을 이용해 데이터를 수신 측까지 전송하는 통신망을 의미한다. 교환 방법에 따라 회선 교환(Circuit Switching), 메시지 교환(Message Switching), 패킷 교환(Packet Switching) 등으로 나눌 수 있다.

1) 회선 교환

데이터를 전송하기 전에 하나의 물리적 경로를 설정하고, 통신을 종료할 때까지 해당 경로를 독점한다. 경로를 설정할 때 지연이 발생하지만, 경로가 설정되면 투명하게 데이터 전송이 가능하다.

회선 연결 -> 데이터 링크 설정 -> 데이터 전송 -> 데이터 링크 해제 -> 회선 해제

순으로 프로세스가 진행된다.

<회선 교환(Circuit Switching)방식>

장점

- 전용 회선이 사용 가능하여 많은 데이터를 전송할 수 있다

- 고정적인 전송률을 보장받는다

- 처리지연이 거의 없다

- 실시간 음성, 동영상 등의 처리에 용이하다

 

단점

- 오류 제어 기능이 없다

- 데이터를 전송하지 않는 시간에도 회선 독점을 하므로 비효율적이다

 

2) 메시지 교환

회선 교환의 비효율적인 부분을 개선한 방식으로 가변 길이의 메시지 단위로 저장/전송한다. 메시지가 도착하면 일단 저장하고 다음 노드로 가는 링크가 비어 있으면 전송하기 때문에 축적 전송(store-and-forward)라고도 한다.

<메세지 교환(Message Switching)방식>

장점

- 링크를 동적으로 공유하기 때문에 회선 교환보다는 효율적이다

- 메시지의 수신이 완료되면 컴퓨터에서 오류를 검출한다

 

단점

- 먼저 도착해서 전송을 기다리는 메시지가 있으면 이 메시지가 모두 전송될 때까지 지연된다

- 실시간, 대화형 데이터 통신에는 부적합

 

3) 패킷 교환

네트워크로 전송되는 모든 데이터가 패킷 단위로 구성되고, 패킷은 표준과 프로토콜을 사용하여 생성한다. 데이터를 패킷 단위로 조각을 낸 후(쪼갠 후), 수신지에서 패킷을 원본 데이터로 결합하여 사용한다. 패킷의 크기는 옥텟(octet)으로 나타내며, 1옥텟은 8bit(1byte)와 같다. 보통 128옥텟의 패킷을 사용하며, MTU(Maximum Transfer Unit, 최대 크기)는 최고 4096옥텟으로 표준화되어 있다.

패킷은 헤더, 데이터, CRC(Cyclic Redundancy Check, 순환 중복 검사)로 이루어져 있다.

해더 : 패킷의 송신지, 수신지, 패킷 번호, 플래그 정보, 패킷 길이 등의 정보가 담겨 있다.

데이터 : 실제로 수신자에게 보내고 싶은 정보. 데이터의 크기가 MTU보다 길 경우 여러 개의 패킷에 나눠서 전송한다.

순환 중복 검사(CRC) : 수신된 정보에 오류가 있는지를 검출하기 위한 부분, 수신측에서 이 부분을 이용하여 오류를 검출한다.

<패킷 교환(Packet Switching)방식, 가장 많이 사용되는 방식, 네트워크를 공부하는 사람이라면 매우 많이 보게될 내용들>

장점

- 네트워크가 일종의 버퍼 기능을 수행하기 때문에 처리 속도가 다른 기기간에도 데이터 전송이 가능하다

- 노드와 노드 간의 회선을 다수의 패킷이 공유하기 때문에 전송 효율이 높다, 회선 교환처럼 하나의 데이터가 회선을 독점하지 않는다는 의미이다

- 패킷별로 우선순위를 적용하여 우선순위(Priority)가 높은 패킷을 먼저 전송

- 데이터 전송 중 과부하(overflow)가 일어나면 전송 지연(delay)가 발생하지만 패킷을 송신하는 것은 가능하다

 

패킷은 최대 1024비트로 길이가 제한되며, 이보다 길 경우 여러 개의 패킷을 쪼개서 전송하고 각 패킷에 해더를 붙인다. 패킷 교환은 WAN용 교환 방식으로 널리 사용되며 접속 방식에 따라 데이터그램(datagram) 패킷 교환과 가상 회선(virtual circuit) 패킷 교환으로 구분된다.

 

1) 데이터그램 패킷 교환

<Datagram Packet Switching>

논리적인 연결을 하지 않고 송신 측과 수신 측에 데이터를 전송하는 방식이다. 독립적으로 전송되는 각 패킷을 데이터그램이라고 하며, 패킷을 수신한 교환 노드(라우터)는 네트워크 상황에 따라 최적의 경로를 선택하여 패킷을 전송한다. 하나의 메시지를 여러 패킷으로 분할해서 보내면 서로 다른 경로를 통해 전송될 수 있고 도착 순서도 다를 수 있다. 패킷이 모두 전송되면 수신측은 패킷을 재결합한다. 비연결 지향형 이라고도 불리우며, UDP와 같은 비동기식 연결방식을 생각하면 편한데, UDP에 관해서는 후에 기술하도록 하겠다.

 

2) 가상 회선 패킷 교환

<Virtual Circuit Packet Switching>

논리적인 연결을 한 후에 패킷을 전송하는 방식이다. 각 패킷에는 가상 회선 식별 번호(Virtual Circuit Identifier, VCI)가 포함되고, 모든 패킷을 전송하면 가상 회선이 해제된다. 데이터그램 패킷 교환 방식과는 다르게 가상 회선 패킷 교환 방식에서는 패킷이 전송한 순서대로 도착한다. 연결 지향형 이라고도 불리우며, 데이터를 전송하기 전에 한번 경로 설정을 수행한다.(데이터그램 방식은 패킷을 보낼 때마다 설정한다, 그렇기 때문에 도착시간과 경로가 제각각이다) 정해진 시간 안에 데이터를 보낼때와 다량의 데이터를 연속해서 보낼 때는 가상 회선 패킷 교환이 적합하고 짧고 일시적으로 보낼 때는 데이터그램 패킷 교환이 적합하다.

 

<Datagram과 Virtual Circuit 비교>

 

ATM 교환(Cell Switching)

ATM 교환은 데이터를 고정 길이인 셀로 나누어 전송하는 방식을 말한다. 전송 데이터를 48바이트의 고정 길이로 분할하고 5바이트의 제어 정보를 추가하여 53바이트의 셀을 생성한 후 전송한다. 패킷은 가변 길이이지만 셀은 고정길이이고 패킷에 비해 크기가 작다. 셀은 크기가 고정되어 있기 때문에 특정 셀의 위치를 찾으면 다음 셀의 위치도 쉽게 알 수 있는데, 이를 ‘셀 동기‘라고 한다. ATM 교환은 모든 과정이 하드웨어로 처리되기 때문에 전송 지연이 적으며 복잡한 제어가 요구되지 않는다.