근거리 통신망 (LAN, 토폴로지)

LAN(Local Area Network)
여러 대의 컴퓨터와 터미널이 하나 이상의 근거리 전송로에 의해 상호 연결되어 있는 것을 말한다.
근거리 통신망 또는 근거리 정보 통신망이라고도 한다.
오늘날 데이터 통신 분야에서 가장 빠르게 발전하고 있는 기술 분야 중 하나
LAN의 원형 중 하나인 이더넷은 1970년대 미국 제록스사에 개인용 컴퓨터 연구 개발의 결과
LAN의 특징
작업 스테이션 간의 접속 길이는 수십에서 수백 미터
스테이션간의 정보 및 음성, 영상 데이터 전송
전송속도는 1Mbps에서 100Mbps정도
라우터를 중심으로 연결, 하나 또는 여러 개의 LAN의 연결로 구성

LAN 표준

1980년 2월 IEEE는 데이터 전송속도가 20Mbps인 LAN 표준을 공시했다.(IEEE 802)
1985년 베이스밴드에서는 동축케이블만 사용하고 전송 속도는 10Mbps만 가능하도록 변경
ITU의 표준은 OSI 데이터 연결 계층을 MAC과 LLC의 두 개의 하부 계층으로 나누고 있다.
MAC 계층
물리적으로 공유하는 매체에 대한 매체 액세스 기술을 취급, 공유된 매체는 대역폭을 각각의 장치에 할당
LLC 계층
전통적인 데이터 링크 계층을 확장한 것으로 단일매체와 좀더 논리적인 연관관계를 갖거나 그 능력을 지원하는 역할

MAC 서브 계층
전송 노드는 데이터 프레임을 보내기 전에 먼저 선로의 상태를 감지
다른 두개 이상의 노드의 동시 전송으로 발생하는 충돌을 감지, 잼(jam)신호를 보내 알리고 규칙에 따른 재전송을 시도하도록 하는 작업을 수행
LLC 하부 계층
연결의 설정, 연결의 흐름 제어, 오류 복구, 프레임 순서 체크와 같은 종단간 서비스를 제공

LAN의 계층 구조

데이터 링크 계층은 두 개의 서브 계층으로 나뉜다.
물리 계층은 하나의 계층일 수도 있고 두 개의 서브 계층으로 나뉠 수도 있다.

데이터 링크 계층은 논리 링크 제어 서브 계층과 매체 액세스 제어 서브 계층으로 나뉜다.
MAC과 LLC의 조합은 WAN에서의 데이터 링크 계층과 동일한 기능을 수행
물리 계층은 하나의 물리 계측 혹은 물리 신호 서브계층 과 물리매체 서브 계층으로 나눌 수 있다.
물리 신호 서브 계층(PLS)
MAC계층에게 물리 계층의 서비스를 제공
물리매체 계층(PMD)
특수한 하드웨어 제어기를 제어하여 신호를 매체에 보내게 된다.

이더넷에서의 MAC서브 계층
먼저 선로의 상태를 감지
Collision을 감지하여 Jam신호를 보낸다.
충돌에 관련된 노드들은 일정하지 않은 시간을 기다린 후에 재전송
토큰 링에서의 LAN
토큰이 항상 링을 돌게 되어있다.
토큰은 단순한 비트 스트링
FIFO 방식으로 토큰을 주는 경우 먼저 토큰을 얻게 되면 전송을 한다.
우선 순위를 갖는 경우 우선 순위가 높은 노드가 요청하지 않았다면 토큰이 자신에게 돌아올 때 송신 노드가 된다.

토폴로지

모든 트래픽의 정확한 수신을 보장하는 최대한의 신뢰도를 제공
송신, 수신 터미널이 가장 적은 비용으로 접속하되 신뢰성을 보장해야 한다.
최적의 응답시간과 높은 단위시간당 처리용량을 제공하도록 해야 한다.

스타 토폴로지
데이터의 흐름을 제어해 주는 중앙제어장치를 중심으로 모든 스테이션들이 점대점으로 연결된 별 모양으로 구성된 접속 방법
중앙집중화, 전체 성능은 중앙제어장치의 처리 능력에 좌우
장점 - 제어가 간단하고 증설이 용이
단점 - 중앙제어장치의 고장은 네트워크의 치명적인 문제로 직결

링 토폴로지
전송매체가 연속적인 원형을 구성하고 있는 링상에 스테이션이 순차적으로 연결돼 있는 모양
한 스테이션과 다음 스테이션간의 물리적 거리가 최단 거리가 되도록 링 모양으로 계속 접속
주로 사용하는 매체 액세스 방식은 토큰링
문제점
- 링에 스테이션을 새로이 추가하거나 제거 시에 네트워크의정상적인 서비스 중단
보완: 스타 와이어드링

스타 와이어드링
전체 스테이션을 위한 회로가 모아져 있고 여기에 전체 스테이션의 입출력 배선이 나와 각 스테이션에 연결
장점: 네트워크의 고장시 문제가 발생한 스테이션을 찾기 쉬움
단점: 링을 제어하기 위한 기본적인 처리절차가 복잡 지연이 따름

FDDI 방식은 광케이블로 데이터를 전송하는 표준
100Mbps로 이더넷이나, 토큰 링보다 빠르다.
한 세그먼트의 길이 2Km, 총 네트워크 길이 200Km로 규정
광케이블의 사용으로 전자기적 잡음에 영향을 받지 않는다.

버스 토폴로지
공통 전송선로 상에 각 스테이션을 멀티드롭으로 접속하는 형태
공통 버스
모든 컴퓨터를 묶어 버스 종단에 종단 임피던스를 두어 고정파 (standing wave) 를 상쇄
버스상의 하나의 컴퓨터는 바깥으로 내보내기 위한 서버 프로그램을 장착
모든 노드는 서버를 통하여 데이터를 전송하거나 수신할 수 있도록 한다
소프트웨어적으로는 따라서 스타 설계와 동일

CSMA/CD 방식
동시에 몇 개의 노드가 데이터를 전송하고자 한다면 충돌이 일어나게 되는데, 이를 피하기 위해서는 재전송하기 전에 일정하지 않은 시간을 기다렸다가 충돌에 관련되었던 노드에게 묻고 전송하는 방식
장점
설치가 간단하고 새로운 스테이션의 추가가 용이
스테이션의 수가 적은 경우는 높은 성능을 발휘
분산 처리 구성되므로 네트워크의 신뢰성을 높이는 데 유용
스테이션에 장애가 발생하더라도 전체 시스템이 이상 없이 유지될 수 있다.

단점
스테이션의 수가 증가함에 따라 처리 능력은 급속하게 감소
유지보수의 측면에서 어려운 네트워크
성능면에 있어 부하가 많은 상태에서는 다른 네트워크에 비해 응답시간이 늦어진다.

각 토폴로지별 장단점