데이터 통신 :: 연결(직접 링크, 간접 링크), 회선 스위칭, 패킷 스위칭, 어드레싱, 라우팅, 주파수분할 다중화, 시분할 다중화

🌼 네트워크와 인간

네트워크 사용자 는 서비스를 받는 입장입니다. 보낸 메시지가 오류 없이 정해진 시간 안에 전달되는 것을 보장받는 것이 중요합니다. 네트워크 설계자 는 효과적인 설계자를 목표로 삼아야 합니다. 네트워크 자원 들이 효율적으로 이용되며 각각의 사용자들에게 공평하게 할당되도록 설계해야 합니다. 네트워크 제공자 는 관리가 용이한 시스템을 운영해야 합니다. 통신 장애가 발생하더라도 쉽게 처리해야하며 사용량에 따른 요금 부과가 용이한 시스템을 설립해야 합니다. 이러한 조건을 만족하기 위해서 좋은 장비를 사서 운영해야 할 필요가 있습니다.

 

🌼 연결

통신 첫 단계는 통신 주체를 연결하는 것입니다. 그렇다면 통신 주체는 무엇일까요? 전화기 등 단말기를 의미합니다. 다시 말하자면, 통신망을 통해서 연결받는 기기(terminal)을 의미합니다. 연결방법은 무선이든, 유선이든 선을 연결하는 방법으로 이루어집니다. 물리적 연결 제공을 위한 통신망 구성 요소는 다음 두가지가 있습니다.

 

💡 노드(node) : 단말기(인터넷에서는 단말기가 라우터 역할도 할 수 있습니다), 범용 워크스테이션, 라우터 등.

이들의 공통점은 능동적으로 일을 한다는 것입니다. 공유기, AP, 기지국과 같은 것도 포함됩니다.

💡 링크(link) : 동축케이블, 광케이블, 무선채널 등.

신호가 지나갈 수 있는 선을 의미하며 수동적인 역할을 합니다. 

 

연결은 또 크게 두 가지로 나누어집니다.

첫째, 직접 링크(Direct Links) 입니다. 직접 링크에는 점대점 연결과 다중 접근이 있습니다. 점대점 연결 (point-to-point) 는 가장 간단한 네트워크로 사용할 수 있는 경우가 제한되어 있습니다. 이러한 연결은 전용으로 연결되기 때문입니다. 하지만 최근에는 한 명과만 통신하는 경우가 거의 없기 때문에 링크가 많이 필요해지고, 이러한 방법은 잘 쓰이지 않고 있습니다. 점대점 연결의 장점으로는 전용이므로 타인과 겹칠 이유가 없다는 것이 있습니다. 따라서 회선을 관리하는 것도 필요 없습니다.

다중 접근 (multiple access)은 LAN의 기본 방식으로 공유를 하기 때문에 관리가 필요합니다. 공유 링크를 사용하는데, 이 공유 링크는 하나 굵은 링크를 연결하고 여러 단말들이 공유하는 방식으로 이루어집니다.

 

 

둘째, 간접 연결(Swiched Networking) 입니다. 간접 연결은 링크 이외에 다른 노드가 존재합니다. 간접 연결에는 두 종류가 있습니다. 첫번째로 스위칭 네트워크(switching network) 입니다. 중간애 존재하는 노드들은 중계가 필요하며 목적지에 따라서 스위칭됩니다. 또한 연결되어 있는 한 부분만 떼어 놓고 보면 점대점 연결이라 할 수 있습니다. 

 

두번째, 인터네트워킹(internetworks) 입니다. 인터네트워킹은 네트워크가 이미 있고 서로 다른 네트워크 연결을 하고 있는 경우입니다. 현실에 존재하는 인터넷이 되기 위해서는 인터네트워킹이 필요합니다.

이 사진에서 구름 하나와 다른 구름은 신호를 보내는 방식이 다르고 주소 체계도 다를 가능성이 크기 때문에 변환 기능이 추가되어야 합니다.

 

간접 연결 방법에는 스위칭 정책을 사용합니다. 회선 스위칭(circuit switching) 은 전화 네트워크에 사용하는 방법입니다. 회선이 여러 경로에 붙었다 떨어졌다는 반복하며 길을 만들어갑니다. 스위치는 사전에 전용 회선을 확보합니다. 데이터 전송이 시작하기 전에는 주소가 필요하지만 그 뒤에는 필요하지 않습니다. 이후 비트스트림을 중단/간섭 없이 송수신합니다. 중단과 간섭이 없기 때문에 성능이 보장됩니다. 그리고 기본적으로 간단한 point-to-point 정책을 채택하고 있습니다.

패킷 스위칭(pakcet switching) 은 인터넷과 우편에서 사용합니다. 링크에 주인이 없기 때문에 사전 작업이 필요없습니다. 하지만 데이터를 전송할 때마다 주소가 필요하다는 단점이 있습니다. 패킷에서는 이름에서 알 수 있듯 '패킷(packet)' 이라는 데이터 전송 단위를 사용합니다. 데이터를 전송할때마다 패킷 묶음으로 전송합니다. 패킷 스위치의 동작은 'store and forward'로 정리할 수 있는데, 묶어서 저장한 후 일정한 방향으로 전송한다는 의미를 담고 있습니다.

두 스위칭 기법을 입장에 따라 살펴보도록 합시다. 사용자의 입장에서는 회선 스위칭이 편리합니다. 성능이 보장되기 때문입니다. 하지만 네트워크의 입장에서는 패킷 스위칭이 편리합니다. 링크의 주인이 없기 때문에 효율적으로 데이터를 전송할 수 있기 때문입니다. 이러한 이유로 큰 트래픽 처리에 적합한 것도 패킷 스위칭입니다. 뿐만 아니라 패킷 스위칭은 간헐적으로 일어나는 데이터 처리에도 유용합니다. 

다음으로 어드레싱(Addressing) 과 라우팅(Routing) 에 대해서 알아봅시다. 먼저 어드레싱은 상대방(ID)를 지정하는 것을 의미합니다. 이 때 주소는 노드를 식별하는 바이트열이며 유일하다는 특성을 가지고 있습니다. 라우팅은 목적지 노드를 향해 메시지를 어떻게 포워딩할지 주소에 기초하여 결정하는 작업입니다. 즉 어드레싱은 간단하게 말하자면 주소를 주는 것이고, 라우팅은 출발지 A에서 도착지 B까지 가는 경로를 정하는 것입니다. 완전히 다른 개념이므로 혼용해서 사용해서는 안됩니다. 주소의 형태는 세 가지로 나눠볼 수 있습니다. 유니캐스트(unicast) 는 특정 노드를 지정하여 보내는 것입니다. 방송/브로드캐스트(broadcast) 는 네트워크의 모든 노드에게 데이터를 전송하는 것입니다. 멀티캐스트(multicast) 는 네트워크의 일부 노드 집합을 지정하여 데이터를 전송합니다. 따라서 그룹 지정이 필요합니다.

 

 

🌼 비용 효율적인 자원 공유(Resource Sharing)

비용 효율적인 자원 공유를 위해서는 여러 사용자들이 네트워크 자원을 공유할 수 있어야 합니다. 이를 위한 방식을 다중화(multiplexing) 이라고 합니다. 다중화는 연결을 하긴 하되, 자원을 공유하는 방식입니다.

긴 화살표가 있는 부분은 두꺼운 링크인데, 이렇게 두꺼운 링크를 하나 묻어놓고 스위치를 사용하는 방식이 다중화입니다. 세 개의 링크를 하나로 묶었다가 나갈때는 세 개로 다시 나누어줍니다. Mux는 여러 개의 신호를 하나의 신호 로 바꿔주는 것을 의미하고(switch 1) DeMux는 여러개의 신호를 하나의 신호로 바꾸어주는 것을 의미합니다. 

 

흔히 사용되는 다중화 정책으로는 주파수분할 다중화와 시분할 다중화가 있습니다. 주파수분할 다중화(Frequency Division Multiplexing) 은 주파수를 나누어 동시에 보내면 완벽하게 분할이 가능하다는 점을 이용합니다. 

채널과 채널 간에는 간격이 있습니다. 이는 혼선을 방지하기 위한 장치입니다. 또한 특정 주파수를 기준으로 그 부근만 사용합니다. 파이프와 비슷한 개념으로 생각한다면 더 쉽습니다. 큰 파이프 안에 또 다른 작은 파이프가 여러개가 있는 것이라고 이해하시면 됩니다. 

 

시분할 다중화(Time Division Multiplexing) 은 동기식 시분할 다중화로 주파수분할 다중화와 다르게 전체를 모두 사용합니다. 단어에서 알 수 있듯 시간을 쪼갭니다.