2. 근거리 통신망 - 4과목 네트워크

2. 근거리 통신망 - 4과목 네트워크

지난 시간에는 네트워크(PAN,LAN,MAN,WAN)와 네트워크포톨리지(계층, 버스, 선형, 망형, 링형)에 대해 알아봤습니다.

 

이번 시간은 물리, 데이터, 네트워크 계층에서 사용하는 장비 허브,리피터,NIC, 스위치, 브릿지 등을 학습하고 LNA의 프로토콜(LLC, MAC)과 802시리즈와 HDLC(데이터링크 프로토콜)에 대해 공부합니다. 이 내용들을 정보처리기사에서 자주 출제되므로 꼭 확인해보셔야하며, 암기 효율대비 가성비 좋은 문제이기 때문에 직전에라도 꼭 챙겨가시길 바랍니다.

목차

LAN이란?

LAN은 Local Area Network(로컬 영역 네트워크)의 약자로, 근거리에서 여러대의 컴퓨터와 주변장치가 통신 네트워크를 구성하여 통신하는 망을 말합니다.

제한된 지리적 범위 내에서 컴퓨터 및 다른 네트워크 장치들이 서로 통신할 수 있는 네트워크를 의미합니다. 

일반적으로 사무실, 학교, 집 등의 건물 또는 건물 근처의 지역에서 사용됩니다.

LAN의 특징

LAN은 네트워크 구성의 최소 단위

1. 제한된 범위: LAN은 제한된 지역 내에서 동작합니다. 일반적으로는 건물 내부나 건물 주변의 작은 지역에서 사용됩니다.
2. 고속 전송: LAN은 일반적으로 높은 전송 속도를 제공합니다. 이는 사용자들 간의 데이터 통신이 빠르고 효율적으로 이루어질 수 있도록 합니다.
3. 비용 효율성: LAN을 구축하는 비용은 상대적으로 저렴합니다. 특히 소규모 조직이나 가정에서 구성하기 쉽습니다.
4. 사용자 친화성: LAN은 사용자들이 리소스를 공유하고 서비스에 접속하기 쉽도록 설계되어 있습니다. 파일 공유, 프린팅, 인터넷 접속 등의 서비스가 가능합니다.
5. 비공개성: LAN은 일반적으로 특정 조직이나 가정 내부에서만 사용되므로 외부에서의 접근이 제한됩니다.
6. 유선 및 무선 구성 가능: LAN은 유선 혹은 무선으로 구성될 수 있습니다. 최근에는 무선 LAN(WLAN)이 매우 흔하게 사용됩니다.
7. 네트워크 관리: LAN은 관리가 용이합니다. 네트워크 관리자는 LAN의 구성, 유지, 보수를 비교적 쉽게 할 수 있습니다.
8. 표준 프로토콜 사용: LAN은 주로 이더넷(Ethernet)과 같은 표준 프로토콜을 사용하여 통신합니다.

LAN의 구성요소

데이터, 물리 계층에서 사용하는 것이 아래 장비들입니다.

물리 : NIC, Hub(Dummy), Repeater

데이터 : switch, Bridge

네트워크 : router

1. NIC (Network Interface Card)
   • LAN 카드라고 불리기도 합니다.
   • 전송 매체에 연결하는 역할
   • 네트워크 인터페이스 카드는 컴퓨터에 설치되어 LAN에 연결됩니다.
   • 데이터를 전송하고 수신하는 데 사용되며, 일반적으로 이더넷, Wi-Fi, 혹은 기타 네트워크 기술을 지원합니다.
2. 리피터 (Repeater)
   • 리피터는 신호를 증폭하여 전송 거리를 연장하는 장치입니다.
   • 전송 신호를 수신하고 그 신호를 증폭하여 LAN의 범위를 확장합니다.
3. 허브 (Hub)
   • 허브는 여러 디바이스를 연결하여 데이터를 전송하는 중계 장치입니다.
   • 수신된 데이터를 모든 포트로 전송하므로 허브는 충돌이 발생할 수 있고, 네트워크 성능을 저하시킬 수 있습니다.
4. 브리지 (Bridge)
   • 브리지는 두 개의 LAN 세그먼트를 연결하여 데이터 전송을 가능하게 합니다.
   • 브리지는 데이터 패킷을 수신하고 수신된 패킷을 목적지 LAN으로 전송하여 LAN 세그먼트 간의 통신을 중계합니다.
5. 라우터 (Router)
   • 라우터는 서로 다른 여러 네트워크 간의 데이터를 전달하는 장치입니다.
   • IP 주소를 기반으로 패킷을 전송하고 경로를 결정하여 데이터를 전송합니다.
   • LAN과 WAN을 연결하거나 서로 다른 LAN 간의 통신을 관리합니다.
6. 게이트웨이 (Gateway)
   • 통신망간 메시지 전달
   • 게이트웨이는 두 개의 서로 다른 네트워크 간의 통신을 제어하는 네트워크 장치입니다.
   • 주로 프로토콜 및 통신 프로토콜의 번역을 수행하여 서로 다른 네트워크 간에 통신이 가능하도록 합니다.
   • 인터넷과 LAN 간의 통신을 관리하는 인터넷 게이트웨이가 가장 흔한 예입니다.

 

LAN의 전송 방식

1. 베이스 밴드(Baseband)
   • 가까운데(1km~2km) 보낼 수 있는 방식 의미를 가지고 있습니다.
   • 변조하지 않고 전송
   • 베이스 밴드는 단일 주파수 대역을 사용하여 데이터를 전송하는 방식입니다.
   • 한 번에 하나의 신호만 전송되며, 전송 매체가 전용되어 있습니다.
   • 주로 이더넷(ethernet)과 같은 유선 LAN에서 사용됩니다.
   • 트위스 페어 케이블, 동축 케이블
2. 브로드 밴드(Broadband)
   • 멀리 보낼 수 있는 방식  의미를 가지고 있습니다.
   • 디지털 데이터 -> 아날로그 데이터
   • 브로드 밴드는 여러 주파수 대역을 사용하여 동시에 다수의 데이터 스트림을 전송하는 방식입니다.
   • 다중 신호 전송이 가능하며, 전송 매체를 공유할 수 있습니다.
   • 주로 케이블 인터넷이나 DSL과 같은 고속 인터넷 서비스에서 사용됩니다.

LAN의 프로토콜

1. LLC (Logical Link Control)
   • LLC는 데이터 링크 계층(Data Link Layer)의 상위 계층(포함하고 있다는 뜻 입니다. )으로, 데이터의 전송 및 에러 처리 등을 담당합니다.
   • 네트워크 상에서 데이터 프레임의 형식을 정의하고, 흐름 제어와 에러 감지 및 복구 기능을 수행합니다.
   • 주로 IEEE 802 LAN 표준에서 사용됩니다.
   • 인접한 노드, 흐름제어, 오류처리
2. MAC (Media Access Control)
   • 물리적 전송 매체와의 연결
   • 네트워크 상에서 각 장치들의 주소를 할당하고 통신을 관리합니다.
   • 각 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 고유한 MAC 주소가 할당되며, 이를 통해 장치 간의 통신이 가능합니다.
   • 주로 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)와 같은 액세스 제어 기법이 사용됩니다.

LAN 802.x 시리즈

LAN 802.x 시리즈	설명
802.1 LAN 전체	네트워크 관리 및 보안 LAN의 전체 구성 네트워크 관리에 대한 규약
802.2 LLC에는 L이 2개	논리적 링크 제어 (LLC)
802.3 유선삼	유선 이더넷(CSMA/CD)에 기반한 이더넷 규약
802.4 4번 버스	토큰 버스 네트워크
802.5 오링	토큰 링 네트워크
802.11 무선(wifi)는 일일(11)히 설정할 필요가 없지 정보처리기사 23년 3회(TKIP)	무선 LAN (Wi-Fi) 관련 기술 TKIP( 보안 프로토콜, 사용자 인증결과로부터 무선 AP와 단말 사이의 무선 채널 보효용 공유 비밀키를 동적으로 생성), WPA CSMA/CA
802.15 블루투스 쓰고 15	무선 개인 영역 네트워크(WPAN) 블루투스 포함

 

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

Collision Detection: 충돌감지

CSMA/CD(802.3)는 이더넷에서 사용되는 액세스 제어 방법 중 하나입니다.

여러 장치가 동일한 통신 매체를 공유할 때, 각 장치가 데이터를 전송하기 전에 통신 매체를 감지하고 충돌을 감지하여 효율적으로 데이터 전송을 관리합니다.

유선이기 떄문에 가지는 속성들을 확인해야합니다.

Manchester(데이터+클럭신호결합) 코드를 사용하여 전송, 충돌이 발생하면 잼신호를 보내고 재전송

용어의 의미

• Carrier Sense (CS): 데이터를 전송하기 전에 통신 매체를 감지하여 현재 데이터가 전송되고 있는지 여부를 확인합니다.
• Multiple Access (MA): 다중 접속을 의미합니다. 다수의 장치가 동시에 통신 매체에 접근할 수 있습니다.
• Collision Detection (CD): 데이터를 전송하는 동안 충돌이 발생하면 이를 감지하고, 충돌이 발생한 장소와 시간을 식별하여 재전송을 수행합니다.

주요 절차

1. 전송 시도: 장치가 데이터를 전송하려고 할 때, 먼저 통신 매체가 사용 가능한지 확인합니다.
2. 충돌 감지: 데이터를 전송하는 동안 다른 장치가 동시에 데이터를 전송하면 충돌이 발생합니다. 이러한 충돌을 감지하고, 전송 중인 장치가 이를 인식합니다.
3. 충돌 회피: 충돌이 발생한 경우, 각 장치는 일정한 시간 동안 대기한 후 재전송을 시도합니다. 이를 통해 다시 충돌이 발생하는 것을 방지합니다.
4. 랜덤 백오프: 충돌이 발생하면 재전송을 위해 일정한 시간 동안 대기합니다. 이 때 대기 시간은 무작위로 선택됩니다.

이더넷 규격

• 10 BASE 2
  • 10은 속도 2는 거리
  • 최장 200m
  • 동축케이블
• 10 BASE 5
  • 500m
  • 두껍고 단단한 케이블(Thicknet)을 사용합니다.
• 10 BASE F
  • 광섬유 케이블
• 10 BASE T
  • Twisted Pair Wire 사용
  • 10 Mbps 속도의 기본 이더넷 규격
• 고속 이더넷(Fast)
  • 100 Mbps 속도의 이더넷 규격입니다.
• 기가비트 이더넷
  • 1 Gbps 속도의 이더넷 규격입니다.

CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)

CSMA/CA는 무선 네트워크(802.11)에서 사용되는 액세스 제어 방법 중 하나입니다. 

여러 무선 장치가 동일한 무선 채널을 공유할 때 충돌을 방지하고 효율적인 데이터 전송을 위해 사용됩니다.

Collision Avoidance : 충돌회피

용어의 의미

• Carrier Sense (CS): 데이터를 전송하기 전에 무선 채널을 감지하여 현재 데이터가 전송되고 있는지 여부를 확인합니다.
• Multiple Access (MA): 다중 접속을 의미합니다. 다수의 장치가 동시에 무선 채널에 접근할 수 있습니다.
• Collision Avoidance (CA): 충돌을 방지하는 것을 의미합니다. 데이터 전송 전에 충돌을 감지하고 회피하기 위한 메커니즘을 사용합니다.

802.11의 버전

1. 802.11a:
   • 5 GHz 대역에서 동작하는 무선 LAN 표준입니다.
   • 최대 전송 속도는 54 Mbps입니다.
2. 802.11b:
   • 2.4 GHz 대역에서 동작하는 무선 LAN 표준입니다.
   • 최대 전송 속도는 11 Mbps입니다.
   • 오래된 표준이지만 여전히 일부 장치에서 사용됩니다.
3. 802.11e:
   • QoS(Quality of Service)를 개선하기 위해 설계된 표준입니다.
   • 음성 및 비디오와 같은 실시간 응용 프로그램에 대한 전송 우선순위를 제공합니다.
4. 802.11g:
   • 2.4 GHz 대역에서 동작하는 무선 LAN 표준입니다.
   • 최대 전송 속도는 54 Mbps입니다.
   • 802.11b와 호환성이 있으며, 더 높은 전송 속도를 제공합니다.
5. 802.11n:
   • MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술을 사용하여 높은 전송 속도와 더 큰 범위를 제공하는 표준입니다.
   • 최대 전송 속도는 600 Mbps 이상입니다.
   • 현재 가장 널리 사용되는 무선 LAN 표준 중 하나입니다.

토큰 버스란?

• 802.4
• 토큰 버스는 네트워크에서 사용되는 토큰 패킷(Token Packet)을 통해 통신하는 방식입니다.
• 네트워크에 연결된 모든 장치는 하나의 버스(bus)라고 불리는 통신 매체를 공유합니다.
• 토큰은 네트워크를 따라 순환하며, 각 장치는 토큰을 받아 자신이 데이터를 전송할 차례인지 확인합니다.
• 장치가 데이터를 전송할 때에는 토큰을 소비하여 데이터를 전송하고, 전송이 완료되면 다음 장치에 토큰을 전달합니다.
• 토큰 버스는 Ethernet과 같은 이더넷 형태의 네트워크에서 사용되는 토큰 패킷에 기반한 네트워크 형태입니다.
• CD에 비해 복잡함

토큰 링이란?

• 802.5
• 토큰 링은 네트워크에서 사용되는 토큰 패킷을 통해 통신하는 방식입니다.
• 네트워크에 연결된 모든 장치가 원형 형태의 링(ring)에 연결되어 있습니다.
• 토큰은 네트워크를 따라 순환하며, 각 장치는 토큰을 받아 자신이 데이터를 전송할 차례인지 확인합니다.
• 장치가 데이터를 전송할 때에는 토큰을 소비하여 데이터를 전송하고, 전송이 완료되면 다음 장치에 토큰을 전달합니다.
• 토큰 링은 네트워크 토폴로지로서 IBM에서 개발한 것으로, IBM의 Token Ring 네트워크와 호환되는 형태의 네트워크 형태입니다.

블루투스 규약(802.15)

이 개념은 시험에 출제될 가능성이 매우 낮습니다. Pass하셔도 좋습니다.

블루투스 표준 (IEEE 802.15.x)	설명
802.15.1 (Bluetooth 1.0)	초기 블루투스 표준으로, 기본적인 무선 연결 및 데이터 전송을 지원합니다.
802.15.2 (Bluetooth Enhanced Data Rate)	블루투스의 전송 속도와 안정성을 향상시키기 위한 확장 데이터 속도 기능을 제공합니다.
802.15.3 (High Rate WPAN)	고속 데이터 전송을 위해 설계된 블루투스 표준으로, 주로 멀티미디어 응용 프로그램에 사용됩니다.
802.15.4 (Low-Rate WPAN)	저전력 장치 간의 데이터 통신을 위해 설계된 블루투스 표준으로, 주로 센서 네트워크 및 IoT 응용 분야에 사용됩니다.
802.15.5 (Mesh Networking)	블루투스 망의 확장성과 안정성을 향상시키기 위해 설계된 표준으로, 블루투스 네트워크의 메쉬 구조를 지원합니다.
802.15.6 (Body Area Network)	신체 내 장치 간의 통신을 위해 설계된 블루투스 표준으로, 주로 의료 및 건강 관련 응용 분야에 사용됩니다.
802.15.7 (Short-Range Optical Wireless Communication)	광통신을 사용하여 무선 통신을 제공하는 블루투스 표준으로, 주로 근거리 무선 통신 환경에 사용됩니다.

 

HDLC( High-Level Data Link Control )란?

이 관련 문제는 2023년 정처기 실기에 출제된 적이 있습니다.

응표세(데이터), 전(세그먼트), 네(패킷), 데(프레임), 물(비트) 중 데이터 계층에서 쓰이는 프로토콜입니다.

 

HDLC(고속 데이터 링크 제어)는 High-Level Data Link Control의 약자로, 데이터 통신에서 데이터 링크 계층에서 사용되는 프로토콜입니다.

HDLC는 데이터 링크 계층에서 사용되는 비트지향 프로토콜이며, 주로 전송 제어 및 에러 감지 및 복구를 위해 사용됩니다.

HDLC의 주요 특징

• HDLC는 주로 포인트 투 포인트 및 포인트 투 멀티포인트 연결에서 사용
• 특히 WAN(Wide Area Network)에서 데이터를 안전하게 전송하는 데 사용됩니다.
• Full-Duplex 지원
• FCS(오류 검출 코드)
• 프레임 구조: HDLC는 프레임 기반 프로토콜로, 프레임 내에는 데이터 및 제어 정보가 포함됩니다.
• 흐름 제어: 송신측에서 수신측으로의 데이터 흐름을 제어하기 위해 사용됩니다.
• 에러 감지 및 복구: 에러 감지와 에러 복구 기능을 제공하여 데이터의 안전한 전송을 보장합니다.
• 동기 전송: HDLC는 동기 전송 방식을 사용하여 데이터를 전송합니다.

프레임구조

아래 프레임구조가 들어가는 순서만 반복해서 읽어보시길 권유드립니다.

HDLC 프레임 구조 예시: (플래그: 01111110) (주소 필드: 00000001) (제어 필드: 00000011) (데이터: 01010101 10101010 11001100) (FCS: 10101100) (플래그: 01111110)

프레임 구조	설명
플래그	프레임의 시작과 끝을 나타내는 특별한 비트 시퀀스
주소 필드	송신자 또는 수신자의 주소를 나타내는 필드 어디로 보낼지 결정
제어 필드	흐름 제어 및 에러 감지 등의 제어 정보를 포함하는 필드 흐름제어, 오류 제어
데이터	실제 전송되는 사용자 데이터
FCS (Frame Check Sequence)	데이터 오류를 감지하기 위한 CRC(순환 중복 검사) 값

프레임유형

프레임 유형	설명
정보 (I-Frame)	데이터를 전송하는 데 사용되는 프레임
감독 (S-Frame)	네트워크 오류 검출, 흐름 제어 및 관리를 위한 프레임
비순서 (U-Frame)	추가적인 제어 목적 비순서적 데이터 전송을 위한 프레임

HDLC 스테이션

1. 주국 (Primary Station)
   • 네트워크를 관리하고 명령(통제)하는 역할을 담당하는 스테이션입니다.
   • 주국은 네트워크 설정과 해제, 흐름 제어, 오류 감지 및 복구 등의 기능을 수행합니다.
   • 주국은 다른 스테이션과 통신할 수 있는 권한과 책임을 가지고 있습니다.
2. 종국 (Secondary Station)
   • 주국의 명령을 수신하고 응답먼하는 스테이션입니다.
   • 주국의 지시에 따라 데이터를 송수신하며, 주로 종단 사용자나 장치에 해당합니다.
   • 종국은 주국의 통제 하에 작동하며, 주국과 상호 작용하여 데이터를 전송하고 수신합니다.
3. 혼성국 (Combining Station)
   • 주국과 종국 역할을 모두 수행할 수 있는 스테이션입니다.
   • 혼성국은 네트워크 구성을 변경할 수 있으며, 주국 또는 종국으로 작동할 수 있습니다.
   • 네트워크의 요구 사항에 따라 혼성국은 주국 또는 종국으로 설정되어 다양한 역할을 수행할 수 있습니다.

 

HDLC  전송모드

1. 정규 응답 모드 (Normal Response Mode)
   • 하나의 주국과 여러 종국
   • 이 모드에서는 주국이 종국에게 지시를 내리고, 종국은 주어진 명령에 응답합니다.
   • 주국은 종국에게 데이터를 송신하고, 종국은 이에 대한 응답을 보냅니다.
   • 주국과 종국 간의 통신이 주국이 주도하여 이루어지는 모드입니다.
2. 비동기 균형 모드 (Asynchronous Balanced Mode)
   • 가장 일반적으로 사용되는 HDLC 모드
   • 주국과 종국이 서로 역할을 바꿀 수 있음
   • 전이중 통신을 지원
   • 이 모드에서는 주국과 종국이 상호 간의 통신을 균형있게 나누어 수행합니다.
   • 주국과 종국은 각각 주국 및 종국 역할을 동시에 수행할 수 있습니다.
   • 데이터 전송 시에 어떤 스테이션이 송신자가 되고, 어떤 스테이션이 수신자가 될지 사전에 정해지지 않습니다.
3. 비동기 응답 모드 (Asynchronous Response Mode)
   • 느슨한 역할로 구분
   • 종국도 자체적으로 데이터 전송을 시작할 수 잇는 모드
   • 비대칭 네트워크 환경
   • 이 모드에서는 주국이 종국에게 명령을 내리고, 종국은 이에 대한 응답만을 전송합니다.
   • 주국은 종국에게 명령을 보내고, 그에 대한 응답만을 기다립니다.
   • 주국이 주로 데이터를 전송하고, 종국은 주어진 명령에 대한 응답을 보내는 방식으로 통신이 이루어집니다.