컴퓨터 네트워크를 다양한 기준으로 분류할 수 있지만, 가장 간단한 기준은 네트워크의 크기이다. 가장 작은 네트워크 구성의 예는 컴퓨터 시스템 내부에서 볼 수 있다. 매우 빠른 전송 속도를 지원하는 시스템 버스를 이용해 다수의 프로세서를 연결하는 다중 처리 시스템이 이에 해당한다.
컴퓨터 시스템의 내부와 컴퓨터 네트워크의 차이는 전송 매체의 성능에 있다. 시스템 버스는 매우 빠른 속도와 높은 전송 대역을 지원하기 때문에 버스에 연결되는 CPU, 메모리, I/O장치 등이 낮은 전송 지연으로 데이터를 전송할 수 있는 밀접한 연결 관계를 갖는다. 그에 비해 네트워크는 전송 매체의 속도가 상대적으로 느려 느슨한 연결 관계를 지원한다.
일반적으로 네트워크는 물리적으로 일정 거리 이상 떨어진 위치에서 독립적으로 실행할 수 있는 호스트 간의 데이터 교환 환경을 지원한다. 호스트 사이의 연결 거리를 기준으로 네트워크를 LAN, MAN, WAN으로 구분할 수 있다. 이 연결 거리는 데이터의 전송 지연에 많은 영향을 미치므로 네트워크를 설계할 때 중요한 고려 사항이 된다.
LAN
LAN은 단일 건물이나 학교 같은 소규모 지역에 위치하는 호스트로 구성된 네트워크이다. 규모가 아주 작을 때는 단일 전송 케이블로 모든 호스트를 연결할 수 있다. LAN은 MAN이나 WAN 환경보다 호스트의 간격이 가깝기 때문에 데이터를 브로드캐스팅 방식으로 전송한다.
호스트 사이의 물리적 거리는 데이터 전송 과정에 영향을 많이 미친다. 가까울수록 데이터 전송 지연이 적으며, 전송 오류가 발생할 가능성도 낮아진다. LAN에서는 보통 수십 Mbps~수Gbps의 전송 속도를 지원한다. LAN 환경에서는 호스트를 연결하는 방식을 구성 형태에 따라 버스형, 링형으로 구분한다.
버스형
LAN 환경에서 가장 많이 사용하는 네트워크 연결 형태는 버스형과 링형이다. 버스형은 공유 버스 하나에 여러 호스트를 직접 연결한다. 한 호스트가 전송한 데이터를 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송하므로, 브로드캐스팅 방식이다.
버스형에서는 전송 데이터가 모든 호스트에 전송되므로 라우팅 기능이 따로 필요 없다. 목적지에 해당하는 호스트만 데이터를 내부 버퍼에 보관하고 나머지 호스트들은 데이터를 버림으로써 한 호스트만 데이터를 수신한다. 이를 위해 각 호스트를 구분하는 호스트 주소를 사용하고, 전송 데이터에는 송수신 호스트의 주소를 표기한다.
둘 이상의 호스트에서 데이터를 동시에 전송하려고 하면 공유 버스에서 데이터 충돌이 발생할 수 있다. 충돌 문제를 해결하는 방법에는 충돌이 발생할 가능성 자체를 차단하는 사전 해결방식과 충돌을 허용하고 나중에 해결하는 사후 해결 방식이 있다. 대표적인 버스형 연결 형태인 이더넷은 충돌이 발생하는 것을 허용하는 대신, 충돌 후에 문제를 해결하는 사후 해결 방식이다.
이더넷 방식의 LAN은 원래 1~10Mbps의 전송 속도를 지원했지만, 100Mbps, 1Gps의 고속 이더넷이 등장하면서 영상 데이터처럼 높은 전송률이 필요한 응용 환경에서도 사용할 수 있게 되었다.
링형
링형은 전송 호스트의 연결이 순환 구조인 링 형태이다. 데이터는 시계나 반시계 방향으로 전송되며, 특정 호스트에서 전송한 데이터는 반드시 링을 한바퀴 돌아 송신 호스트로 되돌아온다. 따라서 네트워크에 연결된 모든 호스트가 전송 데이터를 수신하는 브로드캐스팅 방식을 지원한다. 데이터를 송신한 호스트는 자신에게 되돌아온 데이터를 네트워크에서 회수할 책임이 있다.
링형도 둘 이상의 호스트에서 데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생할 수 있으므로 이 문제를 고려해야 한다. 일반적으로 링형에서는 토큰이라는 제어 프레임을 사용해 충돌 가능성을 차단한다. 데이터를 전송할 호스트는 사전에 전송용 토큰을 확보해야 한다. 네트워크에 토큰이 하나만 존재하도록 설계되므로 특정 시간에 데이터를 전송할 수 있는 호스트는 하나뿐이다. 따라서 호스트 사이에 충돌이 발생할 가능성을 미리 차단할 수 있다. 토큰은 네트워크에 연결된 호스트를 모두 순환하도록 설계되었기 때문에 모든 호스트가 동등한 전송 기회를 갖는다.
MAN
MAN은 LAN보다 큰 지역을 지원한다. 사용하는 하드웨어와 소프트웨어는 LAN과 비슷하지만, 연결 규모가 더 크다. MAN은 근처에 위치한 여러 건물이나 한 도시에서의 네트워크 연결로 구성할 수 있다. MAN을 위한 국제 표준안은 DQDE이다. 이 규격은 전송 방향이 다른 두 버스로 모든 호스트를 연결하는 구조를 지원한다.
DQDB는 비디오와 그래픽 응용 환경을 위한 광 LAN을 위해 개발되었지만 DQDB구조가 MAN 환경에 적합하여 MAN의 표준안으로 채택되었다. 그 후 케이블 TV 산업에 의해 개발이 촉진되었다.
DQDB의 특징
- 1. 분산 데이터 큐를 유지한다.
- 2. 데이터를 전송할 때 발생할 수 있는 충돌 문제를 해결하기 위해 슬롯 링 개념을 변형한 FIFO기반의 공유 슬롯 방식을 사용한다.
- 3. ATM과 호환이 가능하도록 53바이트의 프레임을 지원한다.
DQDB에는 화살표처럼 두개의 단방향 선로가 존재하며, 이 전송 선로를 통해 모든 호스트가 연결된다. 중간 호스트는 슬롯을 프레임으로 변경해 데이터를 전송할 수 있다. 점선처럼 물리적인 거리가 짧으면 새로운 연결을 구성할 수 있다. 직접 연결하는 추가 전송 매체를 사용함으로써, 신뢰도를 높일 수 있다.
WAN
WAN은 국가 이상의 넓은 지역을 지원하는 네트워킹 구조이다. LAN과 MAN의 구성은 전송 호스트가 공유 버스를 이용한 브로드캐스팅을 지원하기 때문에 교환의 개념이 필요없다. 그러나 점대점으로 연결된 WAN 환경에서는 전송과 더불어 교환 기능이 반드시 필요하다.
WAN에서는 전송 매체를 이용해 호스트를 일대일(1:1)로 연결하는 방식으로 네트워크를 확장한다. 그리고 어떤 호스트가 어떻게 연결되었는지에 따라 WAN의 종류가 다양하다. WAN에서는 데이터가 전달되는 과정에서 교환 기능이 필요하다.
WAN에서는 호스트 사이의 거리가 멀기 때문에 연결된 수가 증가할수록 전송 매체를 많이 사용하므로 비용이 많이 든다. 따라서 총 연결 거리를 줄이면서 전체 호스트를 효율적으로 연결하도록 설계해야 한다.
WAN에서는 호스트를 스타형, 트리형, 완전형, 불규칙형 등 다양한 구조로 연결할 수 있다.
Reference
쉽게 배우는 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크
WAN구조 이미지 출처 : https://velog.io/@myday0827/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC-%EA%B8%B0%EC%88%A0