네트워크의 하드웨어 설명, LAN

LAN(Local Area Network) 이란

 

LAN에 대해 설명하기에 앞서 LAN을 왜 알아야 하는지를 먼저 설명하면 대부분의 관리 대상이 되는 컴퓨터 시스템들이 바로  이 LAN에 연결되어 있기 때문이다. 그러므로 LAN을 아는 것은 시스템의 환경을 아는 것과 동일하고 이는 네트워크 관리에 필수적이다.

 

근거리 통신망(LAN)은 빌딩이나 공장, 학교구내 등  일정 지역에 설치된 통신망으로 약 10Km 이내의 거리에서 100Mb/s  이내의 빠른 속도로 데이터 전송이 수행되는 시스템이다. 좀더 정확히 이야기하면 일정 지역 안에 설치된 컴퓨터, 주변기기, 워크스테이션, 전화 등의 정보 기기  사이의 통신을 수행하기 위한 단거리 통신망이다. 이러한 LAN의 구조(topology)에는 크게 성(Star)형, 링(Ring)형, 버스(Bus)형, 트리(Tree)형  등이 있다. 성형은  모든 노드가 중앙의 전송 제어 장치(또는 교환기)에 접속되어 있는 형태로  각 노드 사이의 데이터 전송은 중앙제어장치의 교환기능에 의해 실현되며 다음과 같은 특징을 가진다.

 

(1) 통신망의 처리 능력, 신뢰성은 중앙의 제어 장치에 의해 제어된다.

(2) 중앙 제어 장치의 지능화가 요구된다.

(3) 통신망이 능동적이므로 기능 부가가 용이하다.

 

링형은 링형 통신 회선에 직접 또는 리피터(repeater)를 통하여  노드를 접속하는 형태로 노드사이의 데이터 전송은 링형 통신망에서의 데이터 전송, 선택 수신에 의하여 수행되며 다음과 같은 특징을 가진다.

 

(1) 구조가 간단하다.

(2) 리피터 또는 노드의 장애가 전체 통신망에 영향을  주며 이 대책으로 통신 회선의 이중화, 우회 기능 등이 요구된다.

(3) 분산, 집중 제어 어느 방식도 가능하다.

 

버스형은 1개의 통신 회선에 탭 또는 송수신기(transceiver)를 설치하여 노드를 접속하는 형태로 노드 사이의 데이터 전송은 공유 버스에서의 데이터 송신, 선택 수신에 의하여 수행되며 다음과 같은 특징을 갖고 있다.

 

 

(1) 분산 제어형에서는 중앙의 제어 장치가 불필요하다.

(2) 하나의 노드의 장애가 전체 통신망에 영향을 주지 않는다.

(3) 통신 회선의 거리에 제한이 있다.

(4) 다수의 노드 접속이 가능하다.

(5) 방송모드(Broadcasting mode) 전송이 가능하다.

 

트리형은 중앙에 제어용 컴퓨터가 있고  일정 지역의 노드까지는 하나의  통신 회선을 연결하며 이웃하는 노드는 일정 지역에 설치된 중간 노드에 다시  연결시키는 형태이다.

 

 

전송 매체

 

각각의 용도에 따라  여러 전송 매체가  쓰일 수  있는데 동축 케이블(coaxial cable), 광섬유 케이블(optical fiber cable), 꼬임선(twisted-pair cable) 등이  있는데 각 매체의 특성에 대한 언급은 생략하기로 하겠다. 

 

단, 동축 케이블은 수십  Mb/s, 광섬유 케이블은 수십  Gb/s, 꼬임선은 1Mb/s 정도의 전송 능력을 가진다는 것은 알아두어야  한다. 꼬임선을 쓰는 대표적인 예가 전화 시스템인데 보통 리피터 없이 수Km를 연결한다. 동축  케이블을 쓰는 예는 케이블 TV를 들 수 있을 것이다.

 

이서네트 : 일반적인 LAN

 

10 Mb/s로 동작하는 유닉스에서 가장 흔한 네트워크 형태로 최소 3Mb/s로 지정한다. CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) 방식을 이용한다.

 

CSMA/CD 방식이란 충돌에 의한 채널 이용률의 저하를 막기 위해  충돌이 발생하면 즉시 데이터를 검출하여 데이터 프레임의 송신을 중단하고 일정 시간동안 대기한 후 데이터 프레임을 재송신하는 방식이다. 

 

이러한 CSMA/CD 방식은 다음과 같은 특징을 갖는다.

 

(1) 모든 노드의 동작이 수동적이므로 노드의 장애가 전체적인 장애가 될 가능성이 적다.

(2) 전송되는 데이터 프레임은 모든 노드에서 수신이 가능하다.

(3) 노드가 상위 계층으로부터 데이터 프레임을 받아  전송을 완료할 때까지의 시간은 확률적으로 변한다.

(4) 모든 노드는 대등한 접근 권리를 갖는다.

(5) 슬롯 타임 때문에 통신 회선의 최대 거리에 제약을 갖는다.

 

 

SMALL

 

1. 이서네트 하드웨어

일반적으로 다음 4가지가 가장 흔하다.

 

(1) 10BASE5 

 

50Ω RG-11 동축 케이블과 N 형의 커넥터 그리고 케이블 위의 트랜시버와 드롭(drop) 케이블이 관련 컴퓨터와 연결되는 형태이다. 

 

트랜시버(Media Access Unit-MAU)는 네트워크 미디어와 호스트 컴퓨터의 이서네트 인터페이스 보드(AUI-Attach ment Unit Interface)를 연결하는  네트워크 미디어에 부착된 하드웨어 디바이스이다. 트랜시버는 AUI를 거쳐 호스트로부터 전원을 공급받으므로 다른 외부 전원은 불필요하다. 드롭 케이블은 MAU에 연결된 트랜시버와 호스트 컴퓨터의 AUI를 연결하는데  사용되는 케이블이다.

 

전송 속도가 10Mbps로 베이스 밴드(Baseband:  디지털 신호를 변조하지 않고 전송하는) 방식을 채택해서 1  세그먼트(Segment: LAN 전송거리의 기본단위)의 거리가 500m인 LAN이다. 케이블이 노란 색이어서 ‘옐로우 케이블(Yellow 

Cable)’이라고도 불린다. 또 이서네트라고도 불린다.

 

그림에서 보면 트랜시버의 간격은 2.5m이고 트랜시버와 컴퓨터를 연결하는 트랜시버 케이블은 최대 50m 길이이다.

 

(2) 10BASE2

 

50Ω RG-58 동축 케이블과 BNC 컨넥터(T형), 그리고 내부 트랜시버가 컴퓨터와 연결되는 형태이다. 거리 185m에 전송속도 10Mb/s를  가진다.  특징은 TV에서 사용되는 간이 동축 케이블을 사용한다는  점이다. 그래서 간이 이서네트라고도 하는데 아마 일반 학교  연구실이 이 형태로 되어  있을 것이다(케이블 값이 싸므로).

 

(3) 10BASET

 

꼬임선을 사용하는 10Mb/s  LAN으로 전화선에  사용하는 꼬임선을 사용하는 것이   특이하다.   그래서   ‘트위스티드  이서네트’라고도   한다(‘T’가 Twisted-pair cable의미).

 

아래의 그림에서 보면  허브(리피터)와 컴퓨터사이의  꼬임선은 STP(Shielded twisted-pair)나 UTP(Unshielded twisted-pair) 둘 중 하나가 올 수 있다.

 

(4) 10BASEF

 

multimode fiber를 이용한 점대점(Point-to-point) 연결을  지원하는 형태로 때때로 빌딩사이의 이서네트 세그먼트의 확장에 쓰인다.

 

이서네트의 연결과 확장

 

전체적인 관점에서 보았을 때  리피터는 물리층에서 LAN을  확장하는 것이고 브리지는 데이터 링크층, 라우터는 네트워크층에서 확장한다. 

 

 이제부터 각각에 대해 설명해 나가도록 하겠다.

 

1. 리피터(Repeater)

 

리피터는 LAN 전송거리를 연장하는데 사용되며 중계장치라고도 불린다. 이 리피터를 통해 각각의 이서네트 세그먼트의 제한거리를 연장할 수 있는 것이다. 

 

10BASET에서는 ‘허브(Hub)’라고도 불리는데 물리적으로는  전기신호를 그대로 복사하는 역할을 수행하며 그러기  위해서는 대부분 외부 전력을  필요로 하게된다.

 

 2. 브리지(Bridge)

 

브리지는 주로 LAN의 세그먼트들을 접속하는 것으로 필요한 패킷만을 통과시키고 원하는 패킷이 아닌 경우는 폐기시켜 버린다. 주로 LAN 세그먼트들의 상호 접속과 트래픽을 경감시키는 역할을 한다.  이러한 브리지에 여러 기능들을 내장시키면서 각각의 제품마다 다양한 기능을 수행하도록 만들어 가는  추세이다. 브리지에 네트워크의 보안기능을 추가하는 것 등이 예가  될 수 있을 것이다. 이 외에도 고속의 브리지인 이서네트 스위치란 것도  있는데 조금 후에 설명하도록 하겠다.

 

3. 라우터(router)

 

LAN과 광역망을 접속시키는 인터네트워킹(상호접속) 장치의 핵심적인  기기로 통신 경로를 선택하는 기능이 있다.

기술적으로 라우터란 명칭은 논리적인  네트워크 사이에서 패킷을  진행시키는 장치를 의미하며 게이트웨이는 프로토콜사이의 변환을 수행하는 링크를 일컫는다.

 

실생활에서는 이 두 용어가 섞여 쓰이는데 일반적으로 라우터는 네트워크를 연결하는 전용 하드웨어 장비를 말하며 게이트웨이는 다중 네트워크  인터페이스를 가지는 라우터 역할을 하는 컴퓨터를 지칭한다.

 

100 MB/s Twisted Pair

 

작업그룹 LAN에서 100Mb/s 정도의 고속 전송속도는 응용 프로그램이 멀티미디어와 그래픽 데이터를 처리하게 되면서 10Mb/s 정도의 전송능력으로는 물리적으로 부족하다는 점이 지적되었다. 이를 해결하기  위해 고속 전송방식을 도입하여 서버와 클라이언트를 접속하는 수밖에 없는데 이를 해결하기 위해 나온 것이 100BASET와 100VG-AnyLAN이다.

 

100BASET(고속 이서네트)란 1993년 7월 설립된 The  Fast Ethernet Alliance가 추진하여 100Mb/s 전송속도를  갖는 CSMA/CD 방식의  이서네트로 IEEE 802.3에서 ‘100BASE T’란 이름으로 표준화를 추진하면서 그와 같은 이름으로 명명되었다.

 

100VG-AnyLAN 포럼이 추진하는 100VG-AnyLAN (VG:Voice Grade)의 표준화는 IEEE 802.12에서 심의중인데 특징은 요구 우선제어(Demand Priority)방식에 기초한 동기통신이라는 것이다.

 

여기서 동기 방식을 채용하는 이유는  멀티미디어 데이터 전송을 전제로  하기 때문이다. 즉 비디오 처리에는 영상 데이터와  음성 데이터를 동기시켜 전송할 필요가 있는데 100VG-AnyLAN은  멀티미디어 전송을 전제한  통신 방식이라 할 수 있다.

 

토큰링(tokenring)

 

토큰링 또한 현재 많이 쓰이는 대표적인 LAN 접근 방식이다. 토큰링은 1966년 Newhall Ring이 제안된 이후 현재까지 많은 발전이  이루어졌는데 미국에서는 프라임 사, 아폴로 사, IBM 사가 이 방식을 채택하고 있다.

이 방식은 링형 통신망에서 통신 회선에 대한 제어신호(토큰)가 각 노드사이를 순차적으로 옮겨가면서 데이터를 전송하는 방식으로서 토큰링 방식과 토큰  버스 방식을 합하여 일반적으로 토큰 패싱(token passing)방식이라고 부른다.

 

CSMA/CD 방식과 토큰 패싱 방식을 비교하면 표1과 같다.

 

백본(Backborn) LAN의 구성

 

백본 LAN이란 한 마디로 네트워크의 축을  의미한다. 즉 각각의 부분 LAN을 통합하여 묶어 주는 LAN을 의미한다. 일반적으로 빌딩 안에서의 네트워크  구축에는 버스형(이서네트)이 주로  이용되며 대학 캠퍼스사이의  접속이나 부지 안의 공장을 연결하는  네트워크와 고속성을 필요로  하는 네트워크에는  링형(FDDI,token ring)이 주로  이용된다.이외에 이서네트 스위치나  ATM-LAN을 이용한 성형으로도 구축한다.

 

이러한 백본 LAN의 구축에도 각 작업그룹의 LAN처럼 트래픽 증가에 의한 통신 트러블 문제점이 있다. 네트워크 장애 발생률은 작업그룹 LAN보다는  낮지만 만약 백본 LAN이 다운된 경우에는 전체 네트워크에 영향을 미치므로 즉시 장애에 대한 대책을 세울 수 있는 환경으로 만드는 것이 중요하다.

 

FDDI(Fiber Distributed Data Interface)

 

FDDI는 200km에서 1000개 노드의  연결을 가능하게 하는  100Mb/s의 고성능 Fiber Optic token ring LAN 이다.

10Mb/s에서의 이서네트는 백본을 통한 작업그룹간을 연결할 때는 충분한 전송량(bandwidth)을 제공하지 못한다. 그래서 이런 경우에  충분한 전송량을 제공하기 위해 1980년대 중반 ANSI X3T9.5 위원회에서 만든 것이 FDDI이다. 100 Mb/s의 토큰링으로 디자인되어 시장에 나온 FDDI는 충분한  전송량을 제공하리라고 여겨졌다.

 

불행히도 초기에는 설치비도 많이 들었고 전송능력도 때때로 이서네트보다  떨어지기도 하였다. 더 좋은 성능을 위해서는 MTU를 4352로 조정하는 등 FDDI를 위한 네트워크 세팅이 요구되었다. 

 

FDDI 표준은 광케이블 전송 매체를 통한 100 Mb/s 토큰패싱, dual-ring LAN을 지정하고 있다. 첫 번째 링은 데이터의 전송에 사용하고  두 번째  링은 백업용으로 사용한다.

 

 class A(dual-attached) 호스트란 두 링에 모두 연결된 호스트를 말하며 class B(single-attached) 호스트는 첫 번째 링에 연결된 호스트를 일컫는다.

 

토큰 링 시스템의 장점은 네트워크의 접근이 지정된 프로토콜을 통해 제어되기 때문에 과부하가 발생할 때 즉, 사용자가 많아도 그 네트워크 성능이 감소하지 않는다는 것이다. 그러므로 FDDI도 이와 같은 장점을 가지게 된다.

 

이서네트 스위치

 

이서네트 스위치는 1992년에 처음으로 선보인 LAN 기기이다.   현재 네트워크 구축에 중요한 지위를 차지하고 있는데 한마디로  말한다면 ‘Multiport Bridge’라고 할 수 있다.

 

백본 LAN에 이서네트 스위치를 이용하는  경우는 주로 성형 토폴로지(배선형태)를 취하게 된다. 이 경우 장애  장소를 나누기가 간단하다는 장점을 가지게 된다. 이러한 이서네트 스위치는  백본 LAN 뿐만  아니라 작업그룹 LAN에도 사용할 수 있으므로 트래픽 절감에 큰 기여를 한다고 할 수 있다.

 

ATM(Asynchronous Transfer Mode)

 

ATM 전송기술은 ITU-T(구 CCITT) I 시리즈로 그 표준화가  진행되고 있다. ATM의 특징으로는 비동기로 통신이 가능하다는 것과 전송능력을  수십 Mb/s에서 기가비트급까지 폭넓게 지원할 수 있다는 것 등을 들  수 있다. 이 ATM의 특징은 차세대 LAN에 요구되는 사양과도 일치한다.

 

frame relay란 말을 들어본 독자가 있을지 모르겠지만 이것은  보통 적당한 가격에 packet-switched 데이터 서비스를 제공하는 WAN 기술을 의미한다.

자세한 것은 이 글의 주제와 거리가  있으므로 관심 있는 독자는 데이터  통신 관련 책을 참고하기 바란다.

 

네트워크 테스팅과 디버깅

 

10BASET의 디버깅은 상당히 용이하다. 왜냐하면 link by  link 검사가 가능하기 때문이다. 다시 말하면 각각의 노드들을 하나씩 떼어  낸 후 네트워크를 검사하다보면 네트워크에 문제가 없는 상태가 될  때 바로 전에 떼어 낸  노드가 문제 발생 원인이라는 것을 알 수 있는 것이다. 

 

어떤 네트워크이든지 디버깅의 기초는 우선 네트워크를 각각의 부분으로  나눈 후 각 부분을 테스트하는 것이다. 

 

때때로 케이블 자체의 문제로 인해 네트워크가 다운되는 경우도 있다. 이런 케이블의 불량 상태를 테스트하는 테스터기기도  이미 시장에 좋은 것들이  나와 있다. 예를 들면 Siemon MT-CAT5 같은 것이 있다.

 

 또 한가지 문제 발생 소지로  10BASE5와 10BASE2의 터미네이터(케이블 양 끝을 막는 컨넥터 일종-시그널을 흡수하는 역할을 수행) 도 항상  염두해야 할 것이다.

 

ISDN(Intergrated Services Digital Network)

 

ISDN은 다음과 같은 개념을 가지는 종합 정보 통신망을 일컫는다.

 

(1) ISDN의 주된 특징은 음성과 함께 비음성의  광범위한 서비스를 동일한 통신망에서 제공하는 점이다. ISDN에 대한 서비스  종합화의 관점은 제한된 접속 형태, 다양한 이용자, 망 인터페이스 구성에 있다.

(2) ISDN은 교환 접속과 비교환  접속을 포함하는 다양한 서비스를 제공한다.  ISDN에 대한 교환 접속으로는 회선 교환, 패킷 교환, 고속 광대역  서비스 등이 있다.

(3) ISDN 교환 접속 채널 속도는 64kbps를 기본으로 한다.

(4) ISDN은 서비스 기능 향상과 통신망의 보수 운용을 위한 처리 기능을 갖고 있다.

(5) 이용자, 망 인터페이스 사양은 계층 구조의 프로토콜이 체계적으로  구성되며 OSI 참조 모델이 적용된다.

(6) ISDN은 각국의 사정에 따라 여러 종류의 형태를 가진다.

 

이러한 ISDN이 구축되면 앞으로 우리가 사용 가능한 서비스로는 우선 음성 서비스 측면에서는 세계 어느곳의 특정 전화에 즉각적인 연결을 위한 다중  버튼을 가진 전화를 가질 수 있고 전화가 울리는 동안 전화를 한 사람의 전화번호, 이름, 주소가 전화를 받는 사람의 모니터로 나타나는 전화도  가질 수 있을 것이다. 더 나아가 전화가 데이터 베이스와 연결이 되어 전화 건 사람의 모든 신상명세가 나오는 것도 가능할 것이다(S/F 영화들을 생각해 보자).

 

데이터 전송 서비스 차원에서는 ISDN 터미널이 세계 어느곳의 PC와도 연결이 가능할 것이고 개인 사설 네트워크도 가능해 지며 화재나 위급한 상황에서  자동으로 해당 지역의 위치를 소방서나 파출소로 전송하는 것 등도 우리가  사용할 수 있는 서비스가 될 것이다.

이러한 ISDN을 네트워크 관리자 입장에서 본다면 원격 리모트 엑세스(RAS)를 위한 PPP와 ISDN의  결합에 대해  생각해 볼  필요가 있다. 이  내용은 후에 SLIP/PPP 내용을 다룰 때 설명하도록 하겠다.

 

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