[정보처리기사] 응용 SW 기초 기술 활용 : 네트워크 기초 활용하기(6)

 

3️⃣ 네트워크 전달 방식

☆

 

---

(1) 패킷 교환 방식(Packet Switching)

 

• 컴퓨터 네트워크와 통신 방식 중 하나로 작은 블록의 패킷으로 데이터를 전송하며 데이터를 전송하는 동안만 네트워크 자원을 사용하도록 하는 통신 방식
• WAN을 통해 데이터를 원격지로 송부하기 위해 X.25, 프레임 릴레이 및 ATM과 같은 다양한 기술들을 사용함

 

1. X.25

 

• 통신을 원하는 두 단말장치가 패킷 교환망을 통해 패킷을 원활히 전달하기 위한 통신 프로토콜
• 전기 통신 국제기구인 ITU-T에서 관리 감독하는 프로토콜

< X.25의 특징 >

특징	설명
고정된 대역폭	고정된 대역폭을 할당하여 사용자 요청에 따른 유연한 대역폭 할당이 어려움
패킷 사용	대용량의 데이터를 다수의 패킷으로 분리하여 송신하며, 수신 측에서는 다수의 패킷을 결합하여 원래의 데이터로 복원
1~3 계층 담당	OSI 7계층 상의 레이어 중 1~3계층까지를 담당
송수신 신뢰성	송수신의 신뢰성을 확보하기 위해 양자 간 통신 연결을 확립해 나가는 프로세스 수행
성능 저하	• 에러 제어나 흐름 제어를 위한 복잡한 기능으로 오버헤드 발생 • 현재는 프레임 릴레이나 ISDN, ATM 등 고속망으로 대체

 

---

2. 프레임 릴레이

 

• ISDN을 사용하기 위한 프로토콜로서 ITU-T에 의해 표준으로 작성되었음

< 프레임 릴레이의 특징 >

특징	설명
유연한 대역폭	사용자의 요청에 따라 유연한 대역폭을 할당
기능 단순화	망의 성능 향상을 위해 에러 제어 기능과 흐름 제어을 단순화
1~2계층 담당	1~2계층만을 담당
가격이 저렴	• 전용선을 사용하는 것보다 가격이 저렴 • 기술적으로는 X.25에 비해 우위

 

---

3. ATM(Asynchronous Transfer Mode)

 

• 비동기 전송모드라고 하는 광대역 전송에 쓰이는 스위칭 기법
• 동기화를 맞추지 않아 보낼 데이터가 없는 사용자의 슬롯은 다른 사람이 사용할 수 있도록 하여 네트워크상의 효율성을 높였음
• ATM망은 연결형 회선이기 때문에 하나의 패킷을 보내 연결을 설정하게 되고 이후 실데이터 전송이 이루어짐
• 정보 전달의 기본 단위를 53Byte 셀 단위로 전달하는 비동기식 시분할 다중화 방식의 패킷형 전송 기술
• OSI 7계층과는 다른 고유한 참조 모델을 가지고 있음

< ATM 계층 >

계층	설명
AAL(ATM Adaptation Layer)	패킷을 작은 조각인 셀로 전송한 후 다시 조립하여 원래의 데이터로 복원하는 역할을 담당
ATM 계층	• 셀과 셀 간 전송 역할을 담당 • 셀의 레이아웃을 정의하고 헤더 필드가 의미하는 것을 알려줌 • 가상 회선의 연결 및 해제, 혼잡 제어 처리
물리 계층(Physical Layer)	물리적 전송매체를 처리하는 역할을 담당

 

---

4. 패킷 교환 방식의 종류

 

구분	데이터그램(Datagram) 방식	가상 회선(Virtual Circuit)
개념	연결 경로를 확립하지 않고 각각의 패킷을 순서에 무관하게 독립적으로 전송하는 방식	패킷이 전송되기 전에 송•수신 스테이션 간의 논리적인 통신 경로를 미리 설정하는 방식
동작 원리 및 특징	• 각각의 패킷을 독립적으로 취급하는 방식으로 앞에 보낸 메시지나 앞으로 보낼 메시지의 어떠한 결과와도 관계가 없는 단일 패킷 단위로 전송하고 수신하는 방식 • 헤더를 붙여서 개별적으로 전달하는 비연결형 교환 방식	• 많은 이용자들이 상호 통신을 할 때 하나의 통신 설비를 공유하여 여러 개의 논리적인 채널을 확정한 후 통신을 할 수 있는 방식 • 목적지 호스트와 미리 연결 후 통신하는 연결형 교환 방식

 

---

 

(2) 회선 교환 방식(Circuit Switching)

 

• 네트워크 리소스를 특정 사용층이 독점하도록 하는 통신 방식

< 회선 교환 방식의 특징 >

특징	설명
전송 보장	네트워크를 독점적으로 사용하기 때문에 전송이 보장됨
회선 확보 작업	• 회선을 확보하기 위한 작업을 진행하고 실데이터를 전송하며 회선을 닫는 프로세스로 진행 • 회선 확보 작업이 일어나는 동안 다른 기기들은 해당 경로 사용 불가

 

---

 

(3) 패킷 교환 방식과 회선 교환 방식의 차이

 

• 회선 교환 방식은 데이터의 일부를 송수신하여 전달 경로를 파악하고 확보한 뒤 실데이터를 전달하는 반면, 패킷 교환 방식은 헤더의 주소 정보에 따라 수신 측으로 데이터를 전송함

구분	패킷 교환 방식	회선 교환 방식
의미	데이터를 패킷 단위로 보내는 방식	전송 경로를 설정한 뒤 데이터를 송수신하는 방식
장점	• 회선 효율이 우수 • 비동기 전송이 가능 • 연결 설정이 필요 없고 다중 전달이 용이	• 경로 접속 시간 : 1초 내외로 매우 빠름 • 전송 제어 절차와 형식에 제약을 받지 않음
단점	• 실시간 전송에 부적합 • 네트워크 지연이 발생	• 송수신 측 모두 데이터 교환 준비가 완료되어야 함 • 회선이 독점되어 있음
활용	이메일, 메시지 등	영상, 비디오 등

 

---

 

4️⃣ 네트워크 구조

☆

 

---

(1) 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network)

 

1. 애드 혹 네트워크의 개념

 

• 노드(Node)들에 의해 자율적으로 구성되는 기반 구조가 없는 네트워크

---

2. 애드 혹 네트워크의 특징

 

• 네트워크의 구성 및 유지를 위해 기지국이나 액세스 포인트와 같은 기반 네트워크 장치를 필요로 하지 않는 네트워크
• 애드 혹 노드들은 무선 인터페이스가 가지는 통신 거리상의 제약을 극복하며, 노드들의 이동이 자유롭기 때문에 네트워크 토폴로지가 동적으로 변화되는 특징이 있음
• 완전 독립형이 될 수도 있고, 인터넷 게이트웨이를 거쳐 인터넷과 같은 기반 네트워크와 연동도리 수 있음
• 애드 혹 네트워크 활용 분야 : 긴급 구조, 긴급회의, 전쟁터에서의 군사 네트워크

---

 

(2) 네트워크 설치 구조

 

• 구축하고자 하는 네트워크에 필요한 장비의 성능, 수량 및 네트워크 확장성 및 관리 방법에 따라 네트워크 토폴로지의 선택을 다르게 해야 함

 

1. 버스(Bus)형 구조

 

⓵ 버스형 구조의 개념 : 하나의 네트워크 회선에 여러 대의 노드가 멀티 포인트로 연결된 구조 형태

 

 

---

⓶ 버스형 구조 장단점

 

장점	단점
• 구조가 간단하기 때문에 설치가 용이, 비용이 저렴 • 네트워크 회선에 노드를 추가 및 삭제가 용이	• 노드를 무분별하게 추가할 경우 네트워크 성능 저하 • 네트워크 회선의 특정 부분 고장 시 전체 네트워크에 영향을 끼침

 

---

2. 트리(Tree)형 구조

 

⓵ 트리형 구조의 개념 : 각 노드가 계층적으로 연결되어 있는 구성 형태로 나뭇가지가 사방으로 뻗어 있는 것과 유사한 모양의 구조 형태

 

---

⓶ 트리형 구조의 장단점

 

장점	단점
허브만 준비되어 있다면 많은 단말 노드를 쉽게 연결이 가능	모든 네트워크가 허브를 통해서 이루어지므로 스타형처럼 허브가 고장이 나면 연결된 단말 노드의 네트워크가 제한됨

 

---

3. 링(Ring)형 구조

 

⓵ 링형 구조의 개념 : 모든 노드가 하나의 링에 순차적으로 연결되는 형태

 

 

---

⓶ 링형 구조 장단점

 

장점	단점
양방향으로 데이터 전송이 가능	링의 어느 한 부분에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향

 

---

(4) 성(Star)형 구조

 

⓵ 성형 구조의 개념 : 각 단말노드가 허브라는 네트워크 장비에 점 대 점으로 연결되어 있는 구성 형태

 

 

---

⓶ 성형 구조 장단점

 

장점	단점
소규모의 네트워크 설치 및 재구성이 간편	중앙 허브가 고장이 나면 전체 네트워크에 영향

 

---

 

(3) 다중화기(Multiplexer)

 

• 하나의 회선을 통해 일정한 시간이나 주파수로 나누어서 전송하게 하는 장비

< 다중화기의 종류 >

장비 구분	설명
주파수 분할 다중화(FDM, Frequency Division Multiplexing)	하나의 주파수 대역폭을 다수의 작은 대역폭으로 분할하여 전송하는 방식
시분할 다중화(TDM, Time Division Multiplexing)	회선의 대역폭을 일정 시간으로 분할하여 전송하는 방식
코드 분할 다중화(CDM, Code Division Multiplexing)	정해진 주파수 대역에 다수의 사용자가 서로 다른 코드를 사용함으로써 동일한 주파수를 동시에 다수가 접속해서 전송하는 방식

 

---

 

5️⃣ 네트워크 용어

☆

 

---

(1) 네트워크 관련 신기술 용어

 

신기술 용어	설명
SDN(Software Defined Network)	• 네트워크를 제어부(Control Plane), 데이터 전달부(Data Plane)로 분리하여 네트워크 관리자가 보다 효율적으로 네트워크를 제어, 관리할 수 있는 기술 • 기존의 라우터, 스위치 등과 같이 HW에 의존하는 네트워크 체계에서 안정성, 속도, 보안 등을 SW로 제어, 관리하기 위해 개발
NFV(Network Function Virtualization)	범용 HW(서버/스토리지/스위치)에 가상화 기술을 적용하여 네트워크 기능을 가상 기능으로 모듈화하여 필요한 곳에 제공(스위치, 라우터 등)하는 기술
Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network)	• 스마트 그리드(Smart Grid)와 연계하여 전기, 수도, 가스 등의 공급자와 사용자가 무선 네트워크를 이용하여 효율적으로 관리할 수 있도록 활용하는 IEEE 802.15.4 표준 기반의 무선 통신 기술 • 저가격 및 저전력(8mA), 통신사 제공 서비스가 아닌 자체 자가망 구축 형태의 비면허대역(900MHz)을 사용
NFC(Network Field Communication)	• 13.56MHz 주파수를 사용하고 424Kbps의 속도로 데이터를 전송하는 RFID의 확장 기술로, 10cm 이하이내에서 저전력, 비접촉식 무선 통신 기술 • 고주파(HF)를 이용하는 ISO/IEC 18092 표준으로 아주 가까운 거리에서 양방향 통신을 지원
스몰 셀(Small Cell)	• 기존의 높은 전송 파워와 넓은 커버리지를 갖는 매크로 셀(Macro Cell)과 달리 낮은 전송 파워와 좁은 커버리지를 가지는 소형 기지국 • 안테나당 10W급 이하의 소출력 기지국 장비나 피코 셀, 펨토 셀 등을 통칭 • 기존의 매크로 셀과 다양한 스몰 셀(피코 셀, 펨토 셀 등) 및 WIFI 등으로 구성된 네트워크로 사용자 수와 트래픽 수요에 따라 스몰 셀을 배치하여 셀 용량과 커버리지 증대에 활용
블루투스(Bluetooth)	• 2.4GHz ISM 주파수 대역을 이용하여 10m 이내의 근거리 디바이스 간 통신을 지원하기 위한 무선 접속 규격(IEEE 802.15.1) • 블루투스 네트워크 구성 : 피코넷(Piconet), 스캐터넷(Scatternet)이 있음 • 피코넷 : 마스터(Master)-슬레이브(Slave) 방식으로 링크를 설정하고, 한 대의 마스크로 7대까지의 슬레이브를 연결하여 네트워크를 구성할 수 있도록 하는 방식 • 스캐터넷 : 피코넷이 여러 개 모여서 계층적이고 규모가 큰 네트워크를 구성할 수 있는 방식
BLE(Bluetooth Low Energy)	• 저전력 기반 기기 간 근거리 무선 통신 기능을 제공하는 기술 및 규격 • 짧은 전송 거리를 극복하고, 1Mbps의 전송 속도로 2.4GHz 주파수를 사용하는 저비용으로 구성 가능한 블루투스 기술
Zing	• 기기를 키오스크에 갖다 대면 원하는 데이터를 바로 가져올 수 있는 기술로 10cm 이내 근접 거리에서 기가급 속도로 데이터 전송이 가능한 초고속 근접 무선 통신(NFC) 기술 • 3Gbps급의 기기 간 최대 전송 속도(무선 구간) 및 직관적 UI(Touch & Get 방식) 기반의 대용량 데이터 순간 전송 제공
BcN(Broadband convergence Network)	통신•방송•인터넷이 융합된 품질 보장형 광대역 멀티미디어 서비스를 언제 어디서나 끊김 없이 안전하게 이용할 수 있는 광대역 통합망
C-V2X(Cellular- Vehicle-to-Everything)	이동통신(3GPP 릴리즈 14) 기술 기반의 V2X 통신 기술로 차량이 유•무선망을 통해 다른 차량 및 도로 등 인프라가 구축된 사물과 정보를 교환할 수 있는 자율주행자동차를 위한 통신 기술
메시 네트워크 (Mesh Network)	• 기존 무선 랜의 한계 극복을 위해 등장하였으며, 대규모 디바이스의 네트워크 생성에 최적화되어 차세대 이동 통신, 홈 네트워킹, 공공 안전 등의 특수 목적을 위한 새로운 방식의 네트워크 기술 • 통신량이 많은 비교적 소수의 국 사이에 구성될 경우 경제적이고 간편하지만, 다수의 국 사이에는 회선이 세분화되어 비경제적 • 대용량을 빠르고 안전하게 전달할 수 있어 행사장이나 군 등에서 많이 활용됨
UWB(Ultra Wide Band)	• 매우 낮은 전력을 사용하며, 초광대역 주파수 대역으로 디지털 데이터를 전송하는 무선 전송 기술 • 무선 디지털 펄스라고도 하며, 0.5m/W 정도의 저전력으로 많은 양의 데이터를 1km의 거리까지 전송 가능
UsN(Ubiquitous Sensor Network)	통신 기능이 있는 스마트 RFID 태그 및 센서를 부착하여, 사물의 인식정보 및 주변의 환경정보(온도, 습도, 오염정보, 균열정보 등)를 탐지하고, 실시간으로 네트워크에 연결하여 정보를 관리하는 기술
WBAN(Wireless Body Area Network)	체내 혹은 인체 주변 3m 이내에서 일어나는 저비용, 저전력, 고속 통신이 가능한 신체 접촉 근거리 무선 네트워크
NDN(Named Data Networking)	기존의 IP 주소 대신 데이터의 이름을 활용하여 정보(콘텐츠)의 효율적인 검색 및 배포를 목적으로 하는 미래 인터넷 기술
네트워크 슬라이싱 (Network Slicing)	• 하나의 물리적 코어 네트워크를 독립된 다수 가상 네트워크로 분리한 뒤 고객 맞춤형 서비스를 제공하는 5G 핵심 기술 • SDN과 NFV 기술을 활용하여 하나의 물리적인 망에 여러 개의 논리적인 망을 만들어 비용 절감 가능
NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)	동일한 시간, 주파수, 공간 자원상에 2대 이상의 단말에 대한 데이터를 동시에 전송하여 주파수 효율을 향상시키는 비직교 다중 접속 기술
MEC(Mobile Edge Computing/Cloud)	무선 기지국에 분산 클라우드 컴퓨팅 기술을 적용하여 서비스와 캐싱 콘텐츠를 이용자 단말에 가까이 전개함으로써 모바일 코어 망의 혼잡을 완화하는 기술
사물 인터넷(IoT, Internet of Things)	각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 무선 통신을 통해 각종 사물을 인터넷을 연결하는 기술
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)	IoT 장치, 텔레메트리 장치 등에서 최적화되어 사용할 수 있도록 개발된 프로토콜로, 브로커를 사용한 발행(Publish)/구독(Subscribe) 방식의 경량 메시징을 전송하는 프로토콜
COAP	M2M 노드들 사이에서 이벤트에 대한 송수신을 비동기적으로 전송하는 REST 기반의 프로토콜이자 제약이 있는(Constrained) 장치들을 위한 특수한 인터넷 애플리케이션 프로토콜
Zigbee	근거리 통신을 지원하는 IEEE 802.15.4 표준 중 하나로, 868/915MHz, 2.4GHz 주파수 대역을 이용하는 저전력, 저속, 저비용의 근거리 무선 통신 기술
스마트 그리드 (Smart Grid)	전기 및 정보통신기술을 활용하여 전력망을 지능화, 고도화함으로써 고품질의 전력 서비스를 제공하고 에너지 이용 효율을 극대화하는 전력망