Day 2 - 통신 방식과 네트워크 기술

규모에 따른 분류

• MAN의 표준이 DQDB(IEEE 802.6) 다. 세 규모 중 가운데 것을 묻는 문제가 나온다.

회선 교환과 패킷 교환

   회선 교환 (Circuit Switching)          패킷 교환 (Packet Switching)
 
   A ══════════════════════ B            A ─┐ ┌─ 패킷1 ─┐ ┌─ B
     통화 내내 전용 길을 잡아 둔다             └─┼─ 패킷2 ─┼─┘
                                              └─ 패킷3 ─┘
   전화망(PSTN)                            데이터망(PSDN)

• 이름 가운데 T(전화)면 회선 교환, D(데이터)면 패킷 교환이라고 기억하면 편하다.

동작 순서로 보는 차이

   회선 교환     ① 회선 설정  →  ② 데이터 전송  →  ③ 회선 해제
                 (길을 먼저 잡는다)  (그 길로만 흐른다)   (길을 돌려준다)
 
   패킷 교환     ① 데이터를 패킷으로 자른다  →  ② 패킷마다 목적지 주소를 붙인다
                 →  ③ 중간 장비가 받아 두었다가 다음으로 넘긴다  →  ④ 도착지에서 다시 조립

• 회선 교환은 통화 전에 연결 설정 시간이 든다. 대신 한번 연결되면 그 길을 혼자 쓰므로 지연이 일정하다. 전화를 걸 때 신호음이 가는 동안이 ①단계다.
• 패킷 교환의 ③을 축적 후 전달(store-and-forward) 이라 한다. 중간 장비가 패킷을 일단 저장했다가 길이 비면 내보낸다. 그래서 여럿이 한 회선을 나눠 쓸 수 있고, 그 대신 혼잡하면 지연이 늘어난다.
• 패킷마다 주소를 붙여야 하므로 헤더만큼의 부담(오버헤드) 이 생긴다. 회선 교환에는 이 부담이 없다.

패킷 교환의 두 방식

• 가상회선은 "회선 교환처럼 보이는 패킷 교환" 이다. 길을 미리 정해 둔다는 점은 회선 교환과 닮았지만, 그 길을 혼자 차지하지 않고 다른 통신과 나눠 쓴다. 그래서 분류는 어디까지나 패킷 교환이다.
• 데이터그램은 패킷 하나하나가 완전한 목적지 주소를 들고 따로 길을 찾는다. 중간 경로 하나가 끊겨도 다른 길로 돌아갈 수 있어 장애에 강하다. 인터넷(IP)이 이 방식이다.
• "가상회선 = 연결형 = 순서 유지", "데이터그램 = 비연결형 = 순서 바뀔 수 있음" 세 낱말을 한 줄로 묶는다.

LAN 접근 제어 방식

여러 컴퓨터가 하나의 선을 나눠 쓸 때 누가 언제 보낼지 정하는 규칙이다.

CSMA/CD

   1  선이 비었는지 듣는다 (Carrier Sense)
   2  비었으면 보낸다
   3  충돌이 나면 감지한다 (Collision Detection)
   4  임의의 시간을 기다렸다 다시 보낸다

• "일단 보내 보고 충돌하면 다시" 방식이다. 유선 이더넷의 표준이며 IEEE 802.3 이다.
• 무선은 신호가 약해 충돌을 감지하기 어렵다. 그래서 미리 피하는(Avoidance) 방식인 CSMA/CA를 쓴다.
• CD는 유선, CA는 무선 — 이 한 문장이 시험 포인트다.

토큰 패싱

• 토큰이라는 신호를 돌려 가며 가진 사람만 전송한다. 충돌이 아예 없다.
• 토큰링(IEEE 802.5) 과 FDDI가 이 방식을 쓴다.

세 방식을 나란히

• 약어를 풀면 뜻이 그대로 나온다 — CS(Carrier Sense, 선을 듣는다) · MA(Multiple Access, 여럿이 함께 쓴다) · CD(충돌 감지) / CA(충돌 회피).
• CSMA/CD에서 충돌 뒤 "임의의 시간" 을 기다리는 이유는, 둘이 똑같은 시간만 기다리면 또 동시에 보내 다시 충돌하기 때문이다.
• 무선에서 충돌을 감지하기 어려운 까닭은 자기가 내보내는 전파가 훨씬 세서 같은 순간 멀리서 온 약한 신호를 가려 듣지 못하기 때문이다.
• CSMA 계열은 "경쟁", 토큰 패싱은 "차례" 다. "충돌이 발생하지 않는 방식"을 물으면 토큰 패싱이다.

WAN 기술

   X.25  ────►  Frame Relay  ────►  ATM
   (1970s)       (1990s)            (1990s)
   느리지만       오류검사를          53바이트 고정 셀
   오류에 강함     줄여 빠르게         음성·영상 함께

ATM의 53바이트는 값 그대로 출제된다. 헤더 5바이트 + 데이터 48바이트다. 길이가 고정이라는 점이 다른 방식과의 결정적 차이다.

FDDI는 광케이블 + 이중 링 + 토큰 패싱 세 가지를 함께 기억한다. 링 하나가 끊어져도 반대 링으로 우회한다.

왜 이 순서로 바뀌었나

• X.25 가 나온 때는 회선에 잡음이 많았다. 그래서 중간 장비마다 오류를 검사하고 틀리면 다시 받았다. 안전하지만 구간마다 확인하느라 느리다. ITU-T 가 정한 표준이며 이름의 X는 ITU-T 권고안의 분류 문자다.
• 광케이블이 깔리며 회선 오류가 크게 줄자 구간마다의 검사가 낭비가 됐다. Frame Relay 는 그 검사를 덜어 내고 오류 복구를 양 끝 장치에 맡겨 속도를 높였다.
• ATM 은 한 걸음 더 나아가 데이터를 모두 같은 크기의 셀로 잘랐다. 크기가 일정하면 장비가 처리 시간을 예측할 수 있어, 지연에 민감한 음성·영상을 데이터와 한 망에 실을 수 있다. 그래서 ATM의 교환 방식을 셀 교환이라고도 부른다.
• ATM의 A(Asynchronous, 비동기) 는 보낼 것이 있을 때만 셀을 채워 보낸다는 뜻이다. 은행 현금인출기(ATM)와는 철자만 같다.

• 셋 다 가상회선 방식의 패킷 교환이라는 점은 같다. 갈리는 것은 전송 단위의 길이와 오류 제어를 얼마나 하느냐다.

낱말 하나로 기술 고르기

• FDDI와 DQDB는 "이중"이 같아 헷갈린다. FDDI는 이중 링(광케이블), DQDB는 이중 버스(MAN)다.
• 토큰링과 FDDI는 둘 다 토큰 패싱이다. 구리선 링이면 토큰링(802.5), 광케이블 이중 링이면 FDDI다.

IEEE 802 표준

• 802.3(이더넷)과 802.11(무선랜) 이 대표적이다.

관련 국제 기구

• IANA는 주소와 포트 번호를 나눠 주는 곳이다. /etc/services의 포트 배정도 여기서 나온다.
• 5G 같은 이동통신 표준은 3GPP 가 만든다.

• ITU와 3GPP는 5G에서 역할이 나뉜다. 국제전기통신연합(ITU)이 IMT-2020 이라는 이름으로 5G가 갖춰야 할 요구 조건을 정했고, 그 조건을 채우는 세부 기술 규격은 3GPP 가 만든다.
• IANA·ICANN은 "번호와 이름을 나눠 주는" 곳, IETF·IEEE·ISO·ITU-T는 "규칙을 정하는" 곳이다. 문제가 할당을 묻는지 표준 제정을 묻는지부터 본다.
• 이름이 비슷한 IEEE와 IETF는 다루는 층이 다르다. IEEE는 랜카드·케이블에 가까운 아래 계층(LAN), IETF는 IP·TCP·HTTP 같은 인터넷 프로토콜이다.

내일은 IP 주소와 서브넷마스크를 직접 계산해 본다.

📖 용어

• 회선 교환 : 통신 내내 전용 경로를 확보하는 방식. 전화망(PSTN)이 대표적이다.
• 패킷 교환 : 데이터를 조각내어 각각 보내는 방식. 데이터망(PSDN)이 대표적이다.
• 데이터그램 / 가상회선 : 패킷 교환의 비연결형 방식 / 연결형 방식.
• CSMA/CD : 충돌을 감지해 재전송하는 유선 이더넷의 접근 제어 방식.
• CSMA/CA : 충돌을 미리 피하는 무선랜의 접근 제어 방식.
• ATM : 53바이트 고정 길이 셀을 사용하는 통합 전송 방식.
• FDDI : 광케이블 이중 링에서 토큰 패싱으로 동작하는 네트워크 기술.
• IANA : IP 주소와 포트 번호 등 인터넷 자원의 할당을 관리하는 기구.