1. Ethernet / IEEE 802.3

가. 등장 배경

1970년대에 제록스(Xerox Corporation)의 연구센터에서 개발된 이써넷(Ethernet)은 그후 1980년에 DEC, Intel, Xerox의 세 개 회사에 의해 "DIX Ethernet"이란 표준으로 발표되었고, 1982년에 버전 2로 수정되었다. 이써넷의 또 다른 형태가 IEEE에 의해 표준으로 정의되었고 ISO에 의해 채택되었는데, 그것이 바로 IEEE 802.3이다.

그후 이써넷과 IEEE 802.3은 오늘날 가장 많이 사용되는 LAN(Local Area Network) 프로토콜로 자리 잡았다. 이 두개의 프로토콜은 서로 거의 유사한 형태를 띄고 있다. 특히 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)방식의 LAN을 구현한다는 점에서 서로 동일하게 취급되기도 한다.

나. 구조

이써넷/IEEE 802.3은 아래와 같은 모두 선(linear bus)형 구조를 갖는다.

IEEE 802.3는 여러 개의 서로 다른 물리적 규격을 설정하고 있다. 그리고 그것의 특성을 나타내는 [이름]에 대한 규정은 다음과 같다.

예를 들어 10Base5 라고 할 때,

10      => LAN speed, in Mbps
Base    => “Base” = baseband
           “Broad” = broadband
5       => LAN segment length, in 100-meter pultiples

일반적으로 이써넷과 IEEE 802.3은 하드웨어적으로 구현된다. 우리가 쉽게 접할 수 있는 예를 보면, 컴퓨터(PC)에 들어 가는 네트워크 인터페이스 카드나 특정 네트워크 장비에 회로 모듈의 형태로 구현된다.

다. 이써넷과 IEEE 802.3의 특성 및 비교

이써넷과 IEEE 802.3은 둘 다 CSMA/CD LAN 이라는 점과 브로드캐스트 네트워크(Broadcast Network)이라는 점에서 같다.

우선, CSMA/CD란 무엇인지 알아 보기 위해 지난 호에서 언급했던 OSI 참조 모델을 LAN (shared-medium communication)의 입장에서 다시 살펴 보기로 하자.

위의 그림과 같이 OSI 참조 모델의 데이터 링크 계층(Data Link Layer)을 두개의 세부 계층으로 나누어 생각할 수 있다. MAC 계층은 하부 물리 계층(physical layer)과의 물리적 매체 접속 방식을 다루고 있고, LLC 계층은 상위 네트워크 계층(network layer)으로의 연결을 가능하게 한다. MAC 프로토콜의 종류에는 크게 CSMA/CD와 Token-Passing 방식이 있다. 이때 이써넷/IEEE 802.3 네트워크에서 쓰이는 것이 CSMA/CD방식이고, Token Ring/IEEE 802.5 이나 FDDI에서 쓰이는 것이 Token - Passing이다.

그럼 CSMA/CD의 원리에 대해 알아 보자.

무엇보다도 CSMA/CD LAN에 연결된 스테이션은 언제든 그 네트워크에 접속을 시도할 수 있다는 점이 하나의 특징이다. 보낼 데이터를 가지고 있는 스테이션은 현재 그 네트워크를 사용중인 또 다른 스테이션이 있는지를 알기 위해 그 네트워크에 귀를 기울인다(carrier sense). 만약 사용중이라면 잠시 기다린다. 만약 아무도 사용중이지 않다면 데이터를 보낸다.

하지만 두 개의 스테이션이 같은 네트워크에 대해 서로 사용중이지 않다는 결론 하에 데이터를 동시에 보내는 경우가 생길 수 있다. 그런 경우 충돌(Collision)이 발생하게 된다. 이때 충돌이 일어난 데이터는 못쓰게 되고, 두 스테이션은 다시 데이터를 보내야만 한다. CSMA/CD 스테이션은 충돌 발생을 검출할 수 있기 때문에 Backoff 알고리즘을 이용하여 언제 다시 보내야 하는지를 결정한 후 재전송을 하게 된다.

한 네트워크를 공유하는 스테이션의 수가 많아 질수록 충돌의 확률은 커지게 된다. 그에 따라 재전송의 횟수가 많아 지게 되고 전체적인 대역폭의 효율이 떨어 지게 되는 단점도 있다.

다음으로 브로드캐스트 네트워크이란, 그 네트워크상의 모든 프레임을 모든 스테이션들이 볼 수 있다는 점을 특징으로 들 수 있다. 각 스테이션들은 자기가 그 프레임의 목적지가 되는지를 알기 위해 모든 프레임을 조사 해야만 한다. 이때 자신이 그 프레임의 목적지가 된다면 그 프레임을 적당히 처리하기 위해 상위 프로토콜로 올려 보낸다. 물론 자신을 향한 프레임이 아닌 경우 그 프레임을 폐기한다.

이써넷과 IEEE 802.3의 가장 중요한 차이는 802.3 프레임 안에 LLC(Logical Link Control) 헤더의 포함여부에 있다. 이써넷은 자신의 헤더에 상위 계층으로의 연결을 위한 요소(Type field)를 포함하고 있기 때문에, LLC 헤더를 포함하지 않고서도 OSI 참조 모델의 1,2 계층에 해당하는 서비스를 제공한다고 할 수 있다. 반면, IEEE 802.3은 OSI 참조 모델의 1계층과 2계층의 일부(물리 계층 + MAC 계층)만을 제공하기 때문에 LLC 프로토콜(IEEE 802.2)을 이용해야만 상위 네트워크 계층로의 연결이 가능하게 된다. 즉, LLC 헤더가 IEEE 802.3의 데이터 부분에 포함되어 있는 것이다.

2. Token Ring / IEEE 802.5

가. 등장 배경

1972년에 IBM사에 의해 처음으로 고안된 Token Ring은 현재 Ethernet/IEEE 802.3 LAN 다음으로 많이 쓰이고 있는 기술이다. IBM사의 Token Ring이 정착된 후에 나온 IEEE 802.5는 그 기능과 특성 면에서 IBM사의 Token Ring과 거의 같다고 할 수 있다. 실제로 “Token Ring”이라는 용어는 IBM사의 고유 Token Ring과 IEEE 802.5 모두를 지칭하는 말로 쓰여지고 있다.

나. 구조

Token Ring 과 IEEE 802.5의 구조는 둘다 아래 그림의 왼쪽과 같은 링(ring)형 구조를 갖는다.

하지만 실제 물리적인 모습은 오른쪽 그림과 같이 모든 스테이션들이 MSAU (MultiStation Access Unit)라는 장치에 연결됨으로써 하나의 IBM Token Ring 네트워크가 구성된다. 그리고 MSAU장치들을 확장케이블(Patch cables)을 통해 연결시킴으로써 하나의 커다란 링(ring)을 구성할 수도 있다.

다. Token Ring과 IEEE 802.5의 특성 및 비교

Token Ring과 IEEE 802.5는 약간의 차이점이 있다고는 하지만 거의 모든 면에서 유사하다고 할 수 있다. 다만, IBM사의 Token Ring이 물리 계층에 대한 특정한 규격을 정의 하고 있는 반면, IEEE 802.5는 네트워크 구조나 매체에 대해서는 언급하지 않는 다는 점이 다를 뿐이다. 일반적으로 Token Ring 네트워크는 4M/16M bps의 속도를 나타내며 링(ring)형 구조를 갖는다. 그리고 MAC 프로토콜로써 Token-Passing 이라는 매체 접속 방식을 채용한다.

그럼 Token-Passing 방식이란 무엇인지 알아 보기로 하자.

우선, 앞의 이써넷/IEEE 802.3에서의 CSMA/CD처럼, OSI 2계층(Data Link Layer)의 한 서브계층인 MAC 계층을 형성하는 프로토콜로써 매체 접속 방식의 일종이다.

그리고 그 원리는 다음과 같다.
네트워크 상에 "token"이라 불리 우는 작은 (내용이 비어 있는) 프레임이 하나 돌아 다니는데, 이러한 빈(empty) token을 잡은 스테이션만이 데이터를 전송할 권리를 갖게 된다. 하지만 token을 잡은 스테이션이 전송할 데이터가 없다면 그냥 다음 스테이션에게 그 token을 넘겨 주면 된다. 만약 token을 잡은 스테이션이 전송할 데이터가 있다면, 우선 그 token의 특정 비트를 바꾼 (즉, 그 token이 사용중임을 나타내기 위함) 다음에 데이터를 그 token에 덧붙이고 그 전체 프레임(token+data)을 다음 스테이션에게 넘겨 준다.

그 프레임을 넘겨 받은 스테이션은 자기 자신이 그 데이터의 목적지인지를 확인한다. 만약 아니면 그냥 다음 스테이션으로 또 다시 넘겨 주면 된다. 하지만, 자신이 목적지인 경우 그 정보를 복사해 둔 후 그 프레임을 옆에 있는 다음 스테이션으로 넘겨 주고나서, 복사해둔 정보를 상위 프로토콜로 올려서 처리 하게 된다. 이러한 과정을 거쳐 전체 네트워크를 한 바퀴 돌고 난 프레임(token+data)이 원래 그 데이터를 보낸 스테이션으로 다시 돌아 오게 된다. 그럼 그 스테이션은 데이터를 폐기 하고 token만을 다음 스테이션으로 넘겨준다. 이러한 과정이 연속적으로 무한히 일어나게 된다.

위와 같은 원리를 통해서 볼 때, 앞서 설명했던 CSMA/CD 네트워크와는 여러 면에서 차이점을 보이고 있다. 우선, CSMA/CD와 달리 원한다고 해서 항상 접속을 시도할 수는 없다는 점이 단점이다. 즉, 반드시 token이 자신에게 주어진 경우에만 접속을 시도할 수 있다는 것이다. 하지만 접속에 성공하기까지 기다려야 하는 최대 시간이 정해진다는 점이 CSMA/CD에 비해 특징적이다.

그 밖의 Token-Passing 고유의 여러 가지 신뢰성과 더불어 위와 같은 성질은 CSMA/CD에 비해 큰 장점으로 작용하기도 한다. 즉, 지연시간이 예측 가능해야만 하고, 좀 더 견고한 네트워크 이용을 원하는 응용분야에서는 Token Ring 네트워크가 적합한 경우가 많다.

그럼 여기서 IBM Token Ring이 네트워크 장애에 대처 하는 몇 가지 방법을 알아 보자.

첫째, active monitor를 들 수 있다. 네트워크에 있는 한 임의의 스테이션이 active monitor로 선출될 수 있는데, 그 스테이션은 링에 관한 여러 가지 관리 기능을 수행한다.
예를 들어 token을 잡고 데이터를 전송한 스테이션이 갑작스런 기능 장애로 인해 그 프레임이 폐기 되지 않고 계속해서 링을 도는 경우가 생길 수 있다. 이때 active monitor는 그것을 파악한 후 그 프레임을 폐기 하고 새로운 token을 만들게 된다.

둘째, IBM Token Ring은 MSAU 장치를 중심으로 스타(star)형 구조를 갖게 되는데, 이때 그 중심에 있는 MSAU 장치가 네트워크에 대한 관리 기능을 수행할 수도 있다. 즉, 문제를 일으키는 스테이션을 링으로부터 떼어내기도 한다.

셋째, 'beaconing'이라는 알고리즘을 통해서 각각의 스테이션 모두가 네트워크 장애에 대처할 수 있는 기능이 제공되고 있다.

3. FDDI (Fiber-Distributed Data Interface)

가. 등장 배경

FDDI 표준은 1987년 ANSI X3T9.5 표준위원회에 의해 발표되었다. 비디오나 그래픽 데이터와 같은 큰 대역폭을 요구하는 어플리케이션들이 등장하기 시작했고, 그럼으로써 더 큰 대역폭을 제공할 수 있는 새로운 LAN환경에 대한 필요성이 대두되기 시작했다.
그리고 좀 더 신뢰할 수 있는 네트워크 구조가 중요시 되는 가운데, FDDI는 당시의 여러 가지 네트워크 요구 조건들을 충족시켜 주기 위해 고안되었다.

현재 FDDI는 Ethernet이나 Token Ring만큼 많이 쓰이지는 않고 있으나, LAN상의 고속 스테이션들을 연결할 때나 LAN의 백본(backbone)망으로 주로 사용되고 있다.

나. 구조 및 특성

FDDI 프로토콜 구조를 OSI 참조 모델과 비교해서 볼때 아래 그림과 같다.

FDDI는 전송 매체로써 광섬유(optical-fiber)를 사용하기 때문에 고속(100Mbps)의 전송 속도를 낼 수 있다. 그리고 매체 접속 방식으로는 Token Ring과 같은 Token-Passing방식을 사용하고, 네트워크 구조 역시 링(ring) 구조라는 면에서 Token Ring과 유사한 형태를 띄고 있다. 하지만 다른 LAN 네트워크 구조와 비교할 때 가장 독특한 면이 바로 FDDI의 이중링(dual-ring) 구조이다.

그럼 FDDI가 가지고 있는 개별적인 특성들에 대해 자세히 알아 보기로 하자.

전송 매체로써 광섬유(optical-fiber)를 사용한다는 것은 일반 구리선을 사용할 때에 비해 가격이 비싸다는 것과 설치/유지/보수가 어렵다는 것 등 단점도 있지만, 여러가지 면에서 장점을 갖는다. 예를들어, 광섬유는 전기신호가 아닌 빛을 통해 데이터를 전달하기 때문에 태핑(tapping)이 어렵다. 그만큼 데이터의 안전성이 증가 하게 된다. 그리고 내구성 면에서 훨씬 유리할 뿐 아니라, 광섬유 고유의 고속 전송을 가능케 한다.

FDDI 네트워크에 사용되는 광섬유(optical-fiber)는 싱글모드(single-mode)와 멀티모드(multi-mode) 두 종류가 있는데, 싱글모드에 비해 멀티모드는 전송 거리가 짧고 데이터 손실이 많아서 비교적 소규모의 네트워크 구성에 쓰인다. 반면 싱글모드는 주로 캠퍼스 백본(Campus Backbone)으로 사용되고 있다.

만약 광섬유로 연결되어 있는 링의 한 부분이 물리적으로 끊어 진다면 그것을 연결하는 일은 쉬운 일이 아니다. 보통 광섬유는 구리선처럼 끊긴 부분을 잇지 못하고 전체 라인을 새로 교체 해야만 한다. 그 작업이 완료 될때까지 네트워크를 사용할 수 없다는 것은 치명적인 문제를 낳게 될 것이다. 이러한 문제를 극복하기 위한 방법으로 FDDI는 이중링(dual-ring)구조를 갖는다.

정상 상태에서는 데이터 전송이 하나의 링을 통해서만 이루어 지고, 나머지 하나는 백업(backup)용으로 쓰이게 된다. 만약 첫번째 링의 한 부분이 물리적인 장애로 인해 끊기거나, 링을 구성하는 한 스테이션에 장애가 발생해서 더이상의 데이터 전송이 불가능해 졌을때 각 스테이션들은 링의 상태를 체크하고 있다가 두번째 백업용 링을 이용해서 새로운 링을 구성하게 된다. 위의 과정을 그림을 통해 간략히 살펴 보면 다음과 같다.

4. PPP (Point-to-Point Protocol)

가. 등장 배경

1980년대 후반부터 IP(Internet Protocol)을 지원하는 많은 호스트 컴퓨터들이 서로 연결되면서 자연스럽게 인터넷(Internet)이라는 거대한 네트워크를 형성하기 시작했다. 대부분의 호스트들이 여러 종류의 LAN을 통해서 묶이고, 나머지는 X.25와 같은 WAN을 통해 공중망(public data network)을 형성했다. 그리고 그 중 몇개만이 간단한 일대일(point-ro-point) IP 링크를 구성했다. 이와같이 일대일 통신이 상대적으로 적었던 이유는 IP encapsulation을 위한 표준 프로토콜이 없다는 이유가 결정적이었다.

이러한 문제를 극복하기 위해 만들어진 것이 PPP(Point-to-Point Protocol)였다. PPP는 앞서 설명했듯이 일대일(point-to-point) 링크에 대한 표준 IP encapsulation 프로토콜이라는 점과 더불어 여러가지 특징을 가지고 등장했다. 즉, LCP(Link Control Protocol)와 NCP(Network Control Protocol)를 이용하여 각종 패러미터와 다양한 네트워크 프로토콜에 대한 정보를 교환함으로써 빠르고 원할한 통신을 가능케 했다. 현재 PPP는 IP 뿐아니라 IPX, DECnet등 여러가지 네트워크 프로토콜을 지원하고 있다.

나. 구조 및 특성

PPP의 프로토콜 구조는 연결되는 양 시스템간의 데이타 링크를 관리하는 LCP와 LCP의 상위계층으로서 IP, IPX, DECnet등 여러 네트워크계층의 프로토콜에 대한 정보를 협상하고 이들의 연결을 유지시키는 NCP계층으로 구분된다. LCP와 NCP에서 사용되고 있는 통신 옵숀은 매우 다양하며, 이들은 연결을 확립할 때 양시스템에 의해 협상된다.

PPP의 일반적인 동작 원리는 다음과 같다.

우선, LCP 링크를 구성하기 위해 LCP 프레임을 주고 받는다. 이때, LCP를 위한 여러가지 통신 옵션에 대한 사항이 협상된다. 양 시스템간에 LCP연결이 확립된 후, 서로 사용할 네트워크 프로토콜에 대한 정보를 교환하기 위해 NCP 프레임을 교환한다. 이때 하나 이상의 네트워크 프로토콜이 같은 링크상에서 설정될 수 있다. 이렇게 해서 연결이 이루어 지고 난 뒤 상위 프로토콜로부터의 데이터(즉, 네트워크 프로토콜 패킷)들이 링크를 통해 전달되게 된다.

PPP의 물리 계층 구현에 대한 요구 사항은 간단하다. 거의 모든 DCE/DTE 인터페이스(EIA RS-232-C, EIA RS-422, EIA RS-423, CCITT V.35 등)를 통해 구현될 수 있고, 그것이 비동기(Asynchronous) 방식이건 동기(synchronous) 방식이건 상관없다. 단, 이중(duplex) 모드로 동작해야 한다는 조건은 있다.

5. ISDN (Integrated Services Digital Network)

가. 등장 배경

ISDN(Integrated Services Digital Network)은 일반 사용자들에게 유용한 여러가지 디지털 서비스들을 제공할 수 있는 네트워크이다. 기존의 전화망은 음성신호 위주로 이루어져 있어 데이터, 그래픽등 각종 복합 정보들을 전달하기엔 부적합하다. 기존 전화망을 디지털화함으로써 복합 정보 전달 및 새로운 서비스가 가능해 진다.

1984년 국제전신전화협의체(CCITT)에서 표준권고안으로 제시된 것이 ISDN의 근간을 이루었으며, 1988년에 더 완전한 표준으로 다시 발표 되었다.

나. 구성 및 특징

ISDN이 끼칠 영향은 서비스 사용자와 공급자 모두에게 상당할 것으로 예상되고 있다. ISDN의 목적에 걸맞게 발전 속도 또한 빠르다. 현재 2세대 ISDN이 거의 만들어 진 상태이다. 흔히 협대역ISDN(N-ISDN)이라 불리우는 1세대 ISDN은 스위칭의 기본 단위로 64Kbps 채널을 사용한다. 협대역ISDN의 기술적인 핵심은 프레임 릴레이 기술이었다. 다음으로 광대역ISDN(B-ISDN)이라 일컫는 것이 바로 2세대 ISDN이다. 최근 각광받고 있는 기술인 ATM(Asynchronous Transfer Mode)이 광대역ISDN의 핵심 기술로 적용되고 있다.

ISDN을 구성하는 요소들에 대해 알아 보면 다음과 같다.

● TE1(Terminal Equipment type 1) - 표준 ISDN 단말기. 기존 전화선중 4개의 선을 모두사용하여 ISDN네트워크에 연결한다.
● TE2(Terminal Equipment type 2) - 비표준 ISDN 단말기. ISDN TA(Terminal Adapter)를 통해서만 ISDN 네트워크에 연결할 수 있다.
● NT1(Network Termination type 1) - 망사업자가 각 사용자에게까지 제공한 회선의 종단.
● NT2(Network Termination type 2) - 망사업자가 제공한 회선에 사설 교환기와 같은 장비를 접속한 경우 이 장비에서 나오는 회선의 종단.

첫째, BRI(Basic Rate Interface)로써 2개의 B 채널(64kbps)과 1개의 D 채널(16kbps)가 있다. B채널은 사용자의 데이터를 전송할 용도로 쓰인다. 그리고 D채널은 호설정과 제어용으로 사용자 데이터를 전송하는 도중에도 제공될 수 있다. OSI참조 모델과 비교하면 D채널은 1,2,3계층을 담당하고 있는 셈이다.

둘째, PRI(Primary Rate Interface)가 있다. 이것은 23개의 B채널(64kbps)과 1개의 D채널(64kbps)로 구성되어 있어서 전체적으로 1.544Mbps의 대역폭을 제공한다. (하지만, 이것은 미국이나 일본의 경우이고, 유럽이나 호주에서는 30B+D로써 전체 2.048Mbps의 속도를 나타낸다.)