[네트워크관리사2급] 네트워크 개요

1. 네트워크 (Network)

01 | 네트워크 개요

- 네트워크는 송신자의 메세지를 수신자에게 전달하는 과정으로, 한 지점에서 원하는 다른 지점까지 의미 있는 정보를 보다 정확하고 빠르게 상대방이 이해할 수 있도록 전송하는 것을 의미한다.

- 연결 형태에 따라서 유선 네트워크와 무선 네트워크로 분류된다.

 

02 | 거리 기반 네트워크의 종류

- 네트워크를 분류할 때 신호가 전송되는 거리에 따라 분류하는데, IEEE 802 위원회에서 약 3m~5m 거리까지 전송할 수 있는 네트워크를 PAN(Personal Area Network)이라고 정의하고, 50m 정도 전송할 수 있는 네트워크를 LAN(Local Area Network)으로 분류했다.

- WLAN 이외에 WWAN, WMAN, WLAN, WPAN과 같은 통신 표준을 정의하였다.

 

* 회사에서도 그렇겠지만 군대에서도 LAN선을 정말 많이 쓰는데, 건물 안에서 네트워크를 잇기 위해 많이 사용했다. 간부님께 들었을 때는 90m 이상 넘어가면 데이터 전송이 되지 않는다고 들었었는데, 아마 어떤 종류의 LAN선을 짜느냐에 따라 다를 수도 있을 것 같다.

* LAN, WAN, MAN, PAN 앞에 W가 붙으면 무선이라는 뜻이다. 없으면 유선이다.

* Bluetooth는 최대 10m 정도까지 신호 전송이 가능하기에, 대표적인 WPAN이다.

 

거리에 따른 네트워크 유형

구분	개념	설명
PAN (Personal Area Network)	약 5m 이내의 인접지역 간의 통신 방법	- 초 인접지역 간의 통신 방법이라 거리가 짧으며, 유선보다는 무선 WPAN이 많이 활용
LAN (Local Area Network)	동일한 지역(공장, 사무실 등) 내의 고속의 전용회선을 연결해 구성하는 통신망	- 50m 이내 한정된 지역 - Client/Server와 peer-to--peer 모델 - WAN보다 통신 속도 빠름
WAN (Wide Area Network)	서로 관련이 있는 LAN 사이를 연결하는 상호 연결망	- LAN에 비해 선로 에러율이 높고 전송 지연 큼 - 두 목적지 간을 최단 경로로 연결시켜주는 라우팅 알고리즘 중요 - 제한된 트래픽 조건 하에 흐름 제어와 과도한 지연을 제거
MAN (Metropolitan Area Network)	LAN과 WAN의 중간 형태의 네트워크. 데이터, 음성, 영상 등을 지원하기 위해 개발	- 전송 매체: 동축 케이블, 광케이블 - DQDB(Distributed Queue Dual Bus)

 

* peer-to-peer: P2P 방식이라고도 하며, 중앙 서버를 거치지 않고 컴퓨터와 컴퓨터가 바로 연결되는 방식이다.

* 라우팅: 데이터를 전송하다가 너무 먼 거리를 전송하게 되면 신호가 끊기는 순간이 오는데, 그때 데이터가 손실이 난다. 그 데이터를 다시 복구시키고 그대로 보내주는 역할을 라우터가 하고, 최단 거리로 보내야 데이터 손실이 없다.

* 동축 케이블: 군대에서는 건물 위에 안테나가 여러 개 있는데, 그 안테나를 통해 신호를 받아 TV에 동축 케이블을 연결해 뉴스나 공중파 방송을 볼 수 있었다.

* 광케이블: 이름 그대로 빛을 사용해 신호를 보내기 때문에, 데이터를 보내는 매체가 유리다. 그래서 살짝만 충격을 줘도 유리가 깨져서 케이블 자체가 망가지기 때문에, 보통 땅에 매장한다.

* DQDB(Distributed Queue Dual Bus): 데이터를 전송하기 위해서 2개 버스를 가지고 있는 이중버스 구조로 되어 있고, 53바이트 고정 길이 패킷을 슬롯이라는  단위로 전송한다.

 

03 | 데이터 전송(Data Transfer) 방식

무전기는 한 사람이 말을 하고 있으면 수신자는 말을 할 수 없다. 이렇게 동시에 데이터를 주고받을 수 없는 전송 방식을 반이중(Half Duplex) 방식이라 하고, 송신자는 보내기만 하고 받을 수 없는 데이터 전송 방식을 단방향(Simplex) 방식이라고 한다.

 

(1) 단방향 통신(Simplex)

데이터를 전송만 할 수 있고 받을 수는 없다.

(2) 반이중 통신(Half Duplex)

데이터를 송신하고 수신할 수 있지만, 동시에 할 수는 없다.

(3) 전이중 방식(Full Duplex)

전화기는 전이중 방식의 대표적인 예로, 동시에 데이터를 주고받을 수 있다.

 

2. 네트워크 토폴로지(Network Topology)

01 | 네트워크 토폴로지(통신망의 구조)

- 컴퓨터 네트워크의 요소들(링크, 노드 등)을 물리적으로 연결해 놓은  것, 또는 그 연결 방식이다.

 

02 | 계층형(Tree) 토폴로지

트리 구조 형태로 정보 통신망을 구성하는 것으로 정보 단말 장치를 추가하기 용이한 구성이다.

계층형

(1) 장점

- 네트워크 관리가 쉽고 확장이 편리하다.

- 네트워크의 신뢰도가 높다.

(2) 단점

- 특정 노드에 트래픽이 집중화되면 네트워크 속도가 떨어진다.

- 병목 현상이 발생할 수가 있다.

 

03 | 버스형(Bus) 토폴로지

중앙의 통신 회선 하나에 여러 개의 정보 단말 장치가 연결된 구조로 근거리 통신망(LAN)에서 사용하는 통신망 구성 방식이며, 버스의 끝에 터미네이터(Terminator)를 달아서 신호의 반사를 방지한다.

버스형

(1) 장점

- 설치비용이 적고 신뢰성이 우수하다.

- 구조가 간단하다.

- 버스에 노드 추가가 쉽다.

(2) 단점

- 전송되는 데이터가 많으면 네트워크 병목 현상이 발생한다.

- 장애 발생 시에 전체 네트워크에 영향을 받는다.

 

04 | 성형(Star) 토폴로지

중앙에 있는 정보 단말 장치에 모두 연결된 구조로 항상 중앙의 정보 단말 장치를 통해서만 연결이 가능한 구조이다.

성형은 중앙의 정보 단말 장치에 에러가 발생하면 모든 통신이 불가능한 구조이다.

성형(스타형)

(1) 장점

- 고속의 네트워크에 적합하다.

- 노드 추가가 쉽고 에러 탐지가 용이하다.

- 노드에 장애가 발생해도 네트워크는 사용이 가능하다.

(2) 단점

- 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없다.

- 설치 비용이 고가이고 노드가 증가하면 네트워크 복잡도가 올라간다.

 

05 | 링형(Ring) 토폴로지

인접해 있는 정보 단말 장치가 연결된 구조이다. 링형은 토큰링(Token Ring)에서 사용한다.

링형

(1) 장점

- 노드의 수가 증가 되어도 데이터 손실이 없다.

- 충돌이 발생하지 않는다.

- 경제적인 네트워크 구성이 가능하다.

(2) 단점

- 네트워크 구성의 변경이 어렵다.

- 회선에 장애 발생 시 전체 네트워크를 사용할 수 없다.

 

06 | 망형(Mesh) 토폴로지

모든 정보 단말 장치가 통신회선을 통해서 연결된 구조로 한쪽 통신회선에 에러가 발생해도 통신을 수행할 수 있는 구조이다. 국방 네트워크처럼 안전해야 하는 네트워크에서 사용되지만 구축 시에 비용이 많이 발생한다.

망형

(1) 장점

- 완벽하게 이중화가 되어 있어 장애 발생 시에 다른 경로를 통해서 네트워크를 사용할 수 있다.

- 많은 양의 데이터를 송수신할 수 있다.

(2) 단점

- 네트워크 구축 비용이 고가이다.

- 운영 비용이 고가이다.

 

3. 회선 교환 및 패킷 교환

01 | 회선 교환(Circuit Switching)

(1) 회선 교환의 개념

전화기는 발신자와 수신자 간에 회선을 독점하는 것으로 수신자가 전화를 받으면 그때부터 둘 사이의 독점적인 통화가 안정적으로 이루어진다. 이러한 통신 방식을 회선 교환이라고 한다.

 

* QoS(Quality of Service): 네트워크 품질을 평가하는 지표로, QoS가 가장 우수한 네트워크가 회선 교환이다. 회선 교환은 한 번 연결이 이루어지면 안정적으로 통신을 할 수 있지만, 선로를 독점해서 사용하기에 자원을 많이 사용하고 다중 통신이 어렵다.

회선 교환망(Circuit Switching Network)

- 회션 교환은 포인트 투 포인트(Point to Point) 방식으로 연결을 확립하고 안정적으로 통신할 수 있는 방법이다.

 

(2) 회선 교환의 특징

- 교환기를 통해 통신 회선을 설정하여 직접 데이터를 교환하는 방식이다.

- 직접 교환 방식으로 음성 전화 시스템에 활용된다.

- 송신자의 메시지는 같은 경로로 전송된다.

- 실시간으로 처리할 수 있고 안정적인 통신이 가능하다.

- 포인트 투 포인트(Point to Point) 방식으로 사용된다.

 

* 대역폭(Bandwidth): 데이터 통신에서 최고 주파수와 최저 주파수의 차이를 말하며, 주파수의 상한과 하한의 차이로 헤르츠(Hz)라 표현한다. 대역폭이 크면 클수록 많은 데이터를 전송할 수 있다.

 

(3) 회선 교환의 장점과 단점

 

구분	설명
장점	- 고정적인 대역폭을 사용한다. - 접속 이후 접속이 항상 유지되어 전송 지연이 없고, 데이터 전송률이 일정하다.
단점	- 반드시 같은 전송률과 같은 기종 사이에 송수신이 요구된다. - 속도나 코드의 변환이 불가능하다. - 에러 없는 데이터 전송이 요구될 시 부적합하다.

 

02 | 패킷 교환(Packet Switching)

(1) 패킷 교환 개념

- 패킷 교환은 송신 측에서 모든 메시지를 일정한 크기의 패킷으로 분해해 전송하고, 수신 측에서 이를 원래의 메시지로 조립하는 것이다.

- 인터넷을 사용해 통신 하려면 IP(Internet Protocol) 주소가 필요하다. 인터넷은 전화망과 다르게 네트워크의 상태(속도, 대역폭)에 따라 다른 경로로 발송하게 된다. 교통량의 정보를 확인하고 최적의 경로를 선택하는 방식으로 데이터를 보내는 것이 인터넷이다. 추가적으로, IP 주소가 붙은 패킷을 데이터그램(Datagram)이라고 한다.

 

* IP는 택배를 보낼 때 우리집 주소라고 생각하면 된다. 패킷은 데이터 맨 앞쪽에 붙게 되는데, 그래야 어디로 데이터를 보낼지 알 수 있기 때문이다. 택배에 붙이는 운송장과 같다.

* 패킷(Packet): 네트워크를 사용해서 전송하기 위해 일정한 단위로 나눈 데이터 전송 단위이다. 데이터 송신자와 수신자가 하나의 단위로 처리하는 데이터 처리 단위이다.

인터넷(데이터그램 네트워크)

- 데이터를 최적의 경로로 전송하기 위해서는 경로를 결정하는 장비가 필요한데 그것이 바로 라우터(Router)이다.

- 패킷 교환망(Packet Switching Network)은 송신자가 전송할 데이터를 일정한 크기의 패킷(Packet)이라는 길이로 분류하여 데이터를 전송하면, 수신 측은 전송된 패킷을 다시 조립해 원래의 메시지를 만든다.

- 패킷 교환은 전송할 패킷에 대해 우선순위가 같은 것을 표시하여 중요한 패킷을 식별할 수도 있다. 패킷 교환 네트워크는 공중 교환 데이터망(Public Switched Data Network)에서 사용된다.

 

(2) 패킷 교환의 특징

패킷 교환 네트워크	설명
다중화	패킷을 여러 경로로 공유
채널	가상 회선 혹은 데이터그램 교환 채널을 사용
경로 선택	패킷마다 최적의 경로를 설정
순서 제어	패킷마다 최적의 경로로 보내지기 때문에 도착 순서가 다를 수 있어 패킷의 순서 통제
트래픽 제어	전송 속도 및 흐름 제어
에러 제어	에러를 탐지하고 재전송

 

(3) 패킷 교환의 장점과 단점

 

구분	설명
장점	- 회선 이용률이 높고, 속도 변환, 프로토콜 변환이 가능하며 음성 통신도 가능 - 고신뢰성, 고품질, 고효율 - 전송 속도, 전송 제어 절차가 달라도 교환망이 변환 처리를 제공하여 통신이 가능
단점	- 경로에서의 각 교환기에서 지연 발생 - 전송량이 증가함에 따라 지연이 더욱 심할 수 있음 - 패킷별 헤더 추가로 인한 오버헤드 발생 가능성 존재

 

03 | 데이터그램과 가상회선

(1) 데이터그램과 가상회선 동작 원리

데이터그램(Datagram) 네트워크는 패킷 교환 방식으로 동작하면서 IP 주소를 사용하는 인터넷을 의미한다.

가상 회선은 회선 교환 방식과 데이터그램 방식의 장점을 결합한 통신 기술로 처음 패킷으로 최적의 경로를 고정하고 그 다음 패킷으로 나누어 고속으로 전송하는 기술이다.

빠르고 안정적으로 통신할 수 있지만 많은 사용자가 동시에 사용하기는 어려워, 공유에 한계가 있다.

 

(2) 가상 회선과 데이터그램 차이점

 

구분	설명
가상회선 (Virtual Circuit)	- 패킷을 전송하기 전에 논리적인 연결을 먼저 수행 - 송신자는 호출을 하고 호출 수신 패킷을 주고받아서 연결하는 방식 - 교환기에 패킷이 일시적으로 저장하여 일정한 전송률 보장은 못 함 - 이미 확립된 접속을 끝내기 위해 Clear Request 패킷을 이용
데이터그램 (Datagram)	- 각 전송패킷을 미리 정해진 경로 없이 독립적으로 처리하여 교환하는 방식 - 같은 목적지의 패킷도 서로 다른 경로를 통해 목적지에 도달하며 호 설정 단계의 회피가 가능함 - 특정 교환기의 고장 시 그 경로를 피해서 전송할 수 있어 더욱 신뢰 가능

 

* 회선 교환은 전화기, 패킷 교환 및 데이터그램 네트워크는 인터넷으로 기억하면 쉽다.

 

04 | 메시지 교환(Message Switching)

(1) 메시지 교환 개념

- 메시지 교환망(Message Switching Network)은 송신된 메시지를 중앙에서 축적하여 처리하는 방법으로 축적 교환 방식이라고 한다.

- 메시지를 메모리에 저장하고 여러 수신자에게 데이터를 전송할 수 있다.

- 전자우편에서 사용된다.

 

* 축적 교환 방식: 축적 교환이란 송신자가 메시지를 전송하면 전송한 메시지를 일정한 단위로 나누어 버퍼(Buffer)라는 것에 저장 후 저장이 완료되면 다시 그것을 읽어 들여서 전송 경로를 결정하는 전송을 의미한다.

 

(2) 메시지 교환 방식

- 메시지를 공유하여 데이터를 보낼 수 있다.

- 메시지 별로 우선순위를 부여한다.

- 에러 제어를 제공한다.

- 응답 속도가 느리다.

- 대화형 시스템으로 사용하기 어렵다.

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기출문제

01. 패킷 교환망과 메시지 교환망의 가장 큰 차이점은?

① 블로킹(Blocking) 현상의 존재 유무

② 데이터 전송 메시지 단위

③ 목적지에 도착하는 메시지의 순서

④ 송신 터미널과 수신 터미널 간의 호환성

②. 패킷 교환과 메시지 교환의 차이점은 전송되는 데이터의 크기이다.

 

02. 네트워크 구성(Topology)에서 성형(Star)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

① Point to Point 방식으로 회선을 연결한다.

② 단말 장치의 추가와 제거가 쉽다.

③ 하나의 단말 장치가 고장 나면 전체 통신망에 영향을 줄 수 있다.

④ 각 단말 장치는 중앙 컴퓨터를 통해서 데이터를 교환한다.

③. 하나의 단말 장치는 전체 통신망에 영향을 주지 않지만 중앙 컴퓨터에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없다.

 

03. 패킷 교환의 특징에 대한 설명 중 옳지 않은  것은? 

① 패킷과 함께 오류제어를 함으로써 고품질/고신뢰성 통신이 가능하다.

② 패킷을 전송 시에만 전송로를 사용하므로 설비 이용 효율이 높다.

③ 패킷 교환의 방식으로는 연결형인 가상회선 방식과 비연결형인 데이터그램(Datagram) 두 가지가 있다.

④ 복수의 상대방과는 통신이 불가능하다.

④. 송신 측에서 모든 메시지를 일정한 크기의 패킷으로 분해/전송하고, 수신 측에서 이를 원래의 메시지로 조립한다. 패킷 교환은 복수의 상대방과 통신할 수 있다.

 

04. LAN의 구성 형태 중 중앙의 제어점으로부터 모든 기기가 점 대 점(Point to Point) 방시으로 연결된 구성 형태는?

① 링형 구성

② 스타형 구성

③ 버스형 구성

④ 트리형 구성

②. 성형(스타형) 토폴로지는 중앙의 마스터 노드에 모든 단말이 연결된 구조로 모든 단말은 중앙의 마스터를 통해서 통신이 이루어진다.

 

05. 데이터 전송 방식에 대한 설명으로 올바른 것은?

① 반이중(Half Duplex) 방식: 데이터는 수신 측 또는 송신 측 한쪽 방향으로만 전송될 수 있고, 전송 방향을 바꿀 수가 없다.

② 전이중(Full Duplex) 방식: 데이터가 수신 측, 송신 측 양쪽 방향으로 동시에 전송될 수 있다.

③ 단방향(Simplex) 방식: 데이터가 수신 측, 송신 측 양쪽 방향으로 전송될 수 있지만, 동시에 전송할 수는 없다.

④ 주파수 분할 이중(Frequency Division Duplex) 방식: 동일한 주파수 대역에서 시간적으로 상향, 하향을 교대로 배정하는 전송 방식이다.

②. 데이터 전송 방식 중 전이중 방식만 동시에 수신 측, 송신 측 양방향 전송이 가능하다.

 

06. Bus 토폴로지(Topology)에 대한 설명으로 올바른 것은?

① 스타 토폴로지보다 네트워크를 구축하는 데 더 많은 케이블이 필요하기 때문에, 배선에 더 많은 비용이 소요된다.

② 각 스테이션이 중앙 스위치에 연결된다.

③ 터미네이터(Terminator)가 시그널의 반사를 방지하기 위하여 사용된다.

④ 토큰이라는 비트의 패턴이 원형을 이루며 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 순차적으로 할당된다.

③. 버스형은 LAN에서 사용하는 네트워크 토폴로지로 버스의 끝에 터미네이터를 달아서 신호의 반사를 방지한다.

 

07. 패킷 교환망의 특징으로 옳지 않은 것은?

① 연결 설정에 따라 가상회선과 데이터그램으로 분류된다.

② 메시지를 보다 짧은 길이의 패킷으로 나누어 전송한다.

③ 망에 유입되는 데이터의 양이 많아질수록 전송 속도가 빠르다.

④ 블록킹 현상이 없다.

③. 망에 유입되는 데이터의 양이 많아질수록 트래픽이 증가하여 전송 속도가 느려진다.