랜

LAN(Local Area Network)

이더넷(Ethernet)

랜은 Local Area Network의 약자로써 범위가 넓지 않은 일정 지역 내에서 다수의 컴퓨터나 사무 자동화(Office Automation) 기기 등을 속도가 빠른 통신선로로 연결하여 기기간에 통신이 가능하도록 하는 근거리 통신망이다.

개요

랜(LAN)의 역사는 1970년대 초반에 제록스사의 PARC에서 개발 되어 이후 이더넷(Ethernet)이 나오게 되면서 "다수의 독립된 컴퓨터 기기들이 상호간에 통신이 가능 하도록 하는 데이터 통신 시스템"으로써 연구가 시작되었다. 랜은 몇가지 구분으로 정의 되어 지는데 "단일 기관의 소유일 것으로 수 Km 범위이내에 지역적으로 한정 되어 있으며 스위칭 기술을 사용하며 WAN보다 높은 통신 속도를 가진다" 케네스 J. 서버 & 하비 A. 프리먼이 정의했다. 또한 "작은 지역 내에서 다양한 통신 기기의 상호 연결을 가능하게 하는 통신 네트워크" 라 윌리엄 스탈링스이 말하였다. 예로들어 랜이란 집이나 사무실, 빌딜, 공장 등과 같이 제한된 지역에서 여러대의 장치들을 연결 하기 위하여 최적화되고 신뢰성 있는 고속 통신을 제공하는 네트워크를 말한다.

1977년 12월에 뉴욕 체이스 맨해튼 은행에 첫 상업용 설비를 설치했다.

특징

다수의 사용자가 자원이나 네트워크 프린터의 공유가 가능하다. 정보를 송수신할 때 기기 간의 상호 독립적인 상태에서도 통신이 가능하며 통신 범위는 지역적 하계가 있으나, 전송 속도는 높고 에러 발생률이 낮다. 학교, 건물, 공장과 같은 단일 기기 소유 영역에 설치해야 한다. 고속 전송 매체를 사용해서 다양한 데이터들의 고속 전송기능이 가능하다. 다양한 통신 기기의 연결이 수월해서 연결성이 높다. 네트워크의 확장이나 재배치가 쉬운 장점을 갖고 있다. 또한 음성, 이미지, 동영상과 같은 정보들의 처리가 가능해서 통합성이 높다. 전송 거리가 짧으며 광섬유나 동축 케이블 같은 전송 매체를 사용하여 에러율이 낮아 신뢰성이 높다.

거리 : 10m ~ 수 Km 이내
데이터 전송률 : 100Mbps 이내(100Mbps 이상은 고속 LAN)

구분

네트워크 토폴로지

랜의 토폴로지에 따라 버스형, 링형, 스타형, 계층형, 메쉬형으로 구분되는데 여기서 토폴로지란 네트워크를 구성하는 노드와 노드간에 연결 상태에 대한 배치를 의미하며 "통신망 구조"라고 이해할 수 있다.

버스형

버스형(Bus Topology)는 신뢰성과 확장성이 좋으며 모든 노드들이 버스에 T자형으로 연결되어 상호 Point - to - poing 형태를 가지게 된다. 각 노드들이 연결은 어텝터(Adapter)를 사용하며 양 끝 단에 터미네이터를 두게 된다. 각 노드의 고장은 전체 네트워크 부분에 영향을 미치지 않는 다른 장점을 가지며 CSMA/CD 방식을 주로 사용하고 케이블 사용량이 적기 때문에 투자 비용이 적게 든다. 하지만 기저대(baseband) 전송방식을 쓸 경우에는 거리에 민감하여 거리가 멀어지면 중계기가 필요하다.

링형

링형(Ring Topology)은 통신제어가 간단하고 신뢰성이 높으며 장거리 네트워크에서 사용이 가능 하다. 링 형태를 이루지만 노드간 통신은 Point - to Point 를 가지며 각 노드에서 신호 재생이 가능 하기 때문에 버스 형태와 달리 거리 제약이 적으며 잡음에도 강하다.

스타형/성형

스타형/성형(Star Topology)은 중앙 제어 방식으로 모든 기기가 Point - to Point 방식으로 연결 되어 있으며 문제 해결이 쉽고 하나의 기기의 고장은 전체 영향을 미치지 않지만 중앙 제어 장비가 고장이 나면 모든 시스템에 영향을 미치게 된다. 케이블 사용량이 많으며 비용 또한 크게 든다.

메쉬형

메쉬형(Mash Topology)은 네트워크 상의 모든 컴퓨터들이 연결되어진 형태로써 연결 된 기기나 노드가 고장나더라도 다른 경로를 통해 통신이 가능하며 어떠한 경우에도 네트워크가 동작한다는 장점을 가지게 된다. 하지만, 네트워크에 연결된 기기의 수가 많은 경우 모든 기기와 연결 해야 하기 때문에 케이블 사용량이 많으며 구조 또한 복잡하여 네트워크 관리가 힘들어 지는 단점을 가지고 있다.

전송기술

기저대역 방식

• 디지털 전송방식
• 전체 대역폭을 하나의 고속 채널로 사용하는 방식
• 채널의 효율을 높이기 위해 시분할 다중화 방식 사용

광대역 방식

• 아날로그 전송 박식 : 데이터, 보이스, 비디오 동시 전송
• 채널의 작은 대역폭을 갖는 여러개의 서브 채널로 나누어 사용
• 주파수 분할 방식을 이용한 다중화 방식
• 사용되는 전송기술은 전송 매체의 대역폭과 관계
• 대역폭이 클수록 전송량 증가

전송매체

랜 케이블에는 일정한 간격으로 케이블의 종류가 무엇인지를 뜻하는 문자와 함께(차폐여부, 배열번호 등등)전송스펙을 요약한 Cat(카테고리)이란 단어가 함께 표기된다.

랜케이블 성능 비교

	CAT.5	CAT.5E	CAT.6	CAT.6E	CAT.7
전송속도	100Mbps	1Gbps	1Gbps	10Gbps	10Gbps
대역폭	100MHz	100MHz	250MHz	500MHz	600MHz
규 격	100BASE-TX	1000BASE-T	1000BASE-TX	10G BASE	10G BASE

트위스티드 페어 케이블

전화선과 같이 두 가닥의 피복된 동선(절연동선)을 꼬아 만든 케이블로써 차폐성(shield)의 유무에 따라 UTP(Unshielded Twisted Pair)와 STP(Shielded Twisted Pair) 두 종류가 있으며, 두 가닥의 꼬인 단위를 페어(Pair)라고 부른다.

트위스트 페어 케이블은 전화망이나 성형망(Star Topology)의 이더넷, 토큰 링에 쓰인다. 관리용이나 안정성은 탁월하지만 초기 설치 비용이 높다. UTP와 STP는 비교적 값싸고 다루기 쉬우며 전화선과 함께 쓸 수 있다는 장점이 있다. UTP는 STP에 비해 차폐막이 없으므로 잡음에 약하나 굵기가 가늘고 값이 싸므로 가장 많이 쓰이는 형태이며 IEEE 802.3의 10BaseT가 UTP를 사용한 스타형 이더넷의 표준이다.

IEEE(전기전자기술자협회)는 전기 전자공학의 연구를 촉진하기 위해 설립되었으며 ANSI에 의해 미국 국가표준을 개발하도록 인증받은 전문 기구이다.

STP는 IBM의 토큰 링에 주로 사용되는데 차폐막이 있으므로 내잡음성이 좋다. 최근에는 STP를 지원하는 이더넷 장비가 출시되고 있는데 이는 STP와 UTP의 기계적 구조가 차폐막을 제외하고는 같기 때문이다. 그러나 STP형 이더넷은 표준화된 규격이 아니며 사용자의 특별한 요구 또는 기존 STP 배선의 투자보호를 위한 것이다.

트위스트 페어 케이블은 특정한 에러율 범위 안에서의 전송능력에 따라 5가지로 구분된다.

● Category 1 : 특별한 제한 없음
● Category 2 : ~ 1MHz의 신호를 100m까지 전송
● Category 3 : ~ 16MHz의 신호를 100m까지 전송
● Category 4 : ~ 20MHz의 신호를 100m까지 전송
● Category 5 : ~ 100MHz의 신호를 100m까지 전송

동축케이블

동축 케이블(Coaxial cable)은 구리 심선을 관(Cylinder)형태의 도전막이 홑겹 또는 여러 겹으로 둘러싸고 있는 모양의 케이블로써 심선은 신호를 전파하고 이를 둘러싼 막은 외부 신호의 유입 또는 내부 신호의 유출 차폐하는 기능을 한다. 동축케이블은 이 차폐막이 여러 겹으로 심선을 같은 축(동축)으로 감싸고 있는 형태다. 전송속도는 10Mbps이며 베이스 밴드 방식이다. 최장거리는 약 200M까지 이며 설치가 용이하고 설치 비용이 저렴하다. 하지만 케이블의 안정성이 떨어지고 전송매체 단절 시 전 네트워크가 마비될 문제가 있다. 동축케이블은 고주파 특성이 좋으므로 높은 주파수를 사용하는 분야(비디오, CATV 등)에 주로 사용된다. 이더넷이 대표적인 예이며 RG-58 케이블이 쓰인다.

RG-58 케이블은 특성 Impedance가 50Ω(옴)인 케이블로써 RG는 Radio Frequency Guide를 나타내는 미 국방 규격이다(Mil-spec) 랜에서는 RG-58중에서도 RG-58A/U, RG-58C/U 등이 쓰인다. 동축케이블은 기저대역을 사용하는 디지털 통신용으로써 고주파용 RG-58과는 다른 규격이다.

광케이블

광케이블(Optical Fiber Cable)은 레이저광을 이용하는 유리섬유 케이블로써 빛을 통해 신호를 전달하므로 외부의 전자기적 간섭에 전혀 영향을 받지 않아 신뢰성이 대단히 높고 먼 거리까지 신호를 보낼수 있으며, 높은 속도의 통신이 가능하다. 때문에 고압선 근처를 통과하거나, 비교적 먼 거리에서의 통신 또는 대용량의 정보를 전송할 때 주로 쓰인다. 하지만, 케이블 및 관련 장비의 가격이 비싸고, 설치비용이 많이 들며, 증설이 어려운 담점이 있다. 광섬유는 빛이 전송되는 부분인 코어(Core), 빛이 광섬유 밖으로 새어 나가지 못하도록 하는 클래드(Clad) 및 광섬유를 보호하기 위한 코팅으로 구성된다.

시스템 구성 요소

노드

노드(Node)는 랜을 통해 통신하는 주체이다. 초기의 랜 컴퓨팅 환경에서는 데이터와 응용프로그램을 가지고 랜의 중심이 되어 분산된 다른 컴퓨터에게 서비스를 하는 서버와 통신하며, 서버에 탑재된 응용프로그램과 데이터를 이용하는 Workstation이 명확히 분리되어 있다.

서버

서버는 통상 workstation에 비하여 고속, 고용량의 컴퓨터로써 네트워크를 운영하기 위한 운영체제와 각종 응용프로그램(애플리케이션) 및 데이터(Data base)를 저장하고 있다. 엄격하게는 네트워크 서버, 애플리케이션 서버, 파일 서버, 데이터베이스 서버 등, 그 기능에 따라 여러 분류가 가능하지만 통상 서버(workstation 이라는 의미에 반하여)로 지칭한다.

워크스테이션

워크스테이션(workstation)은 서버 이외에 네트워크에 적속된 컴퓨터들은 모두 워크스테이션의 범주에 포함시킬 수 있다. 워크스테이션은 서버에서 애플리케이션이나 데이터를 공급 받아 처리한다. 처리 결과는 서버에 보관하거나 자체의 기억장치에 보관될 수 있으며, 워크스테이션은 서버에게서 서비스를 받는 것이 특징이다. 최근 경향은 워크스테이션급의 컴퓨터 장비의 연산 능력이 비약적으로 발전하여 이전의 서버 혹은 호스트급 컴퓨터에서 담당하였던 작업을 몇 개의 워크스테이션에서 나누어 처리하거나, 각각 특정 업무에서는 서버로 기타 업무에서는 워크스테이션으로써의 기능을 수행하여 상호간에 작업을 분담함으로써 장비비용을 낮추고 있으므로 서버/워크스테이션의 획일적 구분은 어렵다.

연결매체

매체는 랜의 노드들을 물리적으로 연결하는 수단이다. 이더넷(Ethernet)의 "이더"(Ether)는 공기 또는 아주 가벼운 추상적인 물질을 뜻하는 말로써 초기에 전파를 전달하는 매체로 생각되었다. 이 매체를 동축케이블로 "Ethernet"이라는 명칭이 정해진 만큼 연결 매체는 LAN을 물리적으로 구성하는 골격이며, 여러가지 LAN 규격에서 가장 기본적으로 다루어 지는 부분이다.

NIU

NIU(Network Interface Unit)은 각 컴퓨터 기기들을 랜에 연결시키기 위한 장치이다. 통상적으로 한 장의 카드 형태로 제작되므로 Network Interface card 또는 NIC으로 불려지며, 컴퓨터 본체의 Slot에 장착된다. NIC는 LAN의 매체에 연결하기 위한 케이블용 커넥터가 달려 있으며, LAN과의 I/F를 위한 전송부, 컴퓨터와의 I/F를 위한 버스 인터페이스(Bus interface) 및 제어부 등으로 구성된다.

NOS

NOS(Network Operation System)은 LAN상의 기본적인 동작을 관장하기 위한 운영체제이다. 모든 컴퓨터는 OS(Operating System)을 가지고 있으며 컴퓨터의 기본적인 기능을 관장하는데 네트워크의 기본적인 기능을 관장하는 것을 네트워크OS 즉, NOS라 한다. 가장 대표적인 NOS는 Novell사의 "NetWare"를 들 수 있으며 마이크로소프트사의 "Windows NT, LAN Manager", IBM상의 "OS/2 Network Manager"등이 있다.

시스템 확장

라우터

라우터는 다른 망을 연결하기 위해 반드시 필요한 기기이다. 데이터를 발신지로부터 여러 링크를 통하여 목적지까지 전달하는 책임을 가지는 OSI 7 Layer 3계층인 네트워크 레이어 기능을 수행한다. 원거리의 연결(LAN/MAN/WAN)도 가능하다. 라우팅 테이블을 만들어서 데이터를 운반하는 방식이다.

게이트웨이

게이트웨이는 다른 종유릐 통신망 사이에 메시지를 전달할 수 있도록 해주는 장치이다. 다른 종류의 서로 다른 네트워크의 특성을 상호 변환시켜 호환성 있는 정보를 전송할 수 있게 해주는 장치이다.

리피터

리피터는 근거리통신망(LAN)의 전송매체상에 흐르는 신호를 정형, 증폭, 중계하는 장치이다. 리피터는 국제표준기구인 OSI참조 모델의 물리계층(Physical Layer)에서 동작하는 장비로서 근접한 2개 이상의 데이터 네트워크간 신호를 전송하며 리피ㅓ는 신호를 재생하고 복사하는 장비이다. 데이터가 전송되는 동안 케이블에서는 신호의 손실이 감쇄현상이 일어나는데 리피터는 감쇄되는 신호를 증폭하고 재생하여 전송하는 역할을 한다.

감쇄 현상은 데이터 네트워크상에서 오리지널 데이터 신호가 유용할 수 있는 최대 케이블의 길이를 제한하게 되었다. 일반적으로 UTP케이블은 최대 100M로, 10BASE-5네트워크용 동축 케이블 최대 길이를 500M로 그리고 10BASE-2 네트워크용 동축 케이블 최대 길이는 200M로 제한한다.

브리지

브리지는 LAN과 LAN을 연결하는 신호를 교환하여 주는 역할을 한다. OSI 7 레이러 2계층인 데이터-링크 레이어를 사용한다. 분리된 장소에 설치된 두 개 이상의 LAN을 연결하여 하나의 LAN처럼 보이게 한다.

기술 종류

CSMA/CD

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)은 반송파 감지 다중 접속 및 충돌탐지라고 부르며 컴퓨터 네트워크 분야에서 성능개선을 위해 기존의 반송파 감지 다중 접속 방식(CSMA)을 일정부분 수정한 방식이다. 반송파를 감지하는 기법으로 사용하고 있으며, 데이터를 보내고자 하는 송신자 'A'는 수신자 'B'가 이미 다른 송신자 'C'와 통신을 중임을 감지하면 즉시 통신을 중단하고 정체신호(Jam Signal)을 보낸다. 그리고 임의의 시간 동안 대기하면서 재전송할 준비를 한다. 정체 신호가 발생하면 송신자 'A' 뿐만 아니라, 수신자 'B'로 데이터를 보내고자 하는 네트워크 상의 모든 노드들에게 전달된다. 이로써 불편한 전송을 사전에 차단시켜 트래픽을 줄인다. 하지만 통신량이 많을 때 충돌회수가 증가하면서 이용률이 떨어지고 지연시간의 예측이 불가능하다. IEEE 802.3 표준으로 정의된 네트워크에서 사용하며, OSI 7 레이어에서 데이터 링크 계층의 매체전급제어(MAC)에서 동작한다.

토큰링

토큰링(Token ring) 근거리통신망(LAN) 기술은 OSI 모델의 데이터 링크 계층에서 쓰이는 근거리 통신망 프로토콜이다. 1980년대 초반 IBM에 의해 개발되었고 IEEE 802.5로 표준화되었다. 당시에는 매우 성공적이었으나 1990년대 초반 이더넷이 개발되면서 잘 쓰이지 않게 되었다. IBM은 토큰리이 이더넷보다 빠르고 안정적이라는 주장을 펼쳤지만 성공적이지 못했다. 초기의 토큰링은 전송속도가 4Mbps였지만 1989년에 16Mbps의 토큰링 제품을 생산하며, IEEE 802.5 기준도 이를 지원하도록 확장되었다. 토큰링은 처음엔 이더넷보다 이론적으로 빠르고 안정적인 기술로 각광받았으나, 후에 스위치 이더넷이 개발되면서 급격하게 쇠퇴하고 말았다.

무선랜

공유기

무선랜(wirelss LAN)은 무선 신호 전달 방식(확산 대역 또는 직교주파수분할다중화 방식)을 이용하여 두 대 이상의 장치를 연결하는 기술이다. 이를 이용해 사용자는 근거리 지역에서 이동하면서도 지속적으로 네트워크에 접속할 수 있다. 오늘날 대부분의 무선랜 기술은 IEEE 802.11 표준에 기반하고 있으며, 와이파이라는 마케팅 네임으로 잘 알려져 있다. 무선랜은 한때 미국 국방부에 의해 LAWN(Local area wireless network)라고 불리기도 했다.

장점으로는 가정이나 사무실에서 무선 네트워크 장비가 있는 곳이라면 무선 네트워크를 쉽게 사용할 수 있는 편의성을 지니고 있고 일반 노동 환경 밖에서도 인터넷에 접속할 수 있다. 커피숍과 같은 공공 장소에서 무선 인터넷 접속을 적은 비용으로 할 수 있는 휴대성을 지니고 있다. 또한 장소를 옮겨 다니며 원하는 네트워크의 접속을 유지할 수 있다. 확장성에 용이하다. 무선 네트워크는 기존의 장비를 사용하여 수 많은 고객을 받아들일 수 있다.

단점으로는 지원 범위의 한정적이다. 일반적으로 쓰이는 802.11g 네트워크는 수십 미터의 거리를 지원한다. 일반 가정의 규모가 큰 경우 이러한 거리는 충분하지 못할 수 있다. 범위를 넓히려면 리피터나 추가적인 액세스 포인트 구매가 필요하다. 또한 보안에 취약하다. 무선랜은 라디오 주파수를 사용하여 컴퓨터에 네트워크를 제공한다. 공간과 비용을 위해 최종 컴퓨터에 설치되어 있는 무선 랜카드의 성능은 대체적으로 좋지 않다. 신호를 어느 정도 잡기 위해, 무선랜 수신 장치는 사당히 많은 양의 전력을 사용할 수 있다. 다시 말해, 무선랜 선능이 좋지 않은 주변 컴퓨터가 무선 패킷을 가로챌 수 있을 뿐 아니라, 좋은 품질에 적은 돈을 소비하려는 사용자가 눈에 잘 띄는 곳에서 패킷을 가져갈 수 있다. 대부분의 무선 네트워크는 일반적인 유선 네트워크에 비해 속도가 느리다.

동향

IEEE 802.11의 최대 전송 속도는 불과 2Mbps였으며, 1999년 09월에 제정된 802.11b는 11Mbps, 2003년 06월에 제정된 802.11g도 54Mbps 정도였다. 그러다 10여년이 지나 2009년 09월에 제정된 802.11n에서 600Mbps로 고속화가 진행되고, 2013년에 등장한 802.11ac에서는 6.9Gbps로 단박에 기가 시대에 진입하였다. 무선랜의 속도 향상은 앞으로도 지속되어, 2020년에 표준화가 완료될 예정인 차세대 규격 IEEE 802.11ax는 9.6Gbps로 802.11ac에 비해 1.4배 빠르고 무선랜의 첫 번째 규격과 비교해 보면 20년 동안 약 5,000배 이상 빨라진 셈이다. 현재 무선랜은 모바일 데이터 서비스 이용에 중요한 역할을 하고 있으며, 4G에서도 속도와 용량 면에서 무선랜은 이용자들에게 셀룰러 네트워크 못지않은 가치를 제공하고 있다. 이러한 상황은 5G에서는 조금 달라질 수 있는데, 4G보다 약 20배 정도 속도가 빨라질 것으로 예상되는 5G 보급이 안정화된다면 굳이 지금처럼 무선랜을 우선하여 데이터 서비스를 이용하는 것이 오히려 사용자 경험을 해칠 수 있다. 5G와 차세대 무선랜 기술이 끊김없이 상호 연동되고 대용량 콘텐츠에 기반을 둔 스마트 서비스를 자연스럽게 구현 가능한 시대가 된다면, 우리의 모바일 라이프와 비즈니스는 또 한번 질적 도약을 맞이할 것으로 예상된다.

참고 자료

• 〈LAN 의 특징과 각종방식〉, 《한아시스템》
• 〈네트워크(Network) 란?〉, 《지수정보통신》
• 〈Local area network〉, 《위키피디아》
• 〈연선 케이블〉, 《나무위키》, 2019-08-14
• 운영자, 〈Repeater : 리피터 란?〉, 2003-12-16
• raoooon, 〈(e-koreatech/네트워크기초)04. 근거리 통신망(LAN)〉, 2017-08-09
• 〈최신 ICT 이슈〉, 《정보통신기술진흥센터》
• 〈무선랜〉, 《위키백과》