네트워크상의 통신 채널 할당 기법

2.4  네트워크상의 통신 채널 할당 기법

2.4.1 공간 분할 다중화 (SDM : Space division Multiplexing)
여러 개의 물리적인 채널을 모아서 하나의 채널로 만들어 각각의 단말에 고정된 채널을 할당하는 방식이다.  SDM 방식은 전성
회선의 용량에 극히 일부분만을 사용하므로 비효율적인 방식이다.

2.4.2 주파수 분할 다중화 (FDM : Frequency Division Multiplexing)
하나의 물리적인 전송 매체를 사용 가능한 Bandwidth를 작고 많은 독립적 채널로 분할하여 가 Sub-Channel을 서로 다른 채널처럼 사용하는 방식이다.  다수의 가입자가 하나의 전화선을 동시에 이용 가능하지만 원래의 신호 즉 Baseband Signal로 보낼 수 없고 반드시 반송파 (Carrier Signal)에 실어 보내야 하기 때문에 신호는 반드시 아날로그 신호이어야 한다.

2.4.3 시분할 다중화 (TDM : Time Division Multiplexing)
하나의 채널에 여러 대의 노드가 연결되어 있을 때, 각각의 노드에 시간을 할당하고 시간 동안에만 메시지 또는 메시지의 일부분을 보내는 방식이다.  FDM 방식은 다중 신호가 동시에 병렬로 보내지는 반면 TDM은 신호가 시간에 의해 순차적으로 보내지면서 한 채널을 공유하지 않고 독점적으로 이용한다.  TDM은 아날로그와 디지털 신호 모두를 사용할 수 있다.

2.4.4 통계적 시분할 다중화 (STDM : Statistical Time Division Multiplexing)
통계 시분할 다중화는 Channel Allocation 기법의 TDM의 변형으로 연결된 장치들이 항시 계속해서 전송하는 것이 아니라는 점을 이용한 방식이다.  동기 시분할 멀티플렉서에서는 많은 타임슬롯들이 낭비된다.  다수 터미널을 하나의 공유 컴퓨터 Port에 연결할 때는 대개 동기 TDM을 사용한다.  모든 터미널이 활발히 움직인다해도 대부분의 시간 동안 데이터 전달은 없다.  따라서 비동기 TDM 및 지능TDM 이라고도 하는 통계 STDM을 사용하게 되었고 이는 곧 ATM을 구현케 하였다.

2.5  네트워크 엑세스 방식

2.5.1 CSMA/CD
이 방식은 채널을 사용할 때 우선 다른 사용자가 채널을 이용하는지의 여부를 감청한 다음 사용하는 방법으로 경쟁에 의해 채널 사용권을 얻는다. Carrier Sense는 채널을 사용하기에 앞서 다른 노드가 현재 채널을 사용 중인지를 조사하는 것이다.

이때 채널이 비어 있으며 각 노드 중 원하는 노드는 누구라도 채널을 사용 할 수 있다. 이를 Multiple Access 라고 한다. 각 노드는 메시지를 보낸 직후에 충돌 여부를 항상 알아봐야 하는데 이를 Collision Detection 이라 한다.

CSMA/CD는 버스형 LAN에 사용되는 방식으로 '경쟁적 회선 쟁탈 방식'이라 하기도 한다. CSMA 방식에 의한 충돌을 회피하기 위해 송신측은 패킷을 전송한 다음 채널에서 충돌을 계속 감시하여 충돌이 감지되면 충돌 사실을 모든 노드에게 알리고, 재전송을 시도하는 방법으로 이더넷에서 사용한다. IEEE의 규격으로는 802.3에 해당한다.

  ● 동작 원리

    + 모든 노드들이 통신할 데이터가 있으면 먼저 공유 버스에 데이터가 흐르고 있는지를 검사한다.(Carrier Sensing 과정)

    + 데이터가 흐르고 있으면, 불규칙한 시간동안 기다린 후에 다시 검사를 한다.

    + 공유 버스에 데이터가 흐르지 않을 때 노드들은 버스에 데이터를 보낸다.(Multiple Access과정)

    + 만일 같은 시간에 데이터를 보낸 노드가 둘 이상이 있을 경우 데이터의 충돌이 발생하고 이를 감지한 노드는 충돌 신호를
       발생시킨다.(Collision Detection)

    + 충돌신호를 받은 노드들은 불규칙한 시간을 보낸 후 다시 검사를 시작한다.

Figure 2.13 CSMA / CD

  ● CSMA / CD 의 특징

    + 버스에 연결된 모든 노드의 통신량이 적을 때는 채널 이용률이 높다.

    + 각 노드가 수동적으로 동작하기 때문에 노드의 장애가 전체 네트워크에 영향을 미치지 않는다.

    + 장애 발생 시 처리가 간단하다.

    + 노드의 증설과 삭제가 용이하다.

2-5-2. TOKEN PASSING
접속되어 있는 노드들 사이를 토큰이라 불리는 패킷이 순환하는 동안, 자신이 전송을 하고자 할 때 이 토큰을 취득하여 전송을 한 후 전송이 완료되면 토큰을 반납하는 방식이다. 

이 방식은 토큰 링 과 토큰 버스의 형태를 제공한다.

1. Token Ring
토큰링(Token Ring) 방식은 링형 LAN에 사용되는 형태로 링을 따라 순환하는 토큰 패킷을 이용하는 방법이다. 송신억세스가 제어되기 때문에 송신권한 확보가 모든 노드에 공평한 것이 특징이며, IEEE의 802.5 규격이 이에 해당한다.

이 방식은 경쟁에 의한 방식에서 발생되는 충돌 현상은 발생되지 않지만 자신에게 토큰이 올 때까지 기다려야 하고 토큰이 유실되었을 때는 노드들이 무한히 기다리는 단점도 있다.

  ● Token Ring 의 동작 원리

    + 토큰이 링을 따라 순환한다.

    + 데이터를 전송하고자 하는 스테이션은 토큰이 자기 위치에 오면 토큰 확보 후 전송을 한다.

    + 토큰이 전송되고 나면 토큰을 내놓는다.

  ● Token Ring의 특징
    + 억세스 시간이 보장된다.

    + 주소에 대한 정보가 필요 없다.

    + CSMA/CD에 비해 높은 부하에서도 안정되게 동작된다.

    + 일부 노드 및 통신회선의 장애가 전체 네트워크에 영향을 미친다.

    + 임의의 길이를 갖는 데이터를 안정되게 동작시킬 수 있다.

Figure 2.14 Token Ring

 

2. Token bus
토큰버스(Token Bus) 방식도 버스형 LAN에 사용되는데, 네트워크에서 통신회선에 대한 제어신호가 논리적으로 형성된 링 상의 각 노드간을 옮겨가면서 데이터를 전송하는 방식이다. 억세스 권한이 모든 노드에 공평하게 주어지고, 논리적 링 구축 시 더미(Dummy) 터미널에게는 토큰 사용을 제어시키고, 데이터 전송 요구가 많은 단말에게는 토큰 사용권을 더 줄 수 있어 효율적인 네트워크를 구성할 수 있다.

  ● Token Bus 의 동작원리

   + 논리적인 링을 형성한다.

   + 토큰이 논리적 링을 따라 순환한다.

   + 데이터를 전송하고자 하는 스테이션은 토큰을 확보한 후 전송한다.

   + 데이터를 전송한 후 토큰을 다음 스테이션에 전송

  ●Token Bus 의 특성

   + 링의 고속성과 버스 방식의 확장 용이성을 함께 갖는다.

   + CSMA/CD에 비해 전송이 진행되면 감시할 필요가 없다.

   + 전송 데이터량이 클 경우에 적합하다.