정보통신기사, 정보통신학과, 통신직 등 정보통신일반 요점 정리 54. 전송매체 접근 방식에 따른 분류

54. 전송매체 접근 방식에 따른 분류

 

근거리 통신망은 하나의 장비가 데이터를 전송하면 다른 모든 장비로 데이터가 전
송되는 브로드캐스트(Broadcast) 방식을 사용한다. 네트워크 채널을 동시에 사용하
려고 할 때 누가, 언제 사용하도록 하는가를 결정하는 것이 중요하다. 예를 들어, 회
의실에 여러 명의 사람이 있는데 한 사람이 다른 참석자들에게 말을 전하고 있을 때,
다른 사람이 중간에 동시에 말을 하면 제대로 이해하지 못하는 경우가 있다. 이처럼
채널 할당 문제를 해결하는 방법을 매체 접근 방식이라고 하며, CSMA/CD(Carrier
Sense Multiple Access/Collision Detection), CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/
Collision Avoidance), 토큰 링(Token Ring), 토큰 버스(Token Bus)로 나뉜다.

가. CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)
CSMA/CD는 모든 단말기들이 하나의 단일 채널을 공유하여 데이터를 송신하는
IEEE 802.3의 전송매체 접근 방식이다. IEEE 802.3에서 수신측은 수신한 프레임의 목
적지 주소가 자신의 주소와 일치하지 않으면 프레임을 무시하고, 일치할 때만 프레임
을 수신하기 때문에 모든 프레임은 기본적으로 브로드캐스팅(broadcasting)된다. 반
면 송신 시에는 단일 채널을 사용하기 때문에 채널이 비어 있어서 어떤 단말기가 송신
을 시작했는데 거의 동시에 또 다른 단말기도 송신을 시작했다면 충돌(Collision)이 발
생해서 데이터를 전송할 수 없게 된다는 문제점을 가진다. 이러한 문제점을 해결하기
위해 CSMA/CD는 전송하기 전에 전송매체를 검사하여 유휴 상태일 때, 데이터를 전
송하고 통신 중일 때에는 대기한다. 만약 전송 도중에 충돌이 감지되면 전송을 중단
하고 충돌신호를 전송한다. 그 다음 임의시간을 대기한 후 재전송을 시도한다. [그림
5-5]는 CSMA/CD의 동작 과정을 표현한 것이며, 그림에 대한 설명은 다음과 같다.
① 단말기 A는 채널 상태를 확인하고 채널이 비어 있으면 데이터 전송을 시작한다.
② 단말기 A의 프레임이 단말기 C에 도착하기 전에 단말기 C가 전송을 시작한다.
③ 단말기 C의 충돌을 감지하고 충돌신호를 모든 단말기에게 전송한다.
④ 단말기 A는 충돌 신호를 감지하고 전송을 중단한다.

CSMA/CD 방식은 통신량이 적을 때는 채널 이용률이 90% 이상으로 높은 반면, 통
신량이 많아지면 충돌횟수가 증가하면서 채널 이용률이 떨어지고 지연시간의 예측이
불가능하다는 단점을 가지고 있다. 즉, 실시간으로 전송해야 하는 환경이나 네트워
크를 운용하는 것을 감시하고 제어해야 하는 환경에서는 부적합하다. 그러나 채널 제
어방식이 각 장비에 완전히 분배되어 있어서 채널이 수동적으로 동작하므로, 한 개의
장비에 고장이 발생하더라도 다른 장비의 통신에 영향을 주지 않는다는 장점이 있다.
또한 통신 제어 기능이 단순하여 적은 비용으로도 네트워크를 구성할 수 있으며, 완
전한 분산시스템을 구성할 수 있다는 장점이 있다.

나. CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)
CSMA/CA는 무선(Wireless) LAN(WLAN)에서 사용되는 방식으로 채널의 반송파를
감지한 후 충돌이 일어나지 않도록 충돌을 회피하는 방식이다. 네트워크 상태를 점검
한 후 데이터를 전송하는 CSMA/CD 방식과는 달리 네트워크에 데이터의 전송이 없
는 경우라도 충돌을 대비하여 확인 신호를 전송하는 방식으로, 확인 신호가 충돌 없
이 전송된 것을 확인한 후에야 데이터를 전송한다. 네트워크가 복잡해지면 충돌 확인
신호의 속도가 느려지고 데이터의 전송도 지연되는 단점이 있다.

다. 토큰 링(Token Ring) 방식
CSMA/CD에서 모든 단말기들이 경쟁적으로 전송매체에 접근하는 것과는 달리 토
큰 링 방식은 전송매체에 접근하기 위해 토큰(Token)이라는 특정한 제어 프레임을 사
용한다. 토큰 링 방식은 채널이 휴지상태일 때도 토큰이 각 스테이션들을 원형으로
순차적으로 지나가며, 이때 전송할 데이터가 있는 단말기는 토큰이 자신에게 왔을 때
채널을 통해 데이터를 전송할 수 있게 된다. 이러한 토큰 링 방식의 매체 접근은 충돌
이 없으면서 최대 지연시간을 예측할 수 있는 장점을 가진다.
토큰 링 방식은 IEEE 802.5 규격으로 링형으로 연결되어 있는 토큰을 회전시키면서
전송채널을 공유하는 방식이다. 이 방식에서는 채널이 휴지상태일 때 프리(Free) 토큰
이 링을 한쪽 방향으로 돌고 있는데, 전송을 원하는 스테이션은 프리 토큰이 자신에
게 왔을 때 이를 비지(Busy) 토큰으로 바꾼 후, 전송할 데이터를 비지 토큰에 덧붙여
보내게 된다. 데이터를 수신 할 스테이션에서는 프레임을 복사하여 수신하고, 원래
의 프레임은 물리적인 링을 돌아 송신한 스테이션으로 돌아온다. 데이터를 송신한 스
테이션은 자신이 전송한 프레임이 다시 돌아오면 프리 토큰을 링으로 내보내어 다른
스테이션들이 전송 가능한 상태가 되도록 한다. [그림 5-7]은 토큰 링 방식의 데이터 전송 시나리오를 나타내는 것으로, 스테이션 B에서 스테이션 E로 데이터를 전송하는
경우의 예를 보이고 있다. 그림에서 (a)는 토큰이 링 상에서 순환하는 것을 나타내고
있다. 스테이션 B는 스테이션 E에게 데이터를 전송해야 하므로, (b)에서처럼 프리 토
큰이 자신에게 왔을 때 비지 토큰으로 바꾸고, 전송할 데이터를 비지 토큰 뒤에 붙여
서 링으로 내보낸다. 스테이션 E는 데이터가 도착하면, (c)에서와 같이 데이터 프레
임을 복사하여 수신하고 원본은 계속 링을 따라 전송되도록 한다. (d)에서와 같이 데
이터를 전송했던 스테이션 B로 원본 데이터 프레임의 앞부분이 돌아오면, 다른 스테
이션들이 데이터를 전송할 수 있도록 스테이션 B는 링 상으로 프리 토큰을 내보낸다.
토큰 링 방식은 각 노드마다 전송 기회가 균등하고, 전송 권한마다 정해진 대기 시
간이 있어 과부하가 걸려도 CSMA/CD보다 성능이 크게 떨어지지 않는다는 장점이
있다. 또한 데이터를 실시간으로 처리하여 전송할 수 있다. 단점은 토큰 링 운용 방
식이 복잡하며, 전송 데이터가 없는데도 토큰이 전송로에서 회전하여 낭비요소가 있
다는 점이다.

 

라. 토큰 버스(Token Bus) 방식
토큰 버스 방식은 IEEE 802.4 표준으로 토큰 링 방식과 CSMA/CD 방식을 결합한
형태이다. 즉, 물리적으로는 버스 형태이나 실제 동작은 링 형태와 유사하다. 예를
들어, [그림 5-8]처럼 논리적 링은 A-B-C-D-E로 구성된다. 이전 노드는 다음 노드
로 전송 권한을 부여하는 토큰을 순차적으로 전달하면서 작동하여 논리적 링을 구성
한다. 토큰을 획득한 노드는 데이터를 전송하기 시작하고, 더 전송할 데이터가 없거
나 일정 토큰 보유 시간이 지나면 다음 노드로 토큰을 넘겨준다. 그러므로 각 노드에
서는 토큰을 다음 노드로 전달하려면 이전 노드와 다음 노드가 무엇인지 알아야 한다.

토큰 버스 방식은 낮은 가격으로도 구성할 수 있고, 설치가 쉬운 편이다. 또한 토
큰 링처럼 토큰 회전 시간을 예측할 수 있어 실시간으로 처리할 수 있다. 단점은 노드
를 추가하거나 삭제하고, 오류를 처리하는 과정이 복잡하며, 통신량이 적을 경우에는
토큰을 전달하는 오버헤드가 상대적으로 커져 평균대기 시간이 길어진다는 것이다.