요약

여러 기기가 선 하나를 함께 붙잡고 쓰는 연결이다. 한 강의실에서 한 사람이 말하면 모두가 듣는 것과 같다. 선은 하나면 된다. 대신 두 기기가 동시에 보내면 신호가 섞여 둘 다 못 쓰게 된다(동시성 문제).

예시로 보기

강의실에서 한 사람이 말하면 모두 듣는다. 특정인에게 말하려면 이름을 부른다. 두 사람이 동시에 말하면 둘 다 알아듣기 어렵다.

[A]   [B]   [C]   [D]
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─┴─────┴─────┴─────┴─   ← 공유 매체 (링크 1개)

네트워크로 옮기면 강의실 공기가 모두 함께 쓰는 선(공유 매체), 사람이 노드, 이름이 주소다. 두 사람이 동시에 말하는 것은 충돌이라 부른다. 비유가 맞지 않는 곳도 있다. 사람은 말이 겹쳐도 조금은 알아듣지만, 여기서는 신호가 겹치면 둘 다 못 쓴다고 본다.

노드 \(n\)개를 잇는 두 방법을 비교하면 다음과 같다.

  완전 연결 (점대점) 다중 접근 버스
링크 수 \(n(n-1)/2\) 1
노드당 연결 포트 \(n-1\)개 매체에 붙는 지점 1개
동시에 보낼 수 있는 쌍 여러 쌍 한 번에 하나 (단순 충돌 모델)
받을 쪽 지정 필요 없음 (끝점이 둘뿐) 필요함 (모두에게 닿으므로)

정확히 말하면

정의

아래 두 조건을 모두 갖춘 링크를 다중 접근 링크라 한다.

  1. 노드가 2개 이상 붙어 있고, 붙는 노드 수가 처음부터 둘로 정해져 있지 않다.
  2. 붙은 노드 하나가 보내면, 그 신호가 붙어 있는 모든 노드에 닿는다.

충돌은 가장 단순하게 이렇게 본다(단순 충돌 모델): 서로 다른 두 노드가 보내는 시간이 조금이라도 겹치면, 두 전송 모두 제대로 받지 못한다1.

기호로 쓰면. 링크 \(e\)에 붙은 노드 집합을 \(V_e\)라 하자. \(e\)가 다중 접근 링크라는 것은 (1) \(\vert V_e\vert \ge 2\)(붙은 노드가 2개 이상)이고 붙은 노드 수가 설계상 둘로 정해져 있지 않으며, (2) 어떤 \(v \in V_e\)(붙은 노드 하나)가 전송하면 그 신호가 \(V_e\)의 모든 노드에 닿는다는 뜻이다.

조건 2가 핵심이다. 모두에게 닿으니 선이 하나로 줄어든다. 그런데 바로 그 때문에 두 가지가 필요해진다. 누구에게 보내는지 가리키는 주소, 그리고 동시에 보내지 않게 하는 규칙이다.

그럼 받을 쪽이 아닌 기기에도 신호가 닿을 텐데, 그 기기는 어떻게 할까? 신호를 받아 주소를 보고, 자기 것이 아니면 버린다2.

예제

  • 다중 접근 링크인 것: 여러 노드가 버스 하나에 붙은 multiple access 네트워크, 초기 이더넷의 동축 케이블 버스, 같은 무선 채널을 쓰는 와이파이 기기들3
  • 아닌 것: 점대점 링크(끝점이 둘로 정해짐), 오늘날의 스위치 이더넷(기기마다 스위치와 점대점으로 이어지고 스위치가 중계함)3

활용

  • 점대점 완전 연결의 링크 폭증을 푼다. 대신 동시성 문제가 생긴다.
  • 누가 언제 보낼지 정하는 규칙을 매체 접근 제어(MAC)라 한다. 이더넷의 CSMA/CD, 와이파이의 CSMA/CA가 예다3.

연결

자주 하는 오해

“기기 여럿이 한 줄에 연결되니 간접 연결이다”

틀렸다. 여러 기기가 무언가 공통된 것을 거쳐 이어진 것처럼 보여서 그렇게 생각하기 쉽다. 실제로 기기들이 붙어 있는 것은 매체(선)일 뿐이다. 데이터를 받아 다시 보내 주는 중계 노드가 없으므로 직접 링크다. 다중 접근은 직접 링크의 한 종류이고, 스위치는 간접 연결에서만 나온다.

확인 문제

C1 다중 접근 링크를 정의하고, 이것이 해결하는 문제와 새로 만드는 문제를 하나씩 쓰라.

답: 여러 기기가 공유 매체 하나에 직접 붙어, 한 기기의 전송이 붙은 모두에게 닿는 링크다. 해결: 점대점 완전 연결의 링크 수 폭증(\(n(n-1)/2\) → 1). 새 문제: 동시에 보내면 신호가 섞이는 동시성(충돌) 문제.

C2 기기가 여럿 붙어 있는데도 다중 접근 링크를 “직접” 링크라고 부르는 이유는?

답: 기기들 사이에 데이터를 받아 다시 보내 주는 중계 노드(스위치)가 없고, 모두 매체에 직접 붙어 있기 때문이다.
흔한 오답: “선 하나로 연결되어 있어서”. 선의 개수가 아니라 중계 노드가 있는지가 기준이다.

C3 노드 10개를 (a) 완전 연결 (b) 다중 접근 버스로 이을 때 링크 수와, 서로 다른 두 쌍이 동시에 통신할 수 있는지를 비교하라.

답: (a) 링크 45개. 쌍마다 링크가 따로 있어 여러 쌍이 동시에 통신할 수 있다. (b) 링크 1개. 단순 충돌 모델에서는 한 번에 한 노드만 보낼 수 있다.

검증: C3의 45 — 01_point-to-point-link_verify.py

  1. 실제 매체에서는 신호 세기에 따라 한쪽이 수신되기도 하지만, 입문 모델은 둘 다 잃는다고 본다. ↩

  2. 이더넷 같은 공유 매체 LAN의 일반 동작이다(Peterson & Davie, Computer Networks: A Systems Approach, 2장). ↩

  3. Peterson & Davie, Computer Networks: A Systems Approach, 2장(직접 연결 네트워크)의 내용이다. ↩ ↩2 ↩3