[네트워크] Day 9
인터넷
ADSL 모뎀에서 전기 신호로 변환된 셀은 스플리터라는 장치로 들어가고, ADSL 신호는 여기서 음성 신호와 섞여 전화 회선에 함께 흘러나간다.
스플리터는 전화 회선에서 신호가 들어온 경우, 전화 음성 신호와 ADSL의 신호를 나누는 역할을 한다.
ADSL의 높은 주파수를 차단하여 전화기에는 전화 신호가 흐르게, ADSL 모뎀에는 원래 신호가 그대로 흐르게끔 한다.
ADSL 모뎀 내부에는 사용 주파수 범위 외의 주파수는 차단하기 때문에, 음성 신호를 미리 스플리터가 차단할 필요가 없다.
전화 케이블을 통해 전화국에 도착한 신호가 배선반과 스플리터를 통과하여 DSLAM에 도착하면 전기 신호가 디지털 데이터의 셀로 복원된다.
DSLAM이 신호의 파형을 읽어 진폭과 위상을 조사하고, 이것이 어느 비트 값에 대응하는지 판단하여 디지털 데이터로 복원한다.
이 동작은 사용자측에 있는 ADSL 모뎀의 수신 동작과 같아 전화국측에 여러 대의 ADSL 모뎀을 설치해도 가능하다.
그러나 여러 대의 ADSL 모뎀을 설치하는 것은 공간 상의 문제와 동작 감시가 어렵다는 문제로 인해
전화국 측에서는 다수의 ADSL 모뎀의 기능을 하나로 묶은 DSLAM이라는 장치를 사용한다.
ADSL 모뎀이 이더넷 인터페이스를 가지고 있고 사용자측의 라우터나 PC와 대화할 때 이더넷 패킷 형태로 송수신 하는 것과 달리,
DSLAM은 이더넷 대신 ATM 인터페이스를 가지며 패킷을 분할한 셀 형태 그대로 송수신한다.
DSLAM을 나온 셀은 BAS라는 패킷 중계 장치에 도달한다. BAS 또한 DSLAM과 같이 ATM 인터페이스가 있고, 여기에서 셀을 수신한다.
ATM 인터페이스는 수신한 셀을 원래의 패킷으로 복원하는 기능이 있어 원래 패킷으로 복원되며 BAS 수신 동작이 종료된다.
이 후 수신한 패킷의 맨 앞부분에 있는 MAC 헤더와 PPPoE 헤더를 버리고 PPP 헤더 이후의 부분을 추출한다.
MAC 헤더나 PPPoE 헤더는 BAS의 인터페이스에 패킷을 건네주기 위해 사용하므로
인터페이스가 패킷을 수신한 시점에서 두 헤더의 역할을 끝나므로 소멸시킨다.
이더넷 인터페이스를 가진 라우터는 패킷을 수신하면 MAC 헤더를 제거하고, 터널링용 헤더를 붙여 터널링용 라우터에 중계한다.
이후 터널링용 헤더를 분리하고 IP 패킷을 추출하여 인터넷 내부에 중계한다.
광섬유
ADSL 액세스 회선 외에도 FTTH라는 액세스 회선이 사용되는데, FTTH의 요점은 광섬유를 사용한다는 것이다.
광섬유의 내부는 등이 켜진 밝은 상태가 디지털 데이터의 1, 어두운 상태가 0을 나타내는 형태이다.
디지털 신호를 광신호로 전환하기 위해선 우선 디지털 신호를 전기 신호로 변환한 뒤, 전기 신호를 광신호로 변환한다.
이 때 전기 신호는 1을 높은 전압으로, 0을 낮은 전압으로 나타내는 것을 의미한다. 이 전기 신호를 광원에 입력하면
전압이 높으면 밝아지고, 전압이 낮으면 어두워짐으로써 신호를 나타낸다.
광섬유 속에 빛이 진행할 때 우선 코어 부분에 여러 각도의 빛이 들어간다.
입사각에 따라 코어에 들어가지 못하고 코어 밖 클래드 부분으로 나가게 된다.
코어 안에 들어간 빛 중 코어와 클래드의 경계면에서 반사할 때마다 위상차가 생기며,
위상차가 생기는 경우 빛이 서로 상쇄되어 도중에 소멸되고, 위상차가 발생하지 않는 경우 광섬유 속을 계속해서 진행한다.
광섬유에 입사하는 빛 중 위상이 같은 각도로 입사된 소수의 빛만이 멀리 도달하고, 코어 직경은 이를 고려하여
결정되어있으며 코어 직경에 따라 가는 것은 싱글모드, 굵은 것은 멀티모드로 나뉜다.
멀티모드 광섬유는 그 속에 복수의 빛이 흘러 빛의 양이 많고, 광원이나 수광 소자의 성능이 비교적 낮은 것이라도 상관없어 가격을 줄일 수 있고,
싱글모드는 코어 속을 진행하는 빛이 흘러 빛의 양이 적어지는만큼 광원이나 수광 소자의 성능이 높아야 하지만 신호의 변형이 적다.
ADSL 대신 광섬유를 사용하여 사용자측의 인터넷 접속용 라우터와 인터넷 측의 BAS를 접속하는 것이 FTTH 액세스 회선이다.
FTTH 액세스 회선은 두 가지 형태로 나눌수 있는데, 하나는 한 개의 광섬유로 사용자측과 가장 가까운 전화극측을 연결하는 유형이다.
이 유형은 사용자측에 설치된 미디어 컨버터라는 장치에서 이더넷의 전기 신호를 광신호로 변환하고
ADSL처럼 셀에 저장하지 않고 이더넷의 패킷을 그대로 광신호로 변환한다. 그리고 광신호는 미디어 컨버터에 연결된 광섬유 속으로 흐른다.
FTTH는 싱글모드의 광섬유를 사용하므로 코어 속을 특정 각도로 반사하면서 광신호가 흘러간다.
그리고 집합형 미디어 컨버터에서 전기 신호로 복원되어 BAS의 포트가 수신하고 인터넷의 내부로 패킷을 중계한다.
패킷이 인터넷에 전달되면 응답 패킷이 돌아오고, 이 광신호도 같은 광섬유를 통해 사용자측에 전달된다.
이 때 인터넷측을 향해 오는 광신호와 응답 패킷을 사용자측에 전달하기 위해 보내지는 광신호는 광섬유 속에서 혼합되는데,
파장이 다른 빛은 혼합되어도 프리즘의 원리를 통해 분리가 가능하다.
이처럼 한 개의 광섬유를 사용하여 파장이 서로 다른 복수의 광신호를 흘리는 것을 파장 다중이라 한다.
FTTH 액세스 회선의 또 다른 형태는 사용자 부근의 전주에 광스플리터라는 분기 장치를 설치하고, 광섬유를 분기시켜
복수의 사용자를 연결하는 유형이다.
이 경우 미디어 컨버터 대신 ONU 장치를 사용자 측에 설치하고 이더넷 신호를 광신호로 변환하여 BAS 바로 앞에 있는 OLT 장치로 흘러가는 형태이다.
이 경우 복수의 사용자가 동시에 패킷 송신 동작 실행 시 광스플리터 부분에서 패킷의 광신호가 충돌하게 된다.
이러한 충돌 방지를 위해 OLT와 ONU에는 패킷의 충돌 방지를 위해 타이밍을 조정하는 기능이 포함되어 있다.
OLT가 송신 타이밍을 조정하여 ONU에 송신 지시를 내리고, 그 지시에 따라 ONU가 송신 동작을 실행한다.
또한 반대로 BAS측에서 사용자 측으로 신호를 보낼떄 수신처 이외의 부분에서 신호가 흘러 정보 누설 가능성이 발생하므로
패킷의 맨 앞 부분에 각각의 ONU를 식별하는 정보를 부가하여 자신에게 해당되는 경우에만 ONU가 광신호를 수신하여 이더넷의 신호로 변환한다.
액세스 회선이 ADSL이나 FTTH로 진화한 것처럼, 액세스 회선을 연결하는 라우터 또한 진화했으며 이것이 BAS이다.
BAS는 본인 확인과 설정값 통지 기능이 있다. ADSL이나 FTTH의 액세스 회선은 최초에 사용자명과 패스워드를 입력하여
로그인 동작을 실행하지 않으면 인터넷에 액세스할 수 없고, 이 떄 BAS는 로그인 동작의 창구 역할을 한다.
BAS는 이 역할을 위해 PPPoE라는 다이얼업 접속으로 이용하는 PPP의 발전된 형태를 사용한다.
전화 회선이나 ISDN을 사용하여 인터넷에 다이얼업 방식으로 접속할 때 PPP의 동작은 다음과 같다
우선 프로바이더의 액세스 포인트에 전화를 걸고 연결되면 로그인 조작을 한다.
이 때 입력하는 사용자명과 패스워드는 RADIUS 프로토콜을 사용하여 RAS에서 본인 확인용 인증 서버에 전송되고 검사받는다.
정확한 정보인 경우 인증 서버에서 IP 주소 등의 설정 정보가 반송되고 이 정보를 사용자측에 전달한다.
사용자의 PC는 이 정보에 따라 IP 주소 등을 설정하고, TCP/IP 패킷을 송수신할 준비가 된다.
인터넷에 접속할 때 PC에는 글로벌 주소가 설정되어야 하고, 이 값은 고정된 값으로 결정할 수 없다.
다이얼업 접속은 전화번호에 따라 액세스 포인트 전환이 가능하고, 그에 따라 주소가 달라지므로 사전에 PC 주소를 고정할 수 없다.
그렇기 때문에 접속되었을 때 인터넷 측에서 PC에 TCP/IP 설정 정보를 통지하고, 그 중 포함된 글로벌 주소를 PC에 설정한다.
ADSL이나 FTTH도 PC에 글로벌 주소를 설정하지 않으면 인터넷에 접속할 수 없고, 이는 다이얼업 접속과 같다.
ADSL이나 FTTH는 본인 확인이 필요가 없어 PPP 구조 전부가 필요한 것은 아니지만,
사용자명과 패스워드 입력하는 동작을 남겨두면 사용자명에 따라 프로바이더를 전환할 수 있어 편리하기 떄문에
ADSL이나 FTTH에도 PPP의 구조를 사용한다.
PPP 메시지를 그대로 신호로 변환하여 송신할 수 없으므로, 프리앰블이나 fCS 및 신호에 대한 정보와 PPP 메시지를
저장할 방법이 필요하고, 이를 위해 HDLC 프로토콜의 사양을 차용했다.
HDLC 프로토콜은 전용선이라는 통신 회선을 사용하여 패킷을 운반하기 위해 만들어졌으므로
다이얼업 접속에서는 이 사양을 일부 수정하여 사용한다.
ADSL이나 FTTH는 HDLC 대신 이더넷 패킷을 그릇으로 사용한다. 이더넷은 PPP와는 개념이 다른 부분이 있어
이 격차를 메울 사양을 만들었고, 이 사양을 PPPoE라고 한다.
Today 확인 질문
1. FTTH 액세스 회선의 두 가지 유형이 어떤게 있나요?
: 한 개의 광섬유로 사용자측과 가장 가까운 전화국측을 접속하는 유형과,
사용자 부근 앞에 광스플리터 분기 장치를 설치하여 복수의 사용자를 연결하는 유형이 있습니다.
References
성공과 실패를 결정하는 1%의 네트워크 원리