WAN 통신망의 교환 방식과 프로토콜, 토폴로지

넓게 흩어진 네트워크를 연결하는 WAN

WAN(Wide Area Network)은 지리적으로 떨어진 네트워크를 하나의 통신망으로 연결하는 기술이다. 제한된 지역에서 고속 통신을 제공하는 LAN(Local Area Network)과 달리, WAN은 도시와 국가, 대륙 사이의 장거리 통신을 대상으로 한다.

통신 범위가 넓어질수록 여러 통신 프로토콜과 물리적 구성 방식을 고려해야 한다. WAN은 통신사업자가 서비스 형태로 제공하는 경우가 많으며, LAN과 비교하면 데이터 전송 속도가 상대적으로 낮다.

경로를 확보할지, 패킷을 나눠 보낼지

WAN의 전송 방식은 회선교환과 패킷교환으로 구분할 수 있다. 두 방식의 차이는 연결을 다루는 방식과 지연 특성에 있다.

회선교환은 통신 전에 전용 경로를 만든다

회선교환(Circuit Switching)은 통신이 시작되기 전에 물리적 경로를 설정하고, 그 경로를 통신 중 독점적으로 사용하는 방식이다. 음성 통화처럼 실시간성이 필요한 서비스에 적합하다.

PPP(Point-to-Point Protocol)와 SLIP(Serial Line Internet Protocol)이 대표 프로토콜이며, 지연시간이 일정하고 대역폭을 보장할 수 있다. 대신 연결을 설정하는 시간이 필요하다.

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패킷교환은 전송 자원을 공유한다

패킷교환(Packet Switching)은 데이터를 패킷 단위로 분할한 뒤 개별적으로 전송한다. 네트워크 자원을 효율적으로 활용할 수 있으며, X.25와 Frame Relay가 대표적이다.

대역폭을 유연하게 활용할 수 있는 반면, 패킷의 전송 경로와 상황에 따라 지연시간은 달라질 수 있다.

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WAN 교환 기술에서 보는 제어 방식의 차이

X.25

X.25는 1976년 ITU-T 표준으로 제정된 최초의 표준화 패킷교환 프로토콜이다. 물리계층, 링크계층, 패킷계층의 3계층 구조를 가지며, 저속 아날로그 회선 환경에서 오류 검출과 복구를 강화하는 데 초점을 두었다.

종단 간 오류 제어와 흐름 제어를 제공하고, 가상 회선(Virtual Circuit) 방식을 사용한다. 최대 패킷 크기는 128바이트다. 현재는 낮은 효율성으로 사용이 감소했다.

프레임 릴레이

프레임 릴레이(Frame Relay)는 X.25의 단점을 보완하기 위해 개발된 고속 패킷 교환 기술이다. LAN 간 고속 통신에 적합하며, 오류 제어를 간소화해 처리 속도를 높였다.

가상 회선 기반으로 연결하며, CIR(Committed Information Rate)을 도입했다. 혼잡 제어에는 FECN(Forward Explicit Congestion Notification)과 BECN(Backward Explicit Congestion Notification)을 사용하고, DE(Discard Eligibility) 비트로 우선순위를 관리한다.

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ATM

ATM(Asynchronous Transfer Mode)은 회선교환의 실시간성과 패킷교환의 유연성을 결합한 하이브리드 기술이다. 고정 크기 셀을 사용해 처리 효율성을 높이고, QoS(Quality of Service) 보장 기능을 내장한다.

ATM 셀은 53바이트로, 헤더 5바이트와 데이터 48바이트로 구성된다. 비동기식 시분할 다중화(ATDM) 방식을 사용하며 CBR, VBR, ABR, UBR 등의 서비스 클래스를 지원한다. 가상 경로(VP)와 가상 채널(VC)도 핵심 개념이다.

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전용선 연결에 사용되는 데이터 링크 프로토콜

HDLC

HDLC(High-level Data Link Control)는 ISO에서 표준화한 비트 지향 데이터 링크 제어 프로토콜이다. 전용선에서 효율적인 데이터 전송을 위해 쓰이며 점대점과 다중점 연결을 모두 지원한다.

비트 스터핑(Bit Stuffing) 기법을 사용한다. 프레임은 플래그(8비트), 주소(8비트), 제어(8 또는 16비트), 데이터, FCS(16 또는 32비트), 플래그(8비트)로 구성된다. 운영 모드는 NRM(Normal Response Mode), ARM(Asynchronous Response Mode), ABM(Asynchronous Balanced Mode) 3가지다.

PPP

PPP(Point-to-Point Protocol)는 회선교환 환경에서 점대점 연결을 제공하는 프로토콜로, 인터넷 접속에 널리 사용된다. IP, IPX, AppleTalk 등 다양한 네트워크 프로토콜을 지원한다.

LCP(Link Control Protocol)는 링크의 설정·유지·종료를 담당하고, NCP(Network Control Protocol)는 여러 네트워크 계층 프로토콜을 지원한다. PAP와 CHAP 인증을 제공하며 데이터 압축과 암호화 기능도 포함한다.

SLIP

SLIP(Serial Line Internet Protocol)은 초기 시리얼 라인을 통해 인터넷에 연결하기 위해 사용된 간단한 프로토콜이다. 최소한의 오버헤드로 IP 패킷을 전송하지만, 현재는 PPP로 대체됐다.

프레임의 시작과 끝에 특수 문자를 사용하는 단순한 구조이며, 오류 검출·수정과 헤더 압축 기능은 없다. IP 프로토콜만 지원한다.

망 구성 방식이 바꾸는 장애와 관리 범위

성형(Star) 토폴로지는 중앙 노드를 중심으로 방사형으로 구성한다. 관리와 장애 격리는 쉽지만, 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크가 마비될 수 있다.

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링형(Ring) 토폴로지는 각 노드가 인접한 두 노드와 연결되는 원형 구조다. 대역폭을 균등하게 사용하고 설치 비용을 줄일 수 있지만, 한 지점의 장애가 전체 네트워크에 영향을 줄 수 있다.

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메시(Mesh) 토폴로지는 모든 노드를 직접 연결한다. 대체 경로가 많아 신뢰성이 높지만, 구축 비용이 높고 관리가 복잡해진다.

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버스(Bus) 토폴로지는 하나의 중앙 케이블에 모든 노드를 연결한다. 설치가 간단하고 비용 효율적이지만, 확장성이 제한되고 트래픽 병목이 발생할 수 있다.

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하이브리드(Hybrid) 토폴로지는 둘 이상의 토폴로지를 결합한다. 각 방식의 장점을 활용할 수 있는 대신 설계와 관리의 복잡성은 커진다.

소프트웨어, 이동통신, 클라우드로 확장되는 WAN

SD-WAN(Software-Defined WAN)은 소프트웨어 정의 네트워킹 개념을 WAN에 적용한 방식이다. 중앙 집중식 관리와 자동화된 트래픽 라우팅을 제공하며, 클라우드 서비스와의 통합에 활용된다. MPLS, 인터넷, LTE 등 여러 전송 매체를 함께 사용할 수 있다.

5G WAN은 5G 이동통신 기술로 WAN을 구현한다. 고속·저지연·대용량 연결을 제공하며, 기업 지사 연결과 IoT 지원에 적합하다. 기존 유선 WAN을 보완하거나 대체하는 역할을 한다.

클라우드 기반 WAN은 클라우드 서비스 제공업체의 네트워크 인프라를 활용한다. 전통적인 WAN 장비 투자를 최소화하면서 글로벌 연결성과 확장성을 높이고, 보안 및 관리 기능을 통합할 수 있다.

WAN은 X.25, 프레임 릴레이, ATM을 거쳐 SD-WAN으로 이어지며 네트워크의 확장성·신뢰성·효율성을 개선해 왔다. 조직은 통신 요구사항과 운영 조건에 맞춰 교환 방식, 프로토콜, 토폴로지를 선택해 글로벌 네트워크를 구성할 수 있다.