토큰 패싱

토큰 패싱 (Token Passing) 상세 설명

토큰 패싱은 **공유 매체(Shared Medium)**를 사용하는 네트워크 환경에서 여러 장치들이 동시에 데이터를 전송하려고 할 때 발생하는 **데이터 충돌(Collision)**을 방지하고 매체 접근을 효율적으로 제어하기 위한 네트워크 접근 방식(Media Access Method) 중 하나입니다.

특히 **링형(Ring Topology)** 네트워크나 **버스형(Bus Topology)** 네트워크에서 사용되었으며, 데이터 전송 권한을 가진 '토큰(Token)'이라는 특별한 프레임(또는 제어 정보)을 장치들이 순서대로 주고받는 방식으로 작동합니다.

토큰 패싱의 동작 방식

• 토큰의 순환: 네트워크 상에는 '토큰'이라는 작은 제어 정보 묶음이 존재합니다. 이 토큰은 네트워크에 연결된 장치들을 따라 미리 정해진 순서(예: 링을 따라 한 방향으로)대로 계속 순환합니다.
• 전송 권한 획득: 네트워크 상의 어떤 장치가 데이터를 전송하고 싶다면, 토큰이 자신에게 올 때까지 기다립니다. 토큰이 자신에게 오면 해당 장치는 토큰을 '잡아(Capture)' 전송 권한을 획득합니다. 네트워크 상에는 토큰이 하나만 존재하므로, 토큰을 잡은 장치만이 데이터를 전송할 수 있습니다.
• 데이터 전송: 토큰을 잡은 장치는 전송할 데이터를 데이터 프레임에 실어 네트워크 상으로 전송합니다. 데이터 프레임은 목적지 장치로 향하며, 링형에서는 일반적으로 모든 장치를 거치면서 전달될 수 있습니다.
• 토큰 반환 또는 재전송: 데이터 전송을 마친 장치는 새로운 토큰을 생성하여 다음 장치에게 넘겨주거나 (토큰 링의 초기 방식), 보낸 데이터 프레임이 링을 한 바퀴 돌아 자신에게 되돌아오면 토큰을 다시 네트워크에 내보내는 방식(토큰 링의 일반적인 방식)으로 전송 권한을 반환합니다.
• 다음 장치로 전달: 데이터를 전송할 필요가 없는 장치는 자신에게 온 토큰을 즉시 다음 장치에게 전달합니다.

이러한 방식을 통해 네트워크 상에는 항상 토큰이 하나만 존재하며, 토큰을 가진 장치만이 전송하므로 여러 장치가 동시에 전송을 시도하는 충돌 상황이 발생하지 않습니다.

토큰 패싱을 사용하는 주요 토폴로지 및 표준

• 토큰 링 (Token Ring):
  • IEEE 802.5 표준으로 정의되었습니다.
  • 물리적으로는 스타형으로 배선될 수 있으나, 논리적으로는 링형으로 동작합니다.
  • 토큰 패싱 방식을 사용하여 데이터 충돌 없이 매체 접근을 제어합니다.
  • 과거 IBM 시스템에서 널리 사용되었으나 현재는 이더넷에 밀려 거의 사용되지 않습니다.
• 토큰 버스 (Token Bus):
  • IEEE 802.4 표준으로 정의되었습니다.
  • 물리적으로는 버스형으로 배선되지만, 논리적으로는 토큰 패싱 방식을 사용하여 순서대로 전송 권한을 가집니다.
  • 산업 자동화 분야 등 특정 환경에서 사용되었으나 대중적이지는 않았습니다.

토큰 패싱의 장점

• 충돌 없음 (Collision-Free): 토큰을 가진 장치만 전송하므로 데이터 충돌이 근본적으로 발생하지 않습니다.
• 예측 가능한 접근 시간 (Predictable Access): 모든 장치가 순서대로 토큰을 받기 때문에 네트워크 부하가 높더라도 각 장치가 데이터를 전송하기 위해 기다리는 최대 시간을 예측할 수 있습니다. (확정적 네트워크 - Deterministic Network)
• 공평성 (Fairness): 모든 장치가 순서대로 토큰을 받기 때문에 특정 장치만 계속 매체를 독점하는 상황이 발생하지 않고 모든 장치에게 동등한 전송 기회가 주어집니다.
• 고부하 환경 성능 우수: 네트워크 사용률이 높아질수록 충돌 기반 방식보다 성능 저하가 적거나 안정적일 수 있습니다.

토큰 패싱의 단점

• 토큰 대기 시간 (Token Latency): 데이터를 전송할 준비가 되었더라도 토큰이 자신에게 올 때까지 기다려야 하므로 지연이 발생할 수 있습니다. 부하가 낮을 때는 비효율적일 수 있습니다.
• 토큰 관리 오버헤드 (Management Overhead): 토큰 생성, 순환, 감시, 오류 복구(토큰 손실 또는 중복 등)를 위한 복잡한 메커니즘이 필요하며, 이는 네트워크의 복잡성을 증가시킵니다.
• 단일 실패 지점 (Single Point of Failure): 토큰 자체가 손실되거나 손상되거나, 토큰을 관리하는 주 장치에 문제가 발생하면 전체 네트워크 통신이 중단될 위험이 있습니다 (이를 해결하기 위한 복구 메커니즘이 구현되지만 복잡합니다).
• 구현 복잡성: 충돌 기반 방식(예: 이더넷)에 비해 장비 구현 및 네트워크 설정이 더 복잡하고 비용이 많이 들 수 있습니다.

결론적으로 토큰 패싱은 충돌 없는 예측 가능한 통신을 제공하여 실시간 시스템 등 특정 환경에 장점이 있었지만, 관리 복잡성과 유휴 시 비효율성, 그리고 이더넷 기술의 발전(스위치 도입으로 충돌 문제 해결)으로 인해 현재는 이더넷 방식이 대중적인 네트워크 기술 표준이 되었습니다.