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* 데이터통신 시스템의 기본 구성
- 데이터 전송계
1) 단말 장치 (DTE: Data Terminal Equipment)
사용자와 데이터통신 시스템 사이에서 데이터의 I/O를 처리하는 장치.
입출력, 전송 제어, 기억 기능
> 입력 전용 단말장치: 키보드, OMR 판독기 등
> 출력 전용 단말장치: 모니터, 프린터 등
> 입출력 공용 단말장치: 그 외 대부분 단말 장치
2) 데이터 전송 회선: 신호 변환 장치와 통신 회선으로 구성
> 신호 변환 장치 (DCE: Data Circuit Equipment)
단말장치/컴퓨터의 데이터 <-> 통신회선의 신호: 변환해주는 장치.
'데이터 회선 종단 장치' 라고도 부른다.
전화, 모뎀, 코덱 (COder/DECoder), DSU 등
3) 통신 제어 장치 (CCU: Communication Control Unit)
전송 회선과 컴퓨터 사이에서 컴퓨터를 대신해 전송제어 기능을 수행하는 장치
회선 속도와 중앙 처리장치 사이의 속도 차이를 조율
기밀 보호 기능, 제어 정보 식별, 오류 및 동기 제어 등
- 데이터 처리계: 컴퓨터 (하드웨어/소프트웨어)
- 그 외 통신 장치
> 통신 제어 처리 장치 (CCP: Communication Control Processor)
CCU와 마찬가지로 통신 제어 기능을 수행하는데 컴퓨터가 처리하는 메시지 단위의 제어까지 담당
컴퓨터 CPU의 부담을 줄여준다.
프로그래밍 가능한 제어 장치이므로 확장성이 있음.
> 전처리기 (FEP: FrontEnd Process)
중앙 제어장치 전단에 위치하여 통신 기능을 전담.
호스트 컴퓨터와 단말 장치 사이에 고속 통신 회선으로 설치됨
* DTE/DCE 접속 규격
DTE와 DCE는 서로 다른 하드웨어이며 이들 사이의 접속을 수행하기 위한 규격이 있음
- DTE/DCE 접속 규격의 4가지 특성
1) 기계적 특성: 연결 기기의 크기, 핀 개수 등 물리적인 부분
2) 전기적 특성: 신호의 전압 레벨, 전압 변동, 잡음 마진 등 전기적인 부분
3) 기능적 특성: 각 회선의 의미, 데이터/제어/타이밍 등 수행하는 기능적인 부분
4) 절차적 특성: 데이터 전송을 위한 흐름 순서 정의. 연결 활성화 및 비활성화의 절차 등
- 규격 표준안
1) ITU-T 규격
> V 시리즈: DTE와 아날로그 통신 회선간의 접속 규정을 정의. 공중전화 교환망 (PSTN) 을 통한 접속 규격. V.24
> X 시리즈: DTE와 디지털 교환망간의 접속 규정을 정의. 공중 데이터 교환망 (PSDN) 을 통한 접속 규격. X.25, X.400
2) EIA 규격 (RS-232C)
DTE와 DCE간의 물리적 연결과 신호 수준 정의. PSTN을 통한 접속 규격. ISO 2110, V.24, V.28을 사용
스탠다드 케이블은 25핀으로 구성, 2번 핀은 송신 데이터 / 3번 핀은 수신 데이터 신호를 취급
터미널과 컴퓨터 사이에 RS-232C를 이용해 직접 접속하는 모뎀을 NULL 모뎀이라고 함.
3) ISO 규격 (ISO 2110)
PSTN을 통한 접속 규격. 주로 기계적 특성에 대한 규정.
* 데이터 통신 시스템의 처리 형태
1) 온라인 시스템: 데이터 발생 현장의 단말 장치 <-> 원격 컴퓨터가 통신 회선을 통해 직접 연결
2) 일괄 처리 시스템: 처리할 데이터를 일정량 수집한 후 일괄적으로 처리
3) 실시간 처리 시스템: 데이터의 발생 즉시 처리
4) 시분할 처리 시스템: 하나의 컴퓨터를 여러개의 단말 장치가 공동으로 사용
* 데이터 통신 시스템의 발달 과정
1) SAGE: 최초의 데이터 통신 시스템으로 미국의 방공 시스템
2) SABRE: 최초의 상업용 데이터통신 시스템
3) CTSS: MIT에서 개발한 최초의 시분할 시스템
4) ARPANET: 미 국방성에 설치된 최초의 유선 패킷 교환 시스템으로 현대 인터넷의 효시
5) ALOHA: 실험용으로 개발된 최초의 무선 패킷 교환망
6) SNA: IBM에서 발표한 컴퓨터간 접속 네트워크 방식
* 데이터 전송 방식
- 아날로그 전송 (아날로그 신호)
시간적으로 연속적인 신호.
신호의 감쇠 현상이 심하기 때문에 장거리 전송시 증폭기 (Amplifier) 를 써야 한다.
- 디지털 전송 (디지털 신호)
전기적인 2가지 상태 (0, 1) 로 표현되는 신호.
신호 감쇠 및 왜곡 현상을 줄이기 위해 Repeater를 사용.
효율성과 보안성, 오류 검출의 용이성, 신호 증폭 용이성, 적은 비용, 장비 소형화 가능 등 다양한 장점
그러나 아날로그 신호보다 많은 대역폭을 필요로 한다.
+ 주파수: 1초동안 반복하는 사이클 횟수를 말하며 단위는 Hz
* 데이터 통신 방식
- 통신 방식의 종류
1) 단방향 통신 (Simplex): 한쪽 방향으로만 전송 (ex: 라디오)
2) 반-이중 통신 (Half-Duplex): 양쪽 방향으로 전송 가능하나 동시에 양쪽으로 전송은 불가 (ex: 무전기)
3) 전-이중 통신 (Full-Duplex): 동시에 양쪽 방향 전송 가능 (ex: 전화)
- 직렬 전송 vs 병렬 전송
1) 직렬 전송
비트열이 하나의 선을 통해 순차적으로 전송.
모든 비트들이 동일한 전송선을 사용하므로 오류 발생 가능성이 적다.
원거리 전송에 적합.
2) 병렬 전송
비트들이 각자의 선을 통해 같이 전송.
속도가 빠르지만 거리가 길어지면 전송선별로 비트가 도착하는 시간이 달라지는 등 관리가 어려울 수 있다.
컴퓨터의 CPU와 주변 장치 사이의 데이터 전송에 사용.
- 비동기 vs 동기식 전송
1) 비동기식 전송
Start Bit, Data Bit, Parity Bit, Stop Bit로 구성
동기식과 비교해서 주로 저속, 단거리 전송에 이용 (12,000bps 이하)
전송하지 않을 때는 Idle Time이 되며, 유휴상태 비트를 전송하다가 데이터가 발생하면 시작비트 0을 전송한 뒤 데이터를 전송하기 시작함
2) 동기식 전송
프레임 (동기 문자, 제어 정보, 데이터 블록으로 구성) 을 전송
전송 속도가 빠르고 효율이 좋으며 주로 원거리 전송에 사용
* 아날로그 데이터 -> 아날로그 신호 변환
- 진폭 변조 (AM: Amplitude Modulation): 변조 파형에 따라 진폭을 변조
- 주파수 변조 (FM: Frequency Modulation): 변조 파형에 따라 주파수를 변조
- 위상 변조 (PM: Phase Modulation): 변조 파형에 따라 위상을 변조
* 아날로그 데이터 -> 디지털 신호 변환
아날로그 데이터를 디지털 회선을 통해 전송하기 위해 디지털 신호로 변환하는 것
코덱 (Codec) 을 이용하며, 대표적인 것으로 펄스 코드 변조 (PCM) 가 있다.
- 코덱: 아날로그 <-> 디지털 신호간의 변환 장치. PCM이나 델타 변조 방식이라는걸 쓴다.
- 모뎀은 디지털 -> 아날로그, 코덱은 아날로그 -> 디지털
- 펄스 코드 변조 (PCM: Pulse Code Modulation)
디지털 신호로의 변환 과정:
1) 표본화 (Sampling): 신호를 구간별로 자르는 것. -> 자르고 나면 PAM (펄스 진폭 변조) 신호가 된다
어떤 신호를 최고 주파수의 2배 이상으로 채집하면 채집된 신호는 원래 신호가 가지는 모든 정보를 포함한다
(나이키스트 샘플링 정리: 표본화횟수 = 2W, 표본화간격 = 1/2W. W는 최고 주파수)
2) 양자화 (Quantization): PAM 신호를 정수화하여 평준화시키는 단계.
이때 실수가 정수로 변하면서 손실되는 값이 Noise가 됨
양자화 스텝 M = 2^n (n은 표본화 횟수당 비트 수)
+ Companding: 신호의 편차가 커 많은 스텝이 필요한 경우 압축해서 보내고 받는 쪽에서 압축해제하는 기법
3) 부호화 (Encoding): PAM에서 나타난 펄스 진폭의 크기를 디지털 양으로 변환하는 단계.
수신측에서의 역변환 과정:
1) 복호화 (Decoding): 수신된 디지털 신호를 아날로그 신호로 복원
2) 여파화 (Filtering): PAM 신호의 각 정점을 연결하여 파형을 구성하고 Low-Pass Filter를 이용해서 원래 파형과 비슷하게 복원하는 과정
- PCM/TDM: 아날로그 신호를 PCM으로 변환하고 TDM을 통해 전송하는 방식
- 펄스 부호 방식의 분류
1) 아날로그 변조 (연속레벨 변조)
> 펄스 진폭 변조 (PAM)
> 펄스 폭 변조 (PWM)
> 펄스 위치 변조 (PPM)
2) 디지털 변조 (불연속레벨 변조)
> 펄스 수 변조 (PNM)
> 펄스 부호 변조 (PCM)
* 디지털 -> 아날로그 변환
- 모뎀 (Modem: Modulator / Demodulator)
컴퓨터, 단말기에서 발생한 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 장치.
아날로그 통신망을 이용.
변조/복조 기능, 데이터 통신 및 속도 제어, 자동 응답 및 호출 기능 등을 가짐
- 모뎀의 분류
1) 동기 방식에 따라
> 비동기식: ASK, FSK
> 동기식: PSK, QAM
2) 속도에 따라
> 저속: 300bps 이하. ASK 방식 사용
> 중속: 1200bps~4800bps. FSK/PSK 방식 사용
> 고속: 4800bps~56kbps. QAM 방식 사용
- 변조 (Keying) 방식
1) ASK (Amplitude. 진폭 편이 변조): 0과 1을 서로 다른 진폭의 신호로 변조
2) FSK (Frequency. 주파수 편이 변조): 0과 1에 따라 주파수를 변화시킴
3) PSK (Phase. 위상 편이 변조): 반송파로 사용하는 정현파의 위상에 정보를 싣는 방식
4) QAM (Quadrature. 직교 진폭 변조): 위상과 진폭을 함께 변화시키며 주로 고속 전송에 이용. 위상차 90도
* 디지털 데이터 -> 디지털 신호 변환
- DSU (Digital Service Unit)
디지털 데이터를 변조하지 않고 디지털 회선을 통해 전송하기 위한 장치
각 네트워크마다 다른 디지털 신호를 동일한 신호로 변환해주며, 디지털 신호를 장거리 전송하기 위해 사용
Unipolar 신호 -> Bipolar 신호로 변환 (수신측에서는 반대로).
모뎀보다 회선 구성이 간단하다.
- 베이스밴드 전송: 디지털 데이터를 변조 없이 그대로 전송하는 방법
1) RZ (Return to Zero)
2) NRZ (Non-RZ)
3) Bipolar (양극성)
4) Manchester (맨체스터)
* 다중화 (Multiplexing)
여러개의 채널들이 하나의 통신 회선을 통해 결합된 신호 형태로 전송되고, 이를 수신측에서는 다시 분리해서 여러 개의 채널 신호로 만드는 것.
1) 주파수 분할 다중화
> 주파수 대역폭을 작은 대역폭으로 나누어서 사용하는 기법
> 채널간의 간섭을 막기 위해 보호 대역 (Guard Band) 이라는게 필요
> 저속, 비동기식 전송에 사용
> 전송 매체를 지나는 신호는 아날로그 신호
> 멀티플렉서 자체에 모뎀이 내장. 경제적.
> 사용하는 채널들이 겹치면 잡음이 발생할 수 있다.
2) 시분할 다중화
> 한 전송로의 데이터 전송시간을 일정한 시간폭 (Time Slot) 으로 나눠서 차례로 분배
> 디지털 전송 방식에서 이용
> 고속 전송에 용이
> 더 분류하면 '동기식' 과 '비동기식' 이 있음
>> 동기식: 모든 단말장치에 Time Slot을 고정적으로 할당. Time Slot이 낭비될 수도 있다. 고속 다중화기와 저속 단말기 사이의 속도 차이를 보정하기 위한 버퍼가 필요
>> 비동기식 (=통계식, 지능 다중화): Time Slot을 실제 전송할 데이터가 있는 단말에만 할당. 전송 효율이 높으나 설계가 복잡, 높은 비용.
- 역다중화 (De-Multiplexing)
다중화된 복합 신호를 분리하여 원래의 신호를 복원하는 것.
- 집중화 (Concentrating)
여러개의 채널을 몇 개의 소수 채널로 공유화시키는 (줄이는) 것.
회선의 이용률이 낮고 불규칙적인 전송에 적합.
1개의 단말기가 통신 회선을 점유했을 때 타 단말기가 회선을 사용하지 못하는 경우가 있으므로 데이터를 임시 보관할 수 있는 버퍼가 필요함.
* 전송 제어
통신 시스템이 갖추어야 할 제어 기능과 방식들: 입출력 제어, 동기 제어, 오류 제어, 흐름 제어 등을 포괄
- 전송 제어의 절차
1) 회선 접속
2) 데이터링크 확립
3) 데이터 전송
4) 데이터링크 종결
5) 회선 절단
- 문자 위주 전송 제어 방식: BSC (Binary Synchronous Control)
> 프레임 구성: SYN-SYN-SOH-Heading-STX-본문-ETX/ETB-BCC
> 반이중 전송만 지원
> 주로 동기식 전송을 사용하나 비동기식 전송도 가능
> P2P, Multi-Point 방식에서 주로 사용
> 오류제어/흐름제어를 위해 Stop-and-Wait ARQ를 사용
- 바이트 위주 전송 제어 방식: DDCM (Digital Data Communication Message) 프로토콜 이용
- 비트 위주 전송 제어 방식: HDLC (High-level Data Link Control)
> ISO에서 개발한 표준으로 Point-to-Point 뿐 아니라 Multi-Point, Loop 방식 모두 지원
> 프레임 구성: Flag-Address Field-Control Field-Information Field-FCS-Flag
Flag는 시작과 끝을 나타냄 (항상 01111110)
FCS: Frame Check Sequence (오류 검출용)
> Information Field는 3개의 프레임으로 구성:
>> 정보 프레임 (Information Frame): 사용자 데이터
>> 감독 프레임 (Supervisor Frame): 에러 제어, 흐름 제어
>> 비번호 프레임 (Un-numbered Frame): 링크의 동작 모드 (NRM/ARM/ABM) 설정 및 관리, 오류 검출
+ SDLC: HDLC랑 프레임 구조가 같은 비트 위주 프로토콜.
* 회선 제어
- 경쟁 방식: 송신 요구를 먼저 한 쪽이 송신권을 가짐. ex) ALOHA
- 폴링: 컴퓨터가 단말기에게 전송할 데이터의 유무를 묻는다
- 셀렉션: 컴퓨터가 단말기에게 전송할 데이터가 있으면 단말기의 상태를 확인 (받을 준비가 됐는지?)
* 전송 오류 제어
- FEC (전진 오류 수정: Forward Error Correction)
수신측에서 오류를 검출해서 알아서 수정하는 방식. 연속적인 데이터 흐름이 가능하며 역채널이 필요없음.
오류 수정을 위해 해밍 코드, 상승 코드를 사용한다.
- BEC (후진 오류 수정: Backward~)
오류가 발생하면 송신측에 재전송을 요청하는 방식. 역채널이 필요하다.
- ARQ (자동 반복 요청: Automatic Repeat reQuest)
오류가 발생하면 수신측이 송신측에게 통보하고, 송신측은 오류가 발생한 프레임을 재전송한다.
> Stop and Wait ARQ: 송신측이 블록을 전송한 다음 수신측에서 확인 신호 (ACK/NAK) 가 올때까지 기다리는 방식. 가장 간단하나 아무래도 오버헤드가 크다.
> Go-Back-N ARQ: 수신측으로부터 NAK를 받으면 오류발생 이후의 모든 블록을 재전송
> Selective-Repeat ARQ: NAK를 받으면 오류가 발생한 해당 블록만 재전송
> Adaptive ARQ: 데이터 블록의 길이를 채널 상태에 따라 동적으로 변경하는 방법
* 오류 검출
1) 패리티 검사
2) 순환 중복 검사
3) 해밍 코드
4) 상승 코드
* 데이터 회선망
- 전용 회선 (Leased Line) 과 교환 회선 (Switched Line) 이 있음
- 회선 구성 방식
> Point-to-Point 방식: 단말기 - 중앙 컴퓨터 1:1 연결
> Multi-Point 방식: 한개의 통신회선에 여러개의 단말기 연결
> Line Multiplexing 방식: 여러개의 단말기를 멀티플렉서를 이용해 중앙 컴퓨터와 연결
* 회선 교환 방식 (Circuit Switching)
- 메시지 전송 전에, 송신지-목적지 사이의 물리적 통신회선 연결이 선행되어야 하는 방식 (ex: 전화)
- 고정 대역폭 전송 방식
- 송수신자간의 실시간 데이터전송에 적합
- 오류 제어, 흐름 제어는 알아서 안 해주므로 사용자가 해야 함
- 종류
> 공간 분할 교환방식
> 시분할 교환방식
- 제어신호 종류: 감시 제어신호, 주소 제어신호, 호 정보 제어신호, 망 관리 제어신호
* 축적 교환 방식: 메시지 교환 방식 vs 패킷 교환 방식
- 메시지 교환 방식 (Message Switching)
> 하나의 메시지 단위로 데이터를 교환
> 각 메시지마다 수신 주소를 붙여서 전송해야 하며 메시지마다 경로가 다를 수 있음
> 네트워크에서 속도/코드 변환이 가능
> 상대가 메시지를 받을 준비가 안 됐으면 기억 장치에 저장해놨다가 전송함
- 패킷 교환 방식 (Packet Switching)
> 메시지를 일정한 길이의 전송 단위인 '패킷' 으로 잘라서 전송
> 데이터블록에 송/수신측 정보, 헤더가 붙음
> 전송에 실패한 패킷은 재전송 가능
> 가상회선 방식과 데이터그램 방식이 있다.
>> 가상회선 방식: 논리적인 가상회선을 미리 설정. 설정 과정 필요. 모든 패킷이 같은 경로로 전송.
>> 데이터그램 방식: 경로설정을 따로 안함. 패킷마다 전송경로가 다름 (네트워크 상황에 따라 적절하게 전송). 연결 설정 및 해제 과정이 따로 필요없음.
* 라우팅 프로토콜
> RIP (Routing Information Protocol): 소규모 네트워크에서 주로 쓰는 방법.
> OSPF (Open Shortest Path First Protocol): 대규모 네트워크에서 주로 쓰는 방법.
> IGP (Interior Gateway Protocol)
> EGP (Exterior Gateway Protocol)
> BGP (Border Gateway Protocol): 서로 다른 망 (AS: 자율 시스템) 사이의 통신 가능. EGP의 진화형.
* LAN (근거리 통신망)
- 전송 방식
> 베이스밴드 방식: 신호변조 없이 고유 주파수영역을 사용. 시분할 다중화 방식 사용
> 브로드밴드 방식: 디지털->아날로그 신호로 광대역 변조. 주파수분할 다중화 방식 사용
- IEEE 802.x 표준
> 802.11: 무선랜 (흔히 말하는 와이파이)
> 802.15: 블루투스
> 802.8: 고속 이더넷
> 802.3: CSMA/CD (이더넷이 기본적으로 이 방식을 기반으로 함)
- 10 Base 5 Ethernet이란?
10Mbps의 전송 속도를 지원하는 Baseband 방식
* VAN, ISDN
- VAN (Value Added Network): 정보의 저장, 관리, 검색 등 정보에 부가가치를 부여하는 통신망.
- ISDN (Integrated Service Digital Network): 종합 정보 통신망. 음성/비음성 등 서비스를 종합적으로 처리
* IP 주소 체계
- IPv4 클래스
1) A 클래스: 대형 기관에서 사용, 2^24 - 2개의 호스트 사용 가능
2) B 클래스: 중형 기관에서 사용, 2^16 - 2개의 호스트 사용 가능
3) C 클래스: 소형 기관에서 사용, 2^8 - 2개의 호스트 사용 가능
4) D 클래스: 멀티캐스트용 주소
5) E 클래스: 실험용으로 보존해둔 주소
+ A~C 클래스에서 -2개가 자꾸 나오는 이유는 네트워크 자체의 주소와 브로드캐스트 주소가 있기 때문
+ 사용 가능한 첫번째 주소 = 디폴트 게이트웨이 주소 (로 대부분 설정함)
- 서브넷
클래스별 기본 서브넷 마스크:
> A 클래스: 255.0.0.0 (/8)
> B 클래스: 255.255.0.0 (/16)
> C 클래스: 255.255.255.0 (/24)
192.168.1.24/26 의 의미는?
> 192.168.1.0~255까지 쓸 수 있는게 기본적인 /24 서브넷 마스크를 사용했을 경우임
> /26으로 하면 2비트가 서브넷용으로 더 사용됨 -> 0~255 범위가 4개의 서브넷으로 또 쪼개짐 (2비트=2^2=4개)
> 따라서 0~63, 64~127, 128~191, 192~255의 범위로 서브넷이 나눠짐
> 예제의 주소는 1번째 서브넷에 속하며, 이 서브넷의 네트워크 주소는 0, 디폴트 게이트웨이는 1, 브로드캐스트 주소는 63이 됨
* 통신 속도
- 변조 속도: 초당 발생한 신호의 상태변화 수 / 단위: baud
- 신호 속도: 초당 전송된 비트 수 / 단위: bps
- bps = baud * 단위 신호당 비트수
- 단위 신호당 비트수:
> 2위상 방식 (1비트): bps = 1baud
> 4위상 방식 (2비트): bps = 2baud
> 8위상 방식 (3비트): bps = 3baud
> 16위상 방식 (4비트): bps = 4baud
- 반대로 쓰면: 변조 속도 (baud) = bps / 단위 신호당 비트수
* OSI 7 Layer
1) 물리 계층: 전기적, 기능적, 절차적 기능 정의 (RS-232C)
2) 데이터링크 계층: 데이터 에러의 검출 및 회복, 흐름 제어 (HDLC 등)
3) 네트워크 계층: 패킷 전달, 경로 선택 및 중계 (IP, X.25)
4) 전송 계층: End-to-End 에러 제어 및 흐름 제어 (TCP, UDP)
5) 세션 계층: 동기 제어, 데이터 교환 관리, 프로세스간 연결 확립 및 단절
6) 표현 계층: 코드 변환, 압축, 암호화 등
7) 응용 계층: '네트워크 가상 터미널' 이 존재하여 서로 다른 프로토콜간의 호환성 문제 해결.
* X.25
패킷 교환망에 대한 ITU-T의 권고안으로 DTE-DCE의 인터페이스 규정.
흐름 및 오류 제어 기능을 제공하며 전송 품질과 효율성이 높음
- X.25 3 Layer
1) 물리 계층: OSI의 물리 계층에 대응. X.21 사용
2) 프레임 계층 (링크 계층): OSI의 데이터링크 계층에 대응. 오류제어 및 흐름제어 기능. LAPB 프로토콜 사용
3) 패킷 계층: OSI의 3, 4계층에 대응. 패킷단위 오류제어 및 흐름제어, 가상회선의 설정 및 해제, 다중화 기능 등
* TCP/IP 4 Layer
1) 링크 계층: OSI의 물리 계층, 데이터링크 계층에 대응. 이더넷, IEEE 802, HDLC, X.25, RS-232C
2) 인터넷 계층: OSI의 네트워크 계층에 대응. IP / ARP (IP주소 -> MAC주소) / RARP (반대)
3) 전송 계층: OSI의 전송 계층에 대응. TCP / UDP
4) 응용 계층: OSI의 5~7 계층에 대응. FTP / SMTP / SNMP / Telnet 등 상위레벨 프로토콜 (*SNMP는 UDP용이다)