728x90

통신 회선

꼬임선(Twisted Pair Wire)

전기적 간섭 현상을 줄이기 위해서 균일하게 서로 감겨있는 형태의 케이블
가격이 저렴하고, 설치가 간편함
거리, 대역폭, 데이터 전송률 면에서 제약이 많음
다른 전기적 신호의 간섭이나 잡음에 영향을 받기가 쉬움

광섬유 케이블(Optical Fiber Cable)

유리를 원료로 하여 제작된 가느다란 광섬유를 여러 가닥 묶어서 케이블의 형태로 만든 것
데이터를 빛으로 바꾸어 빛의 반사 원리를 이용하여 전송
유선 매체 중 가장 빠른 속도와 높은 주파수 대역폭을 제공
대용량, 장거리 전송이 가능
가늘고, 가벼워 설치 용이
도청이 어려워 보안성이 뛰어남
무유도, 무누화의 성질을 가짐
감쇠율이 적어 리피터의 설치 간격이 넓으므로 리피터의 소요가 적음
설치 비용은 비싸지만 단위 비용은 저렴
광 섬유 간의 연결이 어려워 설치 시 고도의 기술이 필요

통신 속도와 통신 용량

통신 속도


변조 속도	1초 동안 몇 개의 신호 변화가 있었는가를 나타내는 것(단위 : baud)
신호 속도	1초 동안 전송 가능한 비트의 수(단위 : bps(bit/sec)) - 데이터 신호 속도(bps) = 변조 속도(baud) * 변조시 상태 변화 수 - 변조 속도(baud) = 데이터 신호 속도(bps) / 변조시 상태 변화 수
전송 속도	단위 시간에 전송되는 데이터의 양(문자, 블록, 비트, 단어 수 등)
베어러 속도	데이터 신호에 동기 문자, 상태 신호 등을 합한 속도(단위 : bps(bit/sec))

통신 용량

단위 시간 동안 전송 회선이 최대로 전송할 수 있는 통신 정보량

전송로의 통신 용량을 늘리기 위한 방법

주파수 대역폭을 늘림, 신호 세력을 높임, 잡음 세력을 줄임

데이터 전송의 기본

데이터


아날로그 데이터	셀 수 없는 연속적인 값 (예) 음성, 화상, 온도, 유압 등
디지털 데이터	셀 수 있는 이산적인 값 (예) 문자, 숫자

신호

데이터를 전송 매체를 통해 전솔할 수 있는 상태로 변환시켜 놓은 것


아날로그 신호	정현파(Sine Wave)에 주파수, 진폭, 위상 특성을 포함하여 표현되는 전기적 신호가 연속적으로 변하는 파형
디지털 신호	2진수 0과 1에 대한 전압 펄스의 연속적인 구성

주파수

단위 시간(주로 1초) 내에 신호 파형이 반복되는 횟수를 의미(단위 : Hz)


고주파	파형의 가로 폭이 좁음, 고속 전송에 사용, 전송 거리가 짧음
저주파	파형의 가로 폭이 넓음, 저속 전송에 사용, 전송 거리가 길음
단위 시간과의 관계	i = 1 / T (f : 주파수, T : 주기)
주요 데이터의 주파수	- 음성 : 300Hz ~ 3400Hz - UHF(Ultra High Frequence) : 300MHz ~ 3000MHz

대역폭(Bandwidth)

주파수의 변화 범위, 즉 상한 주파수와 하한 주파수의 차이를 의미

신호 변환 방식의 종류


아날로그 데이터 → 아날로그 신호	진폭 변조, 주파수 변조, 위상 변조
디지털 데이터 → 아날로그 신호	모뎀 이용, 변조 방식 : 진폭 편이 변조(ASK), 주파수 편이 변조(FSK), 위상 편이 변조(PSK), 직교 진폭 변조(QAM)
아날로그 데이터 → 디지털 신호	코덱 이용, 변조 방식 : 펄스 코드 변조(PCM)
디지털 데이터 → 디지털 신호	2진 데이터의 각 비트를 디지털 신호 요소로 변환하며, DSU를 이용함

신호 변환 방식 - 디지털 변조


진폭 편이 변조 (ASK)	2진수 0과 1을 서로 다른 진폭의 신호로 변조
주파수 편이 변조 (FSK)	- 2진수 0과 1을 서로 다른 주파수로 변조 - 1200bps 이하의 저속도 비동기식 모뎀에서 사용됨
위상 편이 변조 (PSK)	- 2진수 0과 1을 서로 다른 위상을 갖는 신호로 변조 - 한 위상에 1비트(2위상), 2비트(4위상), 또는 3비트(8위상)를 대응시켜 전송하므로, 속도를 증가시킬 수 있음 - 중 · 고속의 동기식 모뎀에 많이 사용됨
직교 진폭 변조 (QAM) = 진폭 위상 변조, 직교 위상 변조	- 반송파의 진폭과 위상을 상호 변환하여 신호를 얻는 변조 방식 - 고속 전송 가능, 9600bps 모뎀의 표준 방식

신호 변환 방식 - 펄스 코드 변조(PCM)

화상, 음성, 동영상 비디오, 가상 현실 등과 같이 연속적인 시간과 진폭을 가진 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변조하는 방식으로, CODEC을 이용함

펄스 변조

펄스파의 진폭, 폭, 위상 등을 변화시키는 변조 방식


연속 레벨 변조	펄스 진포 변조(PAM), 펄스 폭 변조(PWM), 펄스 위상 변조(PPM), 펄스 주파수 변조(PFM)
불연속 레벨 변조	펄스 수 변조(PNM), 펄스 부호 변조(PCM), 델타 변조(△M)

펄스 코드 변조(PCM) 순서

표준화 → 양자화 → 부호화


표본화 (Sampling)	- 음성, 영상 등의 연속적인 신호 파형을 일정 시간 간격으로 검출하는 단계 - 샤논의 표본화 이론 : 어떤 신호 f(t)가 의미를 지니는 최고 주파수보다 2배 이상의 주파수로 균일한 시간 간격동안 채집된다면 이 채집된 데이터는 원래의 신호가 가진 모든 정보를 포함함 - 표본화 횟수 = 2배 * 최고 주파수 - 표본화 간격 = 1 / 표본화 횟수
양자화 (Quartizing)	- 표본화된 PAM 신호를 유한 개의 부호에 대한 대표값으로 조정하는 과정 - 실수 형태의 PAM 신호를 반올림하여 정수형으로 만듦 - 양자화 잡음 : 표본 측정값과 양자화 파형과의 오차 - 양자화 레벨 : PAM 신호를 부호화 할 때 2진수로 표현할 수 있는 레벨 ⇒ 양자화 레벨 = 2 ^ (표본당 전송 비트 수)
부호화 (Encoding)	양자화된 PCM 펄스의 진폭 크기를 2진수(1과 0)로 표시하는 과정
복호화 (Decoding)	수신된 디지털 신호(PCM 신호)를 PAM 신호로 되돌리는 단계
여파화 (Filtering)	PAM 신호를 원래의 입력 신호인 아날로그 신호로 복원하는 과정

신호 변환 방식 - 베이스밴드 전송 방식

베이스밴드 (Base Band) 전송

컴퓨터나 단말 장치등에서 처리된 디지털 데이터를 다른 주파수 대역으로 변조하지 않고 직류 펄스의 형태 그대로 전송하는 것으로, 기저대역 전송이라고도 함
신호만 전송되기 때문에 전송 신호의 품질이 좋음
직류를 사용하므로 감쇠 등의 문제가 있어 장거리 전송에 적합하지 않음
컴퓨터와 주변 장치 간의 통신이나 LAN 등 비교적 가까운 거리에서 사용됨

베이스밴드 전송 방식

단류 NRZ, 복류 NRZ, 단류 RZ, 복규 RZ, 바이폴라, 맨체스터, RB 방식, CMI 방식, 차분 방식

전송 방식

아날로그/디지털 전송


아날로그 전송	- 전송 매체를 통해 전달되는 신호가 아날로그 형태인 것 - 신호의 감쇠 현상이 심하므로 장거리 전송시 증폭기에 의해 신호를 증폭하여 전송하며, 이때 신호에 포함된 잡음까지도 같이 증폭되기 때문에 오류의 확률이 높음
디지털 전송	- 전송 매체를 통해 전달되는 신호가 디지털 형태인 것 - 장거리 전송시 중계기에 의해 원래의 신호 내용을 다시 복원한 다음 전송하는 방식이기 때문에 잡음에 의한 오류율이 낮음 - 대역폭을 효율적으로 이용하여 더 많은 용량을 전송할 수 있음 - 아날로그나 디지털 정보의 암호화를 쉽게 구현할 수 있음 - 전송 장비의 소형화, 가격의 저렴화

직렬/병렬 전송


직렬 전송	- 정보를 구성하는 각 비트들이 하나의 전송 매체를 통하여 한 비트씩 순서적으로 전송되는 형태 - 전송 속도가 느리지만 구성 비용이 적게 듬 - 원거리 전송에 적합하며 대부분의 데이터 통신에 사용됨
병렬 전송	- 정보를 구성하는 각 비트들이 여러 개의 전송 매체를 통하여 동시에 전송되는 형태 - 전송 속도는 빠르지만 구성 비용이 많이 듬 - 근거리 전송에 적합하며 주로 컴퓨터와 주변기기 사이의 데이터 전송에 사용됨

통신 방식

단방향(Simplex) 통신

한쪽 방향으로만 전송이 가능한 방식 (예) 라디오, TV

반이중(Half-Duplex) 통신

양방향 전송이 가능하지만 동시에 양쪽 방향에서 전송할 수 없는 방식 (예) 무전기, 모뎀을 이용한 데이터 통신

전이중(Full-Duplex) 통신

동시에 양방향 전송이 가능한 방식으로, 전송량이 많고, 전송 매체의 용량이 클 때 사용 (예) 전화, 전용선을 이용한 데이터 통신

비동기식 전송

한 문자를 나타내는 부호(문자 코드) 앞뒤에 Start Bit와 Stop Bit를 붙여서 Byte와 Byte를 구별하여 전송하는 방식
시작 비트, 전송 문자(정보 비트), 정비 비트로 구성된 한 문자를 단위로 하여 전송하며, 오류 검출을 위한 패리티 비트(Parity Bit)를 추가하기도 함
문자와 문자 사이의 휴지 시간(Idle Time)이 불규칙함
2000bps(약 2Kbps) 이하의 단거리 전송에 사용
문자마다 시작, 정지를 알리기 위한 비트가 2-3bit씩 추가되므로, 전송 효율이 떨어짐

동기식 전송

미리 정해진 수 만큼의 문자열을 한 블록(프레임)으로 만들어 일시에 전송하는 방식
프레임 단위로 전송하므로 전송 속도가 빠름
프레임(Frame) : 전송할 자료를 일정한 크기로 분리한 것으로, 데이터뿐만 아니라 CRC 등의 추가 정보를 포함함
시작/종료 비트로 인한 오버헤드가 없고, 휴지 시간이 없으므로, 전송 효율이 좋음
주로 원거리 전송에 사용
단말기는 반드시 버퍼 기억 장치를 내장하여야 함
비트 동기 방식과 블록 동기 방식이 있으며, 블록 동기 방식은 문자 동기 방식과 비트 동기 방식으로 나뉨


문자 · 동기 방식	- SYN 등의 동기 문자(전송 제어 문자)에 의해 동기를 맞추는 방식 - BSC 프로토콜에서 사용됨
비트 동기 방식	- 데이터 블록의 처음과 끝에 8비트의 플래그 비트(01111110)를 표시하여 동기를 맞추는 방식 - HDLC, SDLC 프로토콜에서 사용됨

회선 구성 및 회선 제어 방식

회선 구성 방식


포인트 투 포인트 (Point-to-Point)	- 중앙 컴퓨터와 단말기를 일대일 독립적으로 연결하는 방식 - 통신망을 성형(Star)으로 구성할 때 사용
멀티 드롭 (Multi-drop) = 멀티 포인트	- 여러 대의 단말기들을 한 개의 통신 회선에 연결하는 방식 - 단말기는 주소 판단 기능과 버퍼를 가지고 있어야 함 - 회선 공유로 효용도가 높고, 가격도 저렴 - 선로의 속도, 단말기에 의해 생기는 교통량, 하드웨어와 소프트웨어의 처리 능력에 따라 연결할 수 있는 단말기의 수가 달라짐 - 통신망을 버스형(Bus)으로 구성할 때 사용
회선 다중 방식 (Line Multiplexing)	- 여러 대의 단말기들을 다중화 장치를 이용하여 중앙 컴퓨터와 연결하는 방식 - 중앙 컴퓨터와 다중화 장치 사이를 대용량 회선으로 연결하여 전송 속도 및 효율을 높임

회선 제어 방식


경쟁 (Contention) 방식	- 회전 접속을 위해서 서로 경쟁하는 방식 - 데이터 링크가 설정되면 정보 전송이 종료되기 전까지는 독점적으로 정보를 전송할 수 있음 - 대표적인 시스템으로는 ALOHA가 있음
폴링/셀렉션 (Polling/Selection) 방식	- 컴퓨터에서 송수신 제어권을 가지고 있는 방식 - 폴링(Polling) : 컴퓨터에서 단말기에게 전송할 데이터가 있는 지는 물어 전송할 데이터가 있다면 전송을 허가하는 방식으로, 단말기에서 컴퓨터로 보낼 데이터가 있는 경우에 사용 - 셀렉션(Selection) : 컴퓨터가 단말기로 전송할 데이터가 있는 경우 그 단말기가 받을 준비가 되었는가를 묻고, 준비가 되어 있다면 컴퓨터에서 단말기로 데이터를 전송하는 방식

전송 제어의 기본

전송 제어

데이터의 원활한 흐름을 위하여 입출력 제어, 회선 제어, 동기 제어, 오류 제어, 흐름 제어 등을 수행하는 것

OSI 7 계층의 데이터 링크 계층(2계층)에서 수행하는 기능

전송 제어 절차

데이터 통신 회선의 접속 → 데이터 링크 설정(확립) → 정보 메시지 전송 → 데이터 링크 종결 → 데이터 통신 회선의 절단


데이터 통신 회선 접속	통신 회선과 단말기를 물리적으로 접속
데이터 링크 설정(확립)	송 · 수신측 간의 논리적 경로 구성
정보 메시지 전송	- 설정된 데이터 링크를 통해 데이터를 수신측에 전송 - 오류 제어와 순서 제어를 수행
데이터 링크 종결	송 · 수신측 간의 논리적 경로를 해제
데이터 통신 회선의 절단	통신 회선과 단말기 간의 물리적 접속을 절단

데이터 링크 제어 프로토콜 - BSC

BSC

문자(Character) 위주의 프로토콜로, 각 프레임에 전송 제어 문자를 삽입하여 전송을 제어
문자 코드에 의존적이며, 사용할 수 있는 코드가 제한적임
통신하는 컴퓨터들이 사용하는 문자 코드 체계가 통일되어 있어야 함
반이중(Half Duplex) 전송만 지원
주로 동기 전송을 사용하나 비동기 전송 방식을 사용하기도 함
포인트 투 포인트, 멀티 포인트 방식에서 주로 사용
에러 및 흐름 제어를 위해 Stop-and-Wait ARQ를 사용
오류 검출이 어렵고, 전송 효율이 나쁨

프레임 구조

SYN

SOH

헤더

STX

본문

ETX/ETB

BCC

전송 제어 문자

링크 관리, 프레임의 시작 및 끝의 구별과 에러 제어 등의 기능을 함

기호	기능
SYN	문자 동기
SOH	헤드의 시작
STX	본문의 시작 및 헤드의 종료
ETX	본문의 종료
ETB	블록의 종류
EOT	전송 종료 및 데이터 링크의 해제
ENQ	상대편에 데이터 링크 설정 및 응답 요구
DLE	전송 제어 문자 앞에 삽입하여 전송 제어 문자임을 알림(데이터 투과성을 위해 삽입)
ACK	긍정 응답
NAK	부정 응답

데이터 링크 제어 프로토콜 - HDLC

HDLC

비트(Bit) 위주의 프로토콜로, 각 프레임에 데이터 흐름을 제어하고 오류를 보정할 수 있는 비트 열을 삽입하여 전송
포인트 투 포인트 및 멀티 포인트, 루프 방식에서 모두 사용 가능
단방향, 반이중, 전이중 통신을 모두 지원하며 동기식 전송 방식을 사용
에러 제어를 위해 Go-Back-N과 선택적 재전송(Selective Repeat) ARQ를 사용
흐름 제어를 위해 슬라이딩 윈도우 방식을 사용
전송 제어상의 제한을 받지 않고 자유로이 비트 정보를 전송할 수 있음(비트 투과성)
전송 효율과 신뢰성이 놓음

HDLC 프레임 구조

플래그

주소부

제어부

정보부

FCS

플래그

플래그(Flag)

프레임의 시작과 끝을 나타내는 고유한 비트 패턴(01111110)으로, 프레임의 시작과 끝을 구분, 동기 유지(통화로의 혼선을 방지하기 위해), 비트 투과성을 이용한 기본적임 오류 검출 등의 기능을 함

FCS(프레임 검사 순서 필드)

프레임 내용에 대한 오류 검출을 위해 사용되는 부분으로, 일반적으로 CRC 코드가 사용됨

HDLC의 프레임 종류


정보(I) 프레임	- 제어부가 '0'으로 시작하는 프레임 - 사용자 데이터를 전달하는 역할
감독(S) 프레임	- 제어부가 '10'으로 시작하는 프레임 - 오류 제어와 흐름 제어를 위해 사용
비번호(U) 프레임	- 제어부가 '11'으로 시작하는 프레임 - 링크의 동작 모드 설정과 관리를 함

HDLC의 데이터 전송 모드


표준(정규) 응답 모드(NRM)	- 반이중 통신을 하는 포인트 투 포인트 또는 멀티 포인트 불균형 링크 구성에 사용 - 종국은 주국의 허가(Poll)가 있을 때에만 송신
비동기 응답 모드(ARM)	- 전이중 통신을 하는 포인트 투 포인트 불균형 링크 구성에 사용 - 종국은 주국의 허가(Poll) 없이도 송신이 가능하지만, 링크 설정이나 오류 복구 등의 제어 기능은 주국만 함
비동기 균형(평형) 모드 (ABM)	- 포인트 투 포인트 균형 링크에서 사용 - 혼합국끼리 허가없이 언제나 전송할 수 있도록 설정

오류 제어 방식

오류의 발생 원인

감쇠

전송 신호 세력이 전송 매체를 통과하는 과정에서 거리에 따라 약해지는 현상

지연 왜곡

하나의 전송 매체를 통해 여러 신호를 전달했을 때 주파수에 따라 그 속도가 달라지므로 생기는 오류

백색 잡음

전송 매체 내부에서 온도에 따라 전자의 운동량이 변화함으로써 생기는 잡음으로, 가우스 잡음, 열 잡음이라고도 함

상호 변조(간섭) 잡음

서로 다른 주파수들이 하나의 전송 매체를 공유할 때 주파수간의 합이나 차로 인해 새로운 주파수가 생성되는 잡음

누화 잡음 = 혼선

인접한 전송 매체의 전자기적 상호 유도 작용에 의해 생기는 잡음

충격성 잡음

번개와 같은 외부적인 충격 또는 통신 시스템의 결함이나 파손 등의 기계적인 충격에 의해 생기는 잡음으로, 디지털 데이터를 전송하는 경우 중요한 오류 발생 요인이 됨

우연적 왜곡과 시스템적 왜곡


우연적 왜곡	- 예측할 수 없이 무작위로 발생하는 왜곡 - 백색 잡음, 충격 잡음, 누화 잡음, 위상 히트 잡음 등
시스템적 왜곡	- 전송 매체에서 언제든지 일어날 수 있는 왜곡 - 손실, 감쇠, 하모닉 왜곡(신호의 감쇠가 진폭에 의해 달리지는 것) 등

전송 오류 제어 방식


전진(순방향) 오류 수정 (FEC)	- 재전송 요구 없이 오류 검출과 수정을 스스로 하는 방식 - 역채널이 필요 없고, 연속적인 데이터 흐름이 가능 - 데이터 비트 이외에 오류 검출 및 수정을 위한 비트(잉여 비트)들이 추가로 전송되어야 하기 때문에 전송 효율이 떨어짐 - 해밍 코드, 상승 코드 방식이 있음
후진(역방향) 오류 수정 (BEC)	- 데이터 전송 과정에서 오류가 발생하면 송신측에 재전송을 요구하는 방식 - 패리티 검사, CRC, 블록합 방식 등을 사용하여 오류를 검출하고, 오류 제어는 자동 반복 요청(ARQ)에 의해 이루어짐

자동 반복 요청(ARQ)

오류 발생시 수신측은 오류 발생을 송신측에 통보하고, 송신측은 오류 발생 블록을 재전송하는 모든 절차를 의미


정지-대기 (Stop-Wait) ARQ	- 송신측에서 한 개의 블록을 전송한 후 수신측으로부터 응답을 기다리는 방식 - 구현 방법이 가장 단순하지만, 전송 효율이 떨어짐
연속(Continuous) ARQ	연속적으로 데이터 블록을 보내는 방식 - Go-Back-N ARQ : 오류가 발생한 블록 이후의 모든 블록을 재전송 - 선택적 재전송(Selective Repeat) ARQ : 오류가 발생한 블록만들 재전송하는 방식
적응적(Adaptive) ARQ	- 블록 길이를 채널의 상태에 따라 그때그때 동적으로 변경하는 방식으로, 전송 효율이 제일 좋음 - 제어 회로가 복잡하고, 비용이 많이 들어 현재 거의 사용되지 않음

오류 검출 방식


패리티 검사	- 전송 비트에 1비트의 검사 비트인 패리티 비트(Parity Bit)를 추가하여 오류를 검출 - 가장 간단한 방식이지만, 2개의 bit에 동시에 오류가 발생하면 검출이 불가능 - 오류를 검출만 할 수 있고, 수정은 하지 못함 - 홀수/짝수 수직 패리티 체크와 홀수/짝수 수평 패리티 체크가 있음
순환 중복 검사 (CRC)	- 다항식 코드를 사용하여 오류를 검출하는 방식 - 동기식 전송에서 주로 사용 - HDLC 프레임의 FCS(프레임 검사 순서 필드)에 사용되는 방식 - 집단 오류를 검출할 수 있고, 검출율이 높으므로 가장 많이 사용함
궤환 전송 방식	수신측에서 받은 데이터를 송신측으로 되돌려 보내어 원본 데이터와 비교하여 오류가 있는 경우 재전송하는 방식
자동 연속 방식	동일 데이터를 2번 이상 전송하여 두 데이터를 비교하여 오류를 검출
해밍 코드	- 수신측에서 오류가 발생한 비트를 검출한 후 직접 수정하는 방식 - 1비트의 오류만 수정이 가능하며, 정보 비트 외에 잉여 비트가 많이 필요함 - 전송 비트 중 1,2,4,8,16,32,64, ···, 2^n 번째를 오류 검출을 위한 패리티 비트로 사용함
상승 코드 방식	- 순차적 디코딩과 한계값 디코딩을 사용하여 오류를 수정 - 여러 비트의 오류를 수정할 수 있음