[컴퓨터 통신] 데이터 통신

강연결 : Data flow machine, Multiprocessor, System network architecture

약연결 : LAN, WAN, MAN, Interconnection network

역사

• SAGE : 최초의 컴퓨터 통신 시스템
• SABRE
• ARPA Network : 인터넷의 효시, 패킷 교환 네트워크
• ALOHA : 최초 무선 패킷 교환 네트워크
• TELNET : 최초의 대중화된 상용 패킷 교환 네트워크

통신 프로토콜

• 주요 3요소 : 구문(Syntax), 의미(Semantic), 타이밍(Timing)
• 네트워크 아키텍처 : 프로토콜의 구조적 집합 ex) IBM - SNA, DEC - DNA, ODI

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데이터 통신

통신의 3요소 : 정보원, 전송매체, 수신체

변조

: 전송 신호를 높은 주파수 대역의 반송파 신호에 싣는 과정

 

• 아날로그 변조
  • 진폭 변조(AM, Amplitude Modulation) : 진폭 비례
  • 주파수 변조(FM, Frequency Modulation)
  • 위상 변조(PM, Phase Modulation) : 위상각 변화
• 디지털 변조
  • 진폭편이 변조(ASK, Amplitude Shift Keying)
  • 주파수 편이 변조(FSK, Frequency Shift Keying)
  • 위상 편이 변조(PSK, Phase Shift Keying)
• PCM(Pulse Code Modulation) : 아날로그 ->  디지털 코드
  • 표본화(Sampling)
  • 양자화(Quantization)
  • 부호화(Encoding)

전송 코드

• Baudot 코드 : 5비트 -> 32 문자
• ASCII 코드 : 7비트 -> 128문자, SYN(0010110), 32개의 제어문자(패리티 비트), 문자 동기
• BCD 코드 : Binary Coded Decimal, 컴퓨터 내부 코드, 10진 숫자 표현
• EBCDIC 코드 : 8비트 -> 256 문자
• 유니코드 : 2바이트(16비트), 만국 공통 국제 문자 코드, 26개 언어 문자 및 특수문자

전송 방식

• 병렬 전송 : 근거리 데이터 전송, 속도 ↑, 비용 ↓
• 직렬 전송 : 원거리 데이터 전송, 속도 ↓, 비용 ↑
• 동기식 전송 : 데이터 블록 한꺼번에 전송
• 비동기식 전송 : 한 문자씩 전송, start-stop pulse

통신 선로

• 2선식 : 주로 저속 회선, 반이중 통신
• 4선식 : 중·고속 회선, 전이중 통신
• 점 대 점 선로 : 전용선, 연속적인 데이터 전송에 적합, 확장 -> 성형 네트워크
• 멀티드롭 선로 : 복수 개의 단말기가 하나의 선로에 연결, 데이터 충돌 가능 -> 선로제어 프로토콜 필요

무선통신 매체

• 지상 마이크로파 : 접시형 안테나, 고지대, 장거리 통신, 정보 손실(감쇠, 간섭)
• 위성 마이크로파 : (+) 대용량 통신 제공, 오류율 감소, 거리 무관 -> 통신 비용 ↓   || (-) 전송지연, 점 대 점 통신만 가능(지상국-지상국), 복구 불가, 보안
• 라디오 파 : 다방향성
• 적외선 : 단거리 통신, 높은 주파수 -> 장애물 방해 ↑

네트워크 장치

• 리피터 : 신호 재생, 여러 대 사용 시 시간 지연 발생
• 허브 : 수신 신호 다른 노드로 전송 ex) 더미허브 - 전체, 스위칭 허브 - 목적지, 스태커블 허브 - 허브-허브
• 브릿지 : 데이터링크 계층, 복수의 LAN 연결
• 라우터 : 네트워크 계층, 서로 다른 접근 매체나 접근 방식 사용하더라도 동일한 네트워크 계층 프로토콜 사용하면 상호 간 통신 가능
• 게이트웨이 : 응용 계층, 데이터 형식 변환, 서로 다른 통신 프로토콜 이용 시 상호 연결 제공

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데이터 통신 기능

데이터 교환 방식

• 회선 교환 방식 : 연결 지향(연결 설정-> 데이터 전송 -> 연결 해제), 대용량 실시간 데이터 전송
• 메시지 교환 : 전송 데이터 크기 그대로 전송, 헤더 필요, Store and forward - 보조기억장치 -> 지연시간(delay time)
• 패킷 교환 방식 : 분할, 패킷 마다 헤더 필요, 주기억장치만 사용, 짧은 실시간 데이터 전송
  • 데이터그램 패킷 교환 : 비연결형 전송
  • 가상회선 전송 : 논리적 경로, 연결 지향형 전송

다중화

: 복수 개의 신호를 하나의 매체에서 사용할 수 있도록 하나의 신호로 결합하는 방법

• 시분할 다중화 : TDM(Time Division Multiplexing)
• 주파수 분할 다중화 : FDM(Frequency Division Multiplexing), 낮은 속도의 데이터를 서로 다른 반송파 주파수에 변조하여 통신 선로에 보냄
• 파장 분할 다중화 : WDM(Wavelenght Division Multiplexing), 광통신에서의 FDM

동기화

: 송수신자 사이 데이터 송수신 시점 일치시킴

주소지정

• 물리주소 : 데이터링크 계층, MAC 주소, 48비트, 콜론으로 8비트 씩 구분되는 6개의 16진수
• 논리주소 : 네트워크 계층, 32비트, 점으로 8비트 씩 구분되는 4개의 10진수

오류 제어 방식

• 후진 오류 제어 : 오류 검출 후 재전송
• 전진 오류 제어 : 오류 검출 및 수정, 연속적 데이터 흐름, 데이터 프레임에 잉여 비트 추가(해밍 코드, 리드-뮬러 코드, 리드-솔로몬 코드)

오류 검출 방식

• 패리티 검사 : 단순(-> 홀수), 2차원(-> 짝수)
• 검사합 검사 : Check Sum, 데이터를 세그먼트로 분할 -> 합 -> 1의 보수 -> 0이면 오류 X
• 순환 잉여 검사 : 비트의 블록 단위 검사, 블록/프레임 끝에만 오류 제어 정보 첨가
• 귀환 오류 제어 : 지국 사이의 역방향 채널 이용
  • 결정 귀환 : 오류 검출 위치가 수신 측 => ARQ(Automatic Repetition reQuest)
  • 정보 귀환 : 오류 검출 위치가 송신 측
  • 복합 귀환 : 결정 + 정보 귀환

ARQ(Automatic Repetition reQuest)

• 정지-대기(Stop-and-Wait) ARQ : 단순한 구현, 비용(버퍼) 저렴, 전송 효율↓
• 연속적 ARQ
  • Go-Back-N ARQ -> Sliding Window
  • Selective-Repeat ARQ : REJ 수신 프레임만 재전송, 재배열 필요, 복잡
• 적응적 ARQ : 수신 측은 통신 오류 발생률을 송신 측에 통보