[Data Communications] Chapter 1

1. Data Communications

데이터 통신이란, 어떤 형태의 전송 매체를 통해 두 장치간에 데이터를 교환하는 것이다.

• Effectiveness of Data Communications System

  1). Delivery : 올바른 목적지에 전달해야함.

  2). Accuracy : 데이터를 정확하게 전달해야함.

  3). Timeliness : 통신 시스템은 시기적절하게 데이터를 전달해야함. 지연 데이터는 쓸모가 없음. 시기적절한 전달은 데이터가 생성되는 대로, 생성된 순서대로, 큰 지연 없이 전달되는 것을 의미함.

  4). Jitter : 패킷 도착 시간의 변동을 나타낸다. 이는 데이터 패킷 전달에 있어 불균등한 지연을 의미한다. 예를 들어, 비디오 패킷이 30ms마다 전송된다고 가정해보자. 일부 패킷이 30ms 지연으로 도착하고, 다른 패킷이 40ms 지연으로 도착한다면, 비디오의 질이 불균일해진다.

• Five components of data communication

  1). Sender (송신자) : 데이터를 전송하는 장치 또는 사용자. 송신자는 데이터를 생성하고, 네트워크를 통해 목적지(수신지)에 보낸다.

  2). Receiver (수신자) : 데이터와 정보를 수신하는 장치 또는 사용자이다. 수신자는 네트워크를 통해 데이터를 받고 처리한다.

  3). Message (메시지) : 송신자와 수신자 사이에서 교환되는 정보의 내용이다.

  4). Transmission Medium (전송 매체) : 데이터가 송신자에서 수신자까지 이동하는 물리적 혹은 무형의 경로. 전송 매체는 유/무선으로 구성될 수 있다.

  5). Protocol (프로토콜) : 데이터 교환을 위한 규칙, 절차, 형식의 집합이다. 프로토콜은 송신자와 수신자가 데이터를 효과적으로, 정확히, 안전하게 교환할 수 있도록 한다. 현재 데이터 통신에 많이 쓰이는 대표적인 프로토콜은 TCP/IP, HTTP, FTP 등이 있다.

• Data Flows

  1). Simplex (단방향) : 송신자는 데이터 전송, 수신자는 데이터 수신만 할 수 있다. (모니터, 키보드 등)

  2). Half-duplex (반양방향) : 송신자와 수신자가 데이터를 주고받을 수 있지만, 동시에는 할 수 없다. (무전)

  3). Full-duplex (양방향) : 송신자와 수신자는 동시에 데이터를 주고받을 수 있다. (전화 통화)

• Network Criteria

  1). Performance (성능) : 전송 시간, 응답 시간, 처리량 및 지연 등에 따라 결정된다.

  2). Reliability (신뢰성) : 고장의 빈도, 링크가 고장으로부터 회복되는 데 걸리는 시간, 재난 상황에서 네트워크의 건재함 등이 포함된다.

  3). Security (보안) : 데이터를 무단 접근으로부터 보호하고, 데이터를 손상, 침해 및 손실에서 회복하기 위한 정책 및 절차를 구현하는 것.

2. Physical Structure

1). point-to-point : 모든 디바이스가 1:1 대칭으로 연결되어 있는 구조. 속도, 신뢰성, 보안 모두 뛰어나지만 경제성이 떨어진다.

2). Multipoint : 하나의 링크에 여러 장치가 연결되어 있는 구조. 링크 하나에 의존하기 때문에, 링크가 고장 나는 등 문제가 발생하면, 모든 사용자에게 영향이 미친다. 속도, 신뢰성, 보안이 point-to-point에 비해 떨어지지만 경제성이 우수하다.

3). Mesh network : 모든 디바이스가 각각의 디바이스에 연결되어 있는 구조. point-to-point 구조에 가깝다. 성능, 신뢰성, 보안이 뛰어나지만 경제성이 떨어진다.

4). Star Topology (Hub network) : 모든 장치가 중앙에 위치한 단일 접점(허브)에 연결된다. 네트워크가 허브 의존성이 크므로 허브 자체에 문제가 발생한다면 모든 사용자에게 영향을 미친다.

5). Bus Topology : 모든 장치가 단일 링크에 연결되는 구조이다. 보안, 신뢰성, 성능이 낮지만 경제성이 좋다.

6. Ring Topology : 각 장치가 두 개의 인접 장치와 직접 연결되어 하나의 닫힌 링 형태를 띄는 구조. 데이터는 링 모양의 링크을 따라 한 방향으로만 이동하고, 만약 한쪽이 끊어졌다면 반대 방향 흐름으로 데이터 전송을 할 수 있다.

3. Network Types

• Local Area Network (LAN) : 작은 범위의 지역을 연결하는 네트워크. (한 건물, 한 회사, 한 캠퍼스 등)

1). LAN은 주로 Host들을 서로 연결하여 네트워크를 구축한다.

2). IP Address와 같은 Identifier (식별자)가 필요하다.

3). Ethernet 주소 사용 (48 bit)

4). 네트워크 사용자들은 LAN을 통해 여러 자원을 공유할 수 있다.

5). 데이터 전송 속도, 신뢰성, 보안에 강점이 있다.

6). 네트워크 구조 구성에 자유도가 있다.

• Wide Area Network (WAN) : 큰 범위의 지역을 연결하는 네트워크. (도시, 주, 국가, 전 세계 등)

1). 스위치, 라우터, 모뎀과 같은 연결 장치들을 연결하여, 다양한 지역 네트워크를 서로 연결하는 데 중점을 두고 있다.

2). Mesh network와 같은 구조가 WAN에 매우 적합하다.

3). 현재 인터넷 (InterNetwork)는 LAN과 WAN이 연결되어 있는 구조이다. (각각의 LAN들을 Router로 연결)

• Switching : 인터넷은 최소 두 개 이상의 링크를 연결하는 스위치로 구성된 Switched network이다. 스위치는 데이터가 목적지에 적절히 도착하도록 돕는다. 스위치는 데이터를 목적지에 보낼 때 적절한 경로를 찾아주는 알고리즘을 갖고 있다.

• Circuit Switched network : 이 네트워크는 통신하는 두 장치가 물리적으로 연결되어 있다. 이 링크는 통신이 진행되는 당사자만이 사용할 수 있고, 통신이 종료되기 전까지 다른 어떤 통신도 이 링크를 사용할 수 없다. 전화 통화가 이 네트워크의 대표적인 예시이다.
  

  • 주로 음성 데이터 통신에 많이 사용됨.
    
    
  • 사용자에게 연결된 링크는 다른 누군가가 접근할 수 없다.
    
    
  • 링크에 접근하기 위해선 경쟁이 필요없다. 즉, 한 사용자가 링크를 사용중이라면 다른 누구도 링크에 접근할 수 없다.
    
    
  • point-to-point 구조와 유사함.
    
    

• Packet Switched network : 이 네트워크는 데이터를 작은 패킷으로 분할하여 전송한다. 각 패킷은 출발지와 목적지 주소를 갖는다. 이 패킷들은 네트워크 내의 스위치와 라우터를 통해 독립적으로 최적의 경로를 찾아 목적지로 전송된다. 인터넷이 대표적인 예시이다.
  

  • 다른 누군가가 선점하는 것이 아닌, 경쟁을 통해 링크에 접근한다. (트래픽이 증가 $\rarr$ 패킷이 Queue에 대기 $\rarr$ 느려짐)
    
    
  • Multi Point 구조와 유사
    
    
  • 데이터 패킷을 Queue에 쌓아둔 뒤, 하나씩 전송 한다. (Data 전송 목적지를 결정하는 작업을 해야하기 때문)
    
    
  • 컴퓨터 네트워크는 Bursty Data를 처리할 수 있어야되는데, 이를
    Circuit Switching으로 해결하기에는 한계가 있었다. 이를 해결하는 데 패킷 네트워크가 중요한 역할을 했다.
    
    

• Internet : 인터넷은 수천개의 상호 연결된 네트워크로 구성된다. 전세계 수천개의 네트워크가 상호 연결되어 광대한 네트워크의 집합을 구성하고, 이 네트워크는 TCP/IP을 표준 프로토콜로 사용한다. 사용자는 인터넷 서비스 제공업체 (ISP, Internet Service Provider)에 물리적으로 연결되어야 한다.