1. 데이터 통신의 개요

Eunji·2025년 4월 20일
Data Communicationdata

Data Communication

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  • 전기 통신(telecommunication): 먼거리에서 행해지는 통신
  • Data: 사용자간에 합의된 형태로 표현된 정보
    • analog or digital
  • Data Communication: 전선과 같은 통신매체를 통해 두 장치 간에 데이터를 교환하는 것

1.1 데이터 통신 구성 요소

송신자(Sender)

  • 메시지를 보내는 장치

수신자(Receiver)

  • 메시지를 받는 장치

메시지(Message)

  • 전송되는 정보(데이터)
    • 문자, 숫자, 소리, 영상, 그림 또는 이들의 조합
    • Analog도 있지만 거의 Digital

전송매체(Medium)

  • 송신자에서 수신자까지 메시지를 전달하는 물리적인 경로
    • 꼬임선, 동축선, 광케이블, 레이저 또는 무선파
    • 대역폭에 따라 속도가 다름

프로토콜(Protocal)

  • 데이터 통신 수행 규칙들의 집합(상호 합의)
  • 데이터의 표현법, 신호 송신의 순서

1.2 데이터 표현

  • 문자(text): 비트 패턴, 0과 1로 된 비트들의 순차열
    • code: 부호를 표현하기 위한 비트 패턴들의 집합
    • coding: 부호를 표현하는 과정
    • ASCII: 표준 코드 7bit
    • unicode: 32bit - 한국어 포함
  • 수(number): 비트 패턴을 사용하여 표현
  • 화상(images): 픽셀, resolution(해상도)
    • 흑백(1 또는 2 bit)
    • 칼라(RGB, Y , C, M) → 각각 8bit씩 → 하나에 24bit ⇒ 압축 gif
  • 음성(audio): 연속 신호 PCM
  • 동영상(video): 연속적인 개체 또는 여러 화상의 조합

Why digital?

  • 정보를 전부 디지털로 바꿔 통신: 디지털 통신
  • 장점
    • 저장(보관) 용이
    • 깨끗한 전송
      • 아날로그는 단계를 거칠수록 노이즈 발생
    • 에러 수정 쉬움

1.3 데이터 흐름

단방향 방식(simplex mode)

  • 한쪽 방향으로만 통신 가능
  • 한 지국은 송신만, 다른 한 지국은 수신만 가능
  • e.g) 자판, 모니터, 라디오, TV

반이중 방식(half-duplex mode)

  • 각 지국들은 송, 수신이 가능
  • 각 지국간 동시 송신 불가(1차선)
  • e.g) 워키토키, 민간방송용 라디오, 블루투스이어폰, wifi

전이중 방식(full-duplex mode)

  • 양쪽 지국간 동시 송/수신 가능(2차선)
  • 신호는 링크의 용량을 공유해서 양방향으로 전달
  • 하나의 매체 내에서도 여러 회선을 구성하여 전이중 통신 가능
  • e.g) 전화

1.2 Network

  • 전송 매체 링크로 서로 연결된 장치의 모임(노드, 컴퓨터나 통신장치)의 모임

네트워크 평가 기준

  • 성능(performance)
    • 전달시간, 응답시간, 처리율, 지연
    • ip: 하나의 성능 평가 요소
  • 신뢰성(reliability)
    • 고장의 빈도수, 고장난 후 링크를 복구하는데 소요되는 시간
  • 보안(Security)
    • 불법적인 접속이나 바이러스로부터 보호

1.2.1 물리적 구조: Type of conncecton

  • 노드 연결 방식

1. 점-대-점 회선 구성(point-to-point line configutration)

  • 채널의 전체 용량은 두 기기간 전송을 위해 사용
  • 케이블이나 전선, 또는 극초단파나 인공위성 연결(무선)을 통해 구성

2. 다중점(multipoint) / 멀티드롭(multidrop)

  • LAN
  • 3개 이상의 특정 기기가 하나의 링크를 공유하는 방식
  • 채널의 용량을 공간적으로 또는 시간적으로 공유
  • 길이가 멀수록 다중점이 이득 → simple, 비용 절감

1.2.2 물리적 구조: 접속 형태 Topology

  • 물리적 혹은 논리적인 네트워크 배치 방식

1. 그물형(Mesh)

  • 모든 장치는 다른 장치와 점대점 링크
    • n개의 장치를 서로 연결하기 위해 n(n-1)/2개의 전이중 모드 링크 필요
      • n개의 장치, n-1개의 입출력 포트, 중복 제거 2
    • 단방향 모드인 경우 n(n-1)개 필요: /2 생략
  • 장점
    • 원활한 자료 전송의 보장 - 점대점 전용 링크 제공
    • 높은 안정성 ∵\because 우회 가능 ⇒ BackBone 구성
    • 비밀 유지와 보안
    • 결함 식별과 분리가 비교적 용이
      • 어느 노드 문제인지 식별이 쉽고 우회 가능
  • 단점
    • 케이블의 양과 요구되는 I/O 포트 수 ⇒ 비쌈
    • 설치와 재구성의 어려움

2. 스타형(Star)

  • 허브라는 중앙제어장치와 전용 점-대-점 링크 구성
  • 각 장치간 직접적인 통신 불가
  • 모든 전송은 허브를 통해 전송
  • 1개의 채널, 1개의 I/O 포트
  • 장점
    • Mesh보다 적은 비용
    • 설치와 재구성 용이
  • 단점
    • 허브가 고장나면 전체 시스템 고장

3. 버스형(Bus)

  • 다중점 형태
  • 탭과 유도선(drop line)에 의해 버스에 연결
  • 장점
    • 쉬운 설치
    • 가장 적은 양의 케이블 이용
  • 단점
    • 재구성이나 결합 분리 어려움 → 뽑으려면 모든 게 stop
    • 중추 케이블의 결함시 다수의 장치에 영향
    • 보안 취약 - 선이 연결되어 낚아채기 쉬움
  • 요즘은 잘 안 씀, 거의 다 star형 사용

4. 링형(ring)

  • 자신의 양쪽에 위치한 장치와 전용 점-대-점 회선을 구성 - 다중점x
  • 각 장치는 중계기 포함
  • 장점
    • 설치와 재구성이 쉬움
    • 신호(Token)는 항상 순환
    • 경보 사용
      • 일정 시간 내 신호가 수신되지 않을 시 위치를 경보
  • 단점
    • 단방향의 경우, 링 결함 → 전체 네트워크 마비
  • 해결책
    • 이중 링(송,수신 분리) 또는 결함 지점의 단절 스위치 사용을 통해 해결

실제로는 혼합형(Hybrid) 사용

1.3 Network Type

  • 전송 거리(노드와 노드 사이)에 따른 분류

1.3.1 근거리 통신망 Local Area Network

Switch 뒷단에 Router 존재

  • 단일 사무실, 건물 혹은 학교 등의 스케일에서 장치들을 서로 연결하여 자원 공유를 목적으로 설계 → 수백m(보통 200~500m)
  • 디지털 전송

1.3.2 광역 통신망 Wide Area Network

  • 대륙 또는 전세계를 포괄하는 광대역 영역에서 사용
  • 거리 제한 없음 - 여러 노드를 거치면 가능
    • 노드 사이 거리: 수 km
  • 통신회사가 선을 빌려서 망 구성

Point-to-Point WAN

  • 비용 high, private
  • 회사나 학교 사용

Switched WAN

  • 비용 low, private x
  • 일종의 공유 개념이므로 보안 중요 -> vpn
  • switch로 연결 - 가정용 인터넷

1.3.3 네트워크 간 연결 Internetwork

  • 두 개 이상의 네트워크가 서로 연결되어 있으면 Internetwork 또는 Internet
  • Router끼리 점-대-점 연결
    • Router: 데이터를 stop했다가 전달해 주는 네트워크 연결 장비
SwitchRouter
내부망외부망
2계층(링크)3계층(네트워크)
저가고가
MAC주소IP주소

  • 4개의 WAN과 3개의 LAN(Resident 포함)으로 구성된 네트워크

1.3.4 교환 Switch

회선 교환망 circuit-switched network

  • 음성에 적합

  • 종단 시스템 간에 회선이라는 전용선 이용 (Wire Connection)

  • 회선 설정 과정 필요

    • 호 설정, 연결 설정
    • 데이터 교환 이후 호 종료
    • e.g) 전화 - 전화번호 입력

  • 비용 high, 지연 low

  • 용량 low

    • 회선이 하나씩 할당되기 때문에 스케일(용량) 제한

패킷 교환망 packet-switched network

  • 데이터에 적합

  • 종단 간 통신은 패킷이라는 데이터 블록에 의해 이루어짐

  • 음성 뿐만 아니라 다른 데이터 형식 등장

  • Queue에 데이터가 들어오면 Store and Forward(Router)

    • Buffer이기 때문에 traffic이 많이 몰리면 지연 발생
    • 누가 안 쓰면 혼자 쓸 수 있음

  • e.g) 인터넷 전화

    • 음성 → 패킷 전환 후 전송

  • 비용 low, 용량 high

1.3.5 인터넷 Internet

  • 백본, 제공자 네트워크, 소비자 네트워크로 구성
  • 백본은 미국에 있는 통신 제공 기업
  • 대등점 Peering point
    • 제공자끼리 점대점 직접 연결 → 비용 low
  • 백본, 제공자 네트워크
    • 인터넷 서비스 제공자 Internet Service Provider
  • 제공자 네트워크 Provider network
    • 요금을 지불하고 백본 이용
    • National or regional ISP
  • 소비자 네트워크 Customer network
    • 인터넷 말단으로 인터넷에서 제공되는 서비스 이용

1.4 Internet History

1.4.1 초기 역사

1961년 MIT의 클라이녹 패킷 교환망 발표

ARPANET

  • 미국 방성이 정보 공유를 위한 컴퓨터 연결 관심
  • 각 호스트를 IMP(Interface Message Processor)라는 특정 컴퓨터에 연결하고, IMP들을 서로 연결하는 ARPANET 제안
  • 1969년 4개의 노드를 네트워크로 구성, NCP(Network Computer Protocol)라는 소프트웨어가 호스트간 통신 제공

1.4.2 인터넷의 탄생

  • 1972년 네트워크를 통하여 패킷을 전송하는 중계 하드웨어 역할을 하는 게이트웨이(Gateway) 개발

TCP / IP

  • 1973년 종단-대-종단 패킷 전달을 위한 프로토콜 제안
  • 네트워크간 연결 프로토콜을 TCP/IP로 부르기 시작
  • 1981년 UNIX OS에 TCP/IP 포함 배포
  • ARPANET의 공식적인 프로토콜

MILNET → CSNET → NSFNFT → ANSNET

오늘날의 인터넷

  • WWW - CERN에 있는 팀 버너스리에 의해 개발
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