1. 네트워크 일반

1.1. 네트워크 개요

거리기반 네트워크 종류

• PAN (Personal Area Network)
  • 약 5미터 이내의 인접지역 간의 통신
  • 짧은 거리로 보통 무선의 WPAN이 많이 사용.
• LAN (Local Area Network)
  • 근거리 네트워크
  • WAN보다 통신 속도가 빠름.
  • Client/Server, peer-to-peer 통신
• WAN ( Wide Area Network )
  • 광대역 네트워크
  • LAN에 비해 전송지연이 크고, 느림.
  • 라우팅 알고리즘이 중요.
• MAN ( Metropolitan Area Network)
  • LAN과 WAN의 중간형태.
  • 동축 케이블, 광케이블이 전송매체이다.
  • DQDB : 1980년대 IEEE 802.6표준으로 MAN 네트워크로 개발된 프로토콜

데이터 전송 방식

• 단방향 통신 (Simplex)
• 반이중 통신 (Half Duplex)
• 전이중 통신 (Full Duplex)

회선 교환 (Circuit Switching)

• 교환기를 통해 통신회선을 설정하고 직접 데이터를 교환하는 방식이다.
• point to point 방식
• 실시간 처리 가능, 안정적 통신 가능, 전송지연 없음
• 대용량의 데이터를 연속/고속으로 전송할 때 좋음
• 직접 교환 방식이다.
• 송수신측 장비는 반드시 같은 전송률과 같은 기종이어야함.
• 교환망 내에서 에러제어 기능 어려움
• 통신비용이 고가

패킷 교환 (Patcket Switching)

• 다중화 : 패킷을 여러경로로 공유 가능
• 가상 회선 채널, 데이터그램 교환 채널 존재
• 패킷마다 최적의 경로 선택 가능
• 순서 제어, 트래픽 제어, 에러 제어 존재
• 회선 이용률이 높고, 속도 변환, 프로토콜 변환이 가능.
• 신뢰성이 높음 -> 전송 오류검사를 실시한다. -> 오류 발생시 재전송이 가능하다.
• 이 기종 단말장치 간 통신 가능
• 전송량에 따라 통신 지연 발생 가능
• 패킷별 헤더 추가로 인해 오버헤드 발생 가능

데이터그램 (Datagram)

• 패킷 교환 방식으로 동작하면서 IP주소를 사용하는 인터넷 네트워크를 말한다.
• IP주소가 붙은 패킷을 데이터그램이라고 한다.
• 각 패킷을 미리 정해진 경로없이 독립적으로 처리하여 교환하는 방식
• 특정 교환기 장애시 해당 경로를 우회할 수 있어 가상회선보다 패킷을 잃어버릴 확률이 낮다.
• 패킷을 재정렬하는 기능이 필요하다.

가상회선 (Virtual Circuit)

• 회선 교환 방식과 데이터그램 방식의 장점을 결합한 통신 기술이다.
• 처음 패킷으로 최적의 경로가 고정되면 그 다음 패킷으로 나누어 고속 전송하는 기술이다.
• 패킷을 전송하기 전 논리적인 연결을 먼저 수행한다. (제어패킷에 의한 연결형 서비스 제공)
• 송신자는 호출을 하고 호출 신 패킷을 주고받으면서 연결하는 형식
• 일정한 전송률은 보장 못함.
• 이미 확립된 접속을 끝내기 위해 Clear Request 패킷을 사용한다.
• 특정 교환기 장애시 모든 패킷을 잃어버린다.

메시지 교환 (Message Switching)

• 축적 교환 방식 : 송신된 메시지를 중앙에서 일정 단위로 나누어서 버퍼(Buffer)에 저장/축적하였다가 처리하는 방법이다.
• 메시지를 메모리에 저장한다.
• 메시지를 공유할 수 있다.
• 메시지 별로 우선순위를 부여할 수 있다.
• 에러 제어 제공, 응답 속도가 느림 -> 버퍼 저장해야하므로 지연 발생 -> 대화형 시스템으로 사용하기 힘듦

1.2. 근거리 통신 기술 (LAN)

근거리 통신 장단점

• 전송되는 패킷 손실 및 지연이 적다.
• 사용자 간에 쉽고 빠른 자료 공유 가능
• 오류발생률 낮음 -> 신뢰성이 높음, 구축 비용이 저렴
• 전송거리가 짧음 -> 거리 제약 존재
• UTP 및 광케이블로 구축되지만 네트워크에 노드가 많아지면 성능이 떨어질 수 있다.

근거리 통신 프로토콜

• ALOHA (Additive Links Online Hawaii Area)
  • 중앙국 제어 없음. 다원 접속 프로토콜
• Slotted ALOHA
  • 중앙국이 클럭 신호로 제어. 모든 국들을 동기화 시켜 패킷을 전송
  • 패킷 충돌 확률 감소, ALOHA보다 처리율 2배, 주로 무선 LAN에 사용
• CSMA/CD (유선), CSMA/CA (무선)
  • 전송을 원하는 스테이션이 전송 매체를 살펴서 현재 전송중인지 조사하고, 상대 스테이션의 전송이 끝날 때 까지 전송 대기한다.
• CSMA/CD LAN
  • CSMA 방식에 충돌이 발생하면 즉시 검출하고 송신 대기 -> 충돌 해제되면 프레임 재전송

IEEE 802

• IEEE 802.11n : 54Mbps ~ 600Mbps
• IEEE 802.11b : 11Mbps
• IEEE 802.11a : 54Mbps
• IEEE 802.11g : 54Mbps

이더넷 (Ethernet)

• IEEE 802.3, CSMA/CD 방식
• 동축 케이블 또는 비차폐 연선 사용. (UTP, Fiber)
  • 고속 이더넷은 STP 케이블 추가
• 성형과 버스형으로 네트워크 망 구성
  • 고속 이더넷은 성형으로만 네트워크 망 구성
• 설치 비용 저렴, 관리 쉬움
• 네트워크 구조 간단
• 신호 충돌 발생 가능 -> 네트워크 지연 발생 가능

1.3. 데이터 통신

신호 변환기

• PCM (Pulse Code Modulation) : 아날로그 신호 -> 디지털 신호
• 모뎀 (Modem) : 디지털신호 -> 아날로그 신호
• DSU (Digital Service Unit) : 디지털 신호 -> 디지털 신호

직렬 전송/병렬 전송

구분	직렬 전송	병렬 전송
개념	한 문자의 비트를 하나의 전송 선로를 통해서 순차적으로 전송	한 문자의 비트를 각자의 전송로를 통해서 한꺼번에 전송
특징	동기식 전송 방식	비동기식, 송수신기가 단순
장점	- 전송 에러가 적음 - 장거리 전송 - 통신 회선 비용이 저렴	데이터를 빠르게 전송
단점	전송 속도가 느림	에러 발생 가능성이 높음

비동기식 전송/동기식 전송

구분	비동기식 전송	동기식 전송
개념	- 한번에 한 문자씩 전송 - 한 문자 전송마다 동기화 수행 - Start Bit, Stop Bit존재	데이터를 블록으로 나누어 블록 단위로 전송
전송 단위	문자 단위의 비트 블록	프레임
전송 속도	저속	고속
전송 효율	낮음	높음
장점	동기화가 단순하며 저렴	원거리 전송에 용이
단점	문자 사이에 유휴 시간 발생	고가

회선 제어 단계

회선 연결 -> 링크 확립 -> 메시지 전송 -> 링크 단절 -> 회선 절단

아날로그 변조

• AM (Amplitude Modulation) : 진폭 변조
• FM (Frequency Modulation) : 주파수 변조
• PM (Phase Modulation) : 위상 변조

디지털 변조

• ASK (Amplitude Shift Keying) : 진폭 편이 변조
  • 2진수 0과 1에 서로 다른 진폭을 적용.
  • 광섬유로 디지털 데이터 전송에 사용
  • 잡음, 신호 변동에 약함
• FSK (Frequency Shift Keying) : 주파수 편이 변조
  • 0과 1에 다른 주파수를 사용
  • 저속 비동기 전송에 주로 사용
  • ASK보다 에러율 낮음
• PSK (Phase Shift Keying) : 위상 편이 변조
  • 0과 1에 다른 위상을 적용
  • 중속, 고속 동기전송에 많이 사용. 주로 모뎀에서 사용
• QAM (Quadrature Amplitude Modulation) : 직교 진폭 변조
  • AM과 PM을 조합한 방법.
  • 고속 디지털 신호를 가능한 좁은 주파수 대역으로 전송하는 데에 적합
  • 주로 고속 모뎀, 고속 디지털 무선 전송에 사용.

베이스밴드 (Baseband)

• 디지털 신호를 변조하지 않고 그대로 전송하는 방식
• 전송 품질 우수, 별도 모뎀 필요 없음.
• 근거리 전송에 많이 사용
• 양방향 전송 가능
• 네트워크 운영 비용 아주 저렴.
• 장거리 전송시 리피터 장치 추가 필요
• 통신 잡음에 쉽게 변형됨. -> 손실이 큼
• 시분할 다중화

브로드밴드 (BroadBand)

• 디지털 신호를 여러개 신호로 변조해서 다른 주파수 대역으로 동시 전송
• 장거리 전송에 사용
• 비용 저렴, 잡음에 의한 신호 감소가 적음
• 다중채널 사용해서 음성, 영상 전송
• 회로가 매우 복잠. -> 설치 관리 어려움
• 베이스밴드보다 속도 느림
• 단방향 전송임
• 주파수 분할 다중화

PCM 변조 과정

표본화(Sampling) -> 양자화(Quantixation) -> 부호화(Encoding) -> 복호화(Decoding) -> 여과(Filtering)

다중화

• FDM (Frequency Division Multiplexing) : 주파수 분할 다중화
• TDM (Time Division Multiplexing) : 시분할 다중화
  • Time Slot이라는 일정한 시간 폭으로 나누어서 전송
  • Point to Point 방식에 사용.
• 역다중화 (Demultiplexting)
• WDM (Wavelength Division Multiplexing) : 파장 분할 다중화
  • 광섬유를 사용.
  • 하나의 선로에 8개 이하의 신호를 중첩해서 전송

에러 제어 기법

• 패리티 검사 (Parity Check Bit)
  • 원래 데이터에 1비트 추가
• 순환 잉여도 검사 (CRC)
  • 순환 중복 검사를 위해 미리 정해진 다항식을 적용
• 해밍 코드 (Hamming Code)
  • FEC (Forward Error Control)기법, 패리티 비트를 추가
• 블록합 검사 (BCS)
  • 패리티 검사 단점 보안. 패리티를 추가로 계산

1.4. 광대역 기술

HDLC (Hight-Level Data Link Control)

• 반이중, 전이중 통신 지원
• 동기식 전송 방식
• 오류제어 (Go-back-N ARQ, 재전송 ARQ)
• 흐름제어 (슬라이딩 윈도우, XON/OFF, Stop and Wait 방식)
• 프레임 구조
  • | 시작 플래그(8) | 주소(8) | 제어(8) | 정보 | FCS(16) | 종료 플래그(8) |
• 프레임 종류 : 제어 필드에 값이 들어감.
  • 정보 프레임 : 사용자 데이터 전달
  • 감독 프레임 : 흐름 및 에러 제어
  • 무번호 프레임 : 회선 설정, 유지 종결

기타

광섬유 구조

• 코어 (Core)
• 클래딩 (Cladding)
• 코팅 (Coating)