[네트워크 관리사 2급] 3. 데이터 통신

데이터 통신

정보 신호

정보 신호에는 두 가지 신호가 있다. 바로 아날로그 신호와 디지털 신호인데, 아날로그 신호는 연속적 변화의 전자기파로 알기 쉬운 예제로는 사람의 음성이 있으며, 디지털 신호는 불연속적인 신호로 가장 대표적인 예제로 컴퓨터가 있다. 컴퓨터는 데이터를 표현할 때 오직 0과 1만으로 표현되는데 아날로그 신호에 비해 잡음이 적고 오류율이 적다는 장점이 있다.

|형태|전송 회선|내용|신호 변환기| |-|-|-|-| |아날로그|아날로그 전송|증폭기를 이용해 신호 세기 증폭|전화기| |아날로그|디지털 전송|코덱 사용, 원음 재생|PCM| |디지털|아날로그 전송|모뎀 사용|모뎀| |디지털|디지털 전송|DSU 사용|DSU|

아날로그 > 디지털 == PCM(Pulse Code Modulation) 디지털 > 아날로그 == DSU(Digital Service Unit)

정보 전송 방식

정보 전송 부호는 데이터 전송 간 송신자와 수신자 상호 규정된 데이터 형태를 약속하는 것을 말한다.

정보 전송 부호화

전송 부호에는 2진, ASCII, EBCDIC 등이 있다.

구분	설명
2진 부호	0, 1로 데이터를 전송
BCD Code	$2^6$개의 64가지 정보 표현
ASCII Code	7비트로 $2^7$의 128개의 정보 표현
EBCDIC Code	8비트로 $2^8$의 256개의 정보 표현

직렬, 병렬

• 직렬 전송 하나의 전송 회선을 이용해 데이터를 순차적으로 전송하는 방식, 회선이 적고 비용이 적으나 데이터 전송 속도가 느리며 장거리 전송에 적합함

• 병렬 전송 여러개의 전송 회선을 이용해 데이터를 전송하는 방식, 회선이 많이 필요하고 비용이 많이 들지만 데이터를 빠르게 전송할 수 있음, 에러 발생 가능성이 높음

비동기식, 동기식

• 비동기식 전송 한 문자 단위로 데이터를 전송하는 방식으로 문자를 전송할 때 스타트 비트와 엔드 비트로 데이터를 구분해 전송함. 문자들 사이에 유휴시간이 존재

• 동기식 전송 블록 단위로 데이터를 전송하는 방식으로 많은 양의 데이터를 전송할 수 있는 장점이 있음, 원거리 전송에 용이함

데이터 통신 방식

교환 회선, 전용 회선

• 교환 회선 교환기를 사용해 데이터를 전환해 교환하는 방식, 주로 사용자가 많고 데이터가 적을 때 사용함

• 전용 회선 교환기를 사용하지 않고 송수신자간에 데이터를 직접적으로 전달하는 방식, 주로 사용자가 적고 데이터가 많을 때 사용함

Point to Point, Multi Point

• Point to Point 하나의 통신 회선을 통해 1대 1로 연결하여 데이터를 전송함. 전용 회선을 사용해 데이터를 보내기 때문에 안정적이고 속도가 빠르게 데이터를 보낼 수 있음

• Multi Point 하나의 통신 회선으로 여러 사용자에게 데이터를 전송하는 방식, 하나의 통신 회선만 사용하기 때문에 어느 순간에 어느 사용자에게 보낼지 데이터를 전송할 지 결정해야하는데, 이 때 폴링(Polling)과 셀렉션(Selection)방식을 사용함.

폴링(Polling) : 전송 회선에 전송할 데이터가 있는지 주기적으로 검사하는 방법 셀렉션(Selection) : 수신자가 받을 준비가 되어있는지 확인하는 방법

회선 제어 단계

데이터 송수신을 위한 제어 단계, 다음과 같음 1) 회선 연결 - 물리적 연결 2) 링크 확립 - 송수신 간 데이터 전송 가능 확인 3) 메시지 전송 - 데이터 전송 4) 링크 단절 - 송수신 간 링크 단절 5) 회선 절단 - 물리적 연결 해제

전송 매체

전송 에러

노이즈(Noise)

전송 시스템에 의해 생긴 왜곡을 포함한 불필요한 신호

감쇠(Attenuation)

데이터가 회선을 통해 전송되는 도중 전기적 신호가 약해지는 현상

혼선(Crosstalk)

서로 다른 전송로 간에 상이한 전송 신호가 전기적 결합에 의해 다른 회선에 영향을 주는 현상, 통신 품질을 저하시키는 직접적인 요인이다

선로

트위스티드 페어 케이블(Twisted Pair Cable)

2개의 구리 선이 서로를 감싸있으며 전화선으로 많이 사용되는 케이블

비용이 저렴하나 혼선, 감쇠, 도청 쉬움

동축 케이블(Coaxial Cable)

중앙의 구리선을 플라스티 절연체로 감싸서 만든 케이블, 주로 TV에서 수신할 때 사용하는 케이블

광섬유 케이블(Optical Fiber Cable)

빛의 전반사 현상을 이용해 만든 케이블, 신뢰성이 높고 온도 변화에 일정해 에러율이 낮음

높은 비용, 설치가 어려우나 도청에 강하고 감쇠에 영향을 받지 않음

변조

변조는 아날로그나 디지털로 부호화 된 신호가 전송 매체에 전송 할 수 있도록 주파수 및 대역폭을 가진 신호로 변환하는 일련의 과정을 말한다. 부호화는 현재 정보나 신호가 아닌 다른 형태로 변환하는 것을 의미한다.

아날로그 변조

아날로그 > 아날로그 신호로 변조하는 것은 AM(진폭 변조), FM(주파수 변조), PM(위상 변조)등이 있다.

변조	설명
FM	반송파(전달을 위해 입력 신호를 변환한 전자기파)의 기준 주파수를 기준으로 정보 신호의 변화에 비례해 변화시킨 것, 잡음에 강해 FM 방송, 저속 데이터 전송용 모뎀등에 사용함
PM	반송파의 위상을 정보 신화의 변화에 비례해 변화 시킨 것, 디지털 무선 전송 등에 사용함

디지털 변조

디지털 > 아날로그 신호로 변조하는 것은 ASK(진폭 편이 변조), FSK(주파수 편이 변조), PSK(위상 편이 변조)등이 있음.

FSK, 주파수 편이 변조

0과 1에 서로 다른 주파수를 사용해 변조하는 것으로 주로 저속 비동기 전송에 사용함, ASK보다 에러에 강하고 회로가 간단한 편이다

PSK, 위상 편이 변조

0과 1에 서로 다른 위상을 적용해 변조하는 것으로 중, 고속 동기 전송에 사용하는 변조 방식이다. 주로 모뎀에서 사용함, 위상을 달리해 복잡도가 높은 데이터 전송률이 높아진다

QSM, 직교 진폭 변조

같은 주파수의 위상이 90도 다른 2개의 파를 사용해 각각을 진폭 변조해 조합한 것으로 AM과 PM의 방법을 조합한 것이라고 생각하면 된다. 고속 모뎀, 고속 디지털 무선 전송 등에 사용한다.

베이스밴드, 브로드밴드

베이스밴드

디지털 신호를 변조하지 않고 그대로 사용하는 것으로 데이터 전송 품질이 우수하다, 변조를 하지 않기 때문에 별도의 모뎀이 필요가 없고 근거리 전송에 많이 사용된다. 네트워크 운영 비용이 저렴하고 전이중 방식인 양방향 전송이 가능하다. 장거리 전송을 하려면 리피터라는 추가적인 장치를 운영해야하며 통신 잡음에 쉽게 변형되어 손실이 큰 편이다.

브로드밴드

디지털 신호를 여러 개의 신호로 변조해 다른 주파수 대역으로 동시에 전송하는 방식으로 하나의 통신 선로에 여러 개의 채널을 사용해 동시에 전송한다. 주로 장거리 전송에 사용하는 방식이다. 비용이 저렴하며 잡음에 의한 신호 감소가 적다. 하지만 베이스밴드보다 속도가 느리고 단방향 전송이다.

PCM(Pulse Code Modulation)

아날로그 신호를 디지털 신호로 변조하는 것으로 아날로그 신호를 펄스로 변환하고 수신 측에서 다시 아날로그 신호로 환원하는 방식이다. 이 방식은 고품질의 정보와 서비스가 가능하다는 장점이 있다.

PCM 변조 과정

PCM의 변조 과정은 다음과 같다. 1) 표본화 - 아날로그 파형을 작은 간격의 직사각형으로 시분할해 신호를 만든다 2) 양자화 - 표본화된 신호의 진폭은 일정한 값이 아니라 수량화를 수행한다 3) 부호화 - 양자화된 진폭 값은 2진법으로 나타낼 수 있어 디지털 신호로 변환할 수 있다 4) 복호화 - 디지털 신호를 펄스 신호로 변환한다 5) 여과 - 본래의 아날로그 신호로 변환한다

PCM 방식은 전송 레벨의 변동이 없고, 잡음에 강해 펄스 코드를 이용한 변조 방식과 다중화가 용이한 장점이 있다(하지만 점유 주파 대역폭이 큰 편)

다중화(Multiplexing)

다중화는 여러 단말의 신호를 하나의 통신 회선을 통해 송신하고 수신 측에서 다시 여러 단말장치의 신호를 분리해 입출력 할 수 있는 방식을 말한다. 다중화는 하나의 통신 회선을 사용하기 때문에 회선과 모뎀을 절약할 수 있다.

주파수 분할 다중화(FDM, Frequency Division Multiplexing)

좁은 주파수 대역을 사용하는 여러 신호를 넓은 주파수 대역을 가진 하나의 전송로를 사용해 전송되는 방식이다. 통신 채널이 제한된 주파수 대역을 여러 개의 독립된 저속 채널의 집단으로 분리한다. 보호대역이라는 채널 간의 완충지역으로 불필요하게 대역폭을 낭비한다는 단점이 있다.

시분할 다중화(TDM, Time Division Multiplexing)

전송회선의 데이터 전송 시간을 타임슬롯이라는 일정한 시간 폭으로 나누어 일정한 크기의 데이터를 채널 별로 전송하는 방식을 말한다. 고속 전송이며 포인트 투 포인트(Point to Point)방식을 주로 사용하고 동기식 시분할 다중화와 비동기식 시분할 다중화가 있다.

역다중화(Demultiplexing)

하나의 신호를 2개의 저속 신호로 나누어 전송하는 방식이다. 이 때 하나의 채널이 고장나도 50%의 속도로 계속적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

파장 분할 다중화(WDM, Wavelength Division Multiplexing)

광섬유를 사용해 하나의 선로에 8개 이하의 신호를 중첩해 전송하는 기술이다.