Data Communications 제4장 데이터통신의 기본 개념

목차 4.1 회선 구성 4.2 전송 기술의 종류와 특성 4.3 토폴로지 4.4 네트워크

4.1 회선 구성 (1/7) 점대점(point-to-point) 방식 메인프레임 형태의 중앙의 컴퓨터와 여러 터미널들이 독립적인 회선을 이용하여 1:1로 연결되는 방식 비지능형(dumb) 터미널을 비동기식으로 중앙 컴퓨터에 연결할 때 사용 TCP/IP 환경에서는 PPP를 사용하여 1:1로 연결

4.1 회선 구성 (2/7) 다중점(Multi-point) 방식 하나의 장치에 연결된 하나의 전용회선을 사용하여 다수개의 장치들을 연결하고 정보를 송수신하는 방식 멀티 드롭(Multi-drop)방식 이라고도 함 컴퓨터가 폴링하는 시스템에서만 사용 가능 컴퓨터가 방송하는 형태로 모든 터미널에 데이터 전송 터미널의 주소 판단 기능과 버퍼가 필요 장점 : 데이터 양이 적을 때 효과적, 회선 비용 절감 단점 : 회선 고장시 고장지점 이후 단말장치 운용 불가

4.1 회선 구성 (3/7) 교환(Switching) 방식 회선 교환 방식 정보 전송 시작할 때 물리적인 연결을 확립하고 전송이 종료될 때까지 연결 유지 물리적으로 연결된 회선은 다른 사람과 공유하지 못함 음성 교환기의 교환방식

4.1 회선 구성 (4/7) 패킷 교환 방식 특징 패킷 마다 주소를 삽입 노드들이 패킷을 통하여 대역폭을 공유하는 방식 전송 중 항상 동일한 경로를 경유하여 데이터가 전송된다. 점대점 방식의 전송 구조를 갖는다. 상대적으로 긴 접속 시간을 필요로 하나 전송 지연은 거의 없다. 고정적인 대역폭을 사용한다. 속도나 코드의 변환이 불가능하다. 패킷 교환 방식 패킷 마다 주소를 삽입 노드들이 패킷을 통하여 대역폭을 공유하는 방식 패킷의 주소를 보고 최종 목적지까지 패킷을 전달 데이터 트래픽이 없을 때 낭비되는 대역폭을 효율적으로 이용 물리적인 전송로를 여러 노드가 공유

4.1 회선 구성 (5/7) 특징 주로 데이터를 위한 교환방식으로 대역폭의 효율적인 이용이 목적. 교환기 자체의 비용을 현저하게 낮출 수 있다. 패킷교환기는 컴퓨터 그 자체이며 교환행위는 컴퓨터 메모리의 어떤 부분에 있는 데이터를 다른 메모리 위치로 옮기는 컴퓨터 명령어에 의해 수행되므로 패킷교환 방식은 소프트웨어에 의한 교환이라고 볼 수 있다. (메모리 기반 패킷 스위칭의 경우)

4.1 회선 구성 (6/7) 데이터그램(Datagram) 방식 컴퓨터통신의 기본 단위 그 자체로 모든 것을 완비한 하나의 독립된 메시지 패킷마다 주소를 넣어 구성 - 패킷을 독립적으로 취급 송신지의 패킷 순서와 수신지의 패킷 순서가 다를 수 있음 패킷 손실시 송/수신지에서 복구 제어 장점 호 설정 절차가 필요없음 적응양의 데이터를 전송하는 경우 효과적 노드별로 전송을 하기 때문에 망 운용에 높은 유연성 제공 (오류 발생의 경우에 효과적)

4.1 회선 구성 (7/7) 가상회선(Virtual Circuit) 방식 전송 시작할 때 두 지점 사이에 논리적 전송경로 설정 송수신자 주소 대신에 논리적 전송경로 번호를 이용하여 스위칭 회선교환방식의 회선과 유사한 기능제공 -> 가상회선 각 패킷은 데이터정보 뿐만 아니라 가상회선 식별자를 포함 경로 설정과 관련된 결정을 할 필요 없음 ; 각 노드가 패킷에 대한 경로를 알고 있음 장점 패킷의 순서 및 오류 제어를 망에서 제공 패킷을 신속하게 전송

4.2 전송 기술의 종류와 특성 (1/10) 단방향과 양방향 전송 단방향(simplex) 전송 방식 데이터 전송로에서 한 방향으로만 데이터가 흐르는 전송 방식 원격 측정기(telemeter), 라디오, TV 방송 등 데이터는 컴퓨터측에서 제어를 받는 장비측으로 전송 양방향(duplex) 전송 방식 방향의 전환에 의해 데이터의 흐르는 방향을 바꾸어 전송 가능 송수신측이 미리 결정되어 있지 않음

4.2 전송 기술의 종류와 특성 (2/10) 반이중(half duplex) 전송 방식 전이중(full duplex) 전송 방식 두 장치 간에 교대로 데이터를 교환 (e.g., 무전기) 한 순간에는 반드시 한쪽 방향으로만 전송 전이중(full duplex) 전송 방식 두 장치 간에 동시에 양방향으로 데이터를 교환 전송 회선의 사용 효율이 높음 회선비용이 많이 소요

4.2 전송 기술의 종류와 특성 (3/10) 아날로그 및 디지털 전송 아날로그 전송 방식 디지털 전송 방식 아날로그 데이터 : 연속적으로 변화하는 물리량의 변화값으로부터 획득되는 데이터 예) 온도, 압력, 전압 등 디지털 데이터 : 불연속적인 값을 가지며 임의의 최소값의 정수배를 다루는 데이터 예) 문자열, 숫자 등 아날로그 전송 방식 아날로그 신호를 수단으로 전송 아날로그 신호는 음성이나 변조된 디지털 데이터 전송거리 증가에 따른 신호 감쇄현상을 막기 위하여 증폭기(Amplifier) 사용 디지털 전송 방식 디지털 신호를 전송하는 수단 제한된 거리에서의 감쇄현상은 없으나 전송거리의 제한을 극복하기 위해서 리피터(Repeater) 사용

4.2 전송 기술의 종류와 특성 (4/10) 직렬 및 병렬 전송 직렬 전송 방식 한번에 한 비트씩 순서대로 데이터 전송 쉬프트 레지스터(Shift Register) 사용 직렬 신호 ↔ 병렬 신호 문자나 비트들을 구별 할 수 있는 방법 필요

4.2 전송 기술의 종류와 특성 (5/10) 병렬 전송 방식 여러 개의 bit를 그룹으로 한번에 전송 패리티 또는 제어비트 전송을 위해 추가적인 전송로 필요 컴퓨터와 주변기기 사이의 데이터 전송 예) 컴퓨터와 프린터 연결 전송 속도가 빠름 거리가 멀수록 전송비용이 증가

2.2 전송 기술의 종류와 특성 (6/10) 비동기 및 동기 전송 비동기식 전송 방식(Asynchronous Transmission) 데이터는 짧은 비트열로 나뉘어 전송, 각 전송 비트열 내부에서 동기화 유지 비트열 전후에 시작 비트(ST: Start bit)와 정지 비트(SP: Stop bit)를 추가

4.2 전송 기술의 종류와 특성 (7/10) 전송할 데이터가 있을 경우, 휴지상태(1상태)의 선로에 시작비트(0상태)를 전송하여 선로를 0상태로 전환 정해진 비트 수 만큼 전송후, 정지 비트를 확인하고 종료 최근에는 고속 전송에도 사용 시작 비트와 정지 비트로 인한 회선 이용효율 저하

4.2 전송 기술의 종류와 특성 (8/10) 동기식 전송 방식(Synchronous Transmission) 문자 또는 비트들의 데이터 블록 단위로 송수신 데이터 블록의 전후에 프리앰블(preamble), 포스트앰블(postamble)의 제어정보 삽입 데이터와 제어정보를 합쳐서 프레임(frame) 이라고 함 전송 효율 및 전송속도가 높음 문자 전송방식 특정문자를 이용하여 동기화 수행, 전송 데이터도 문자 단위로 취급 프레임은 동기화 문자를 포함 예) SYN : 블록의 시작, ETX : 블록의 마지막 비트 전송방식 데이터 블록을 플래그를 사용하여 구분 플래그 : 데이터 블록의 전후에 추가되어 블록의 시작과 끝을 나타내는 특별한 비트 패턴

4.2 전송 기술의 종류와 특성 (9/10)

4.2 전송 기술의 종류와 특성 (10/10) 구 분 내 용 비동기식 전송 구 분 내 용 비동기식 전송 - 전송되는 각 문자는 앞쪽에 1개의 시작비트, 뒤쪽에 1~2개의 정지비트를 갖는다. - 각 글자 사이에는 일정치 않은 시간의 휴지기간이 있을 수 있다. - 글자를 구성하는 각 비트의 길이는 통신 속도에 따라 정해지며 일정 하다. - 동기는 글자단위로 이루어지며 송신측과 수신측이 항상 동기 상태에   있을 필요는 없다. 동기식 - 데이터의 앞쪽에 반드시 동기문자가 온다. - 동기문자는 송신측과 수신측이 동기를 이루도록 하는 목적으로 사용 된다. - 한 묶음으로 구성하는 글자들 사이에는 휴지간격이 없다. - 타이밍신호는 변복조기, 터미널 등에 의해 공급된다. - 터미널은 반드시 버퍼를 갖고 있어야 한다.

4.3 토폴로지 (1/6) 토폴로지 : 네트워크 상의 컴퓨터의 위치나 컴퓨터 간의 케이블 연결 등의 물리적인 배치 버스(Bus) 방식 버스라 불리는 공통배선을 모든 노드가 공유 근거리 통신망(LAN)의 일반적 방식 케이블링에 소요되는 비용의 최소화 특정 노드의 상태에 따라 네트워크 형태가 변하지 않음 ∵ 브로드캐스팅 방식

4.3 토폴로지 (2/6) 링(Ring) 방식 장점 단점 데이터의 흐름이 한방향 네트워크 구성이 간단, 작은 네트워크에 유용, 사용이 용이하다. 관리가 용이하고 새로운 노드의 추가가 용이하다. 단점 통신 채널이 단 한 개이므로 고장시 네트워크 전체가 동작을 하지 않으므로 잉여 채널이 필요하다. 네트워크 트래픽이 많을 경우 네트워크 효율이 떨어진다. 브로트캐스등으로 인한 잦은 컴퓨터 인터럽트로 호스트의 성능을 떨어트리고 네트워크 대역폭을 낭비할 수 있다. 링(Ring) 방식 데이터의 흐름이 한방향 수신된 데이터가 자신의 것이면 네트워크에서 삭제 그렇지 않은 경우 인접 노드로 데이터를 중계 만일 다른 호스트가 수신을 하지 못한 경우, 송신자는 해당 데이터를 제거해야 함

4.3 토폴로지 (3/6) 장점 단점 병목 현상이 드물다. 분산 제어와 검사, 회복 등이 쉽다. 새로운 네트워크에 대한 확장이나 구조의 변경이 비교적 어렵다. 네트워크상의 어떤 노드라도 문제가 발생하면 네트워크 전체가 통신 불능상태에 빠질 수 있다. 다중 링 형태로 구성하는 것이 일반적.

4.3 토폴로지 (4/6) 스타형(Star) 방식 중앙 제어 노드가 통신상의 제어에 대한 권한과 책임 분산 처리 능력이 제한 장점 고장의 발견과 수리가 쉽고, 노드의 증설, 이전이 쉽다. 단점 잠재적 병목성을 가지며 중앙 지역 고장에 취약하다. 중앙 제어 노드에 문제가 발생하면 네트워크 전체가 통신 불능 상태에 빠지게 된다.

4.3 토폴로지 (5/6) 트리(Tree) 방식 다수의 버스 방식을 허브(스위치)를 이용하여 트리처럼 연결 제어와 오류 해결을 각각의 허브에서 수행 허브로 구성되는 경우와 스위치로 구성되는 경우 다르게 동작 장점 제어가 간단하여 관리 및 확장이 용이하다. 단점 중앙 지점에서 병목 현상이 발생할 수 있다. 중앙 지점의 고장 발생시 대체 방법이 없을 경우 네트워크가 마비 또는 분할될 수 있다.

4.3 토폴로지 (6/6) 메쉬(Mesh) 방식 중앙의 제어 노드에 의한 중계 대신에 각 노드간 점대점 방식으로 직접 연결 완전 그물형(full mesh)과 부분 그물형(partial mesh)으로 나뉨 장애발생시 대체경로로 전달 가능 링형과 더불어 네트워크 백본을 구성하는 방식 장점 고장의 발견이 쉽다. 한 노드의 고장시 네트워크의 다른 트래픽에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 단점 선로 구축 비용이 많이 든다. 선로 설치 및 설정 과정이 상대적으로 오래 걸리고 어렵다.

4.4 네트워크 (1/15) 네트워크 정의 네트워크 구성 요소 네트워크 : 통신 회선에 의해서 서로 연결되어 있는 노드와 링크의 집합 네트워크 구성 요소 네트워크 케이블 노드 간을 연결시키는 매개체 동축케이블, 트위스티드 페어, 광섬유, 무선 등 네트워크 인터페이스 카드(NIC: Network Interface Card) 네트워크 전송매체와 노드 간을 연결시키는 인터페이스 전송매체 제어방식에 따라 이더넷(Ethernet), 토큰링(Token Ring) 등 여러가지 형태가 존재

4.4 네트워크 (2/15) 네트워크 장비 허브(Hub) 리피터(Repeater) 집중화장비(concentrator)라고 부르기도 함 연결된 장치들은 네트워크 공유 OSI 계층의 물리 계층에서 동작 하나의 버스에 접속된 것 처럼 동작 리피터(Repeater) 전송거리에 따른 신호감쇄를 보상하기 위해 신호를 수신, 증폭하여 매체의 다음 구간으로 재전송 시키는 장치 근거리통신망 내에서 세그먼트들을 서로 연결 ; 신호를 먼거리까지 연장 가능

4.4 네트워크 (3/15)

4.4 네트워크 (4/15) 브리지(Bridge) 매체를 공유하는 근거리 통신망에서 하나의 장비가 데이터를 보내고 있을 때 또 다른 장비가 데이터를 보내면 충돌이 발생. 이와 같이 충돌이 발생할 수 있는 영역을 충돌 도메인(Collision Domain) 네트워크에 장비들의 수가 늘어나면, 즉 충돌 도메인이 커지면 충돌이 발생할 확률도 높아지게 되고 통신 속도와 효율이 저하되게 됨 따라서 네트워크를 확장하기 위해 충돌 도메인을 나누어 줄 수 있는 장비가 필요한데 이러한 장비가 바로 브리지 브리지는 데이터 링크 계층에서 동작하는 장비로 데이터 링크에서 사용하는 MAC(Media Access Control)이라는 네트워크 장비에 고정되어 있는 유일무이한 주소, 즉 하드웨어 주소를 기반으로 전송할 포트를 결정 주소 필터링 기능 브로드캐스팅 정보를 완전히 차단할 수 없기 때문에 브리지를 이용해서 네트워크 크기를 확장하는데는 한계가 있음 매체 접근 제어(MAC) 방식이 같거나 다른 LAN간의 상호 접속 예) 이더넷과 토큰링 네트워크를 연결

4.4 네트워크 (5/15) CSMA/CD

4.4 네트워크 (6/15) 라우터(Router) 동일한 네트워크 프로토콜을 사용하는 네트워크 세그먼트들을 연결하는 장비 네트워크 주소(IP 주소)를 기반으로 목적지까지의 경로 선택 라우팅 테이블에 따라 효율적인 경로를 선택하여 패킷 전송 흐름제어 및 서브 네트워크 구성 관리 기능 브리지는 하나의 네트워크 세그먼트 안에서 동작 라우터는 네트워크 세그먼트를 연결하는 기능 특히 브로드캐스트 패킷을 차단하는 기능을 제공. 세그먼트에서 발생한 브로드캐스트 패킷은 다른 세그먼트로 전달되지 않는다.

4.4 네트워크 (7/15)

4.4 네트워크 (8/15) 게이트웨이(Gateway) 2개 이상의 다른 종류 혹은 같은 종류의 네트워크를 상호 접속 라우터와 혼용하여 사용 다른 네트워크로의 입구를 나타내는 네트워크 장비 프로토콜 구조가 다른 네트워크 연결 (e.g., PSTN과 데이터 네트워크) ; 프로토콜 변환기능으로 네트워크 내에서 병목 현상을 발생하기도 함 프록시 서버(Proxy Server)나 방화벽(Firewall)의 기능을 수행하기도 함 OSI 계층의 모든 계층에 걸쳐 동작

4.4 네트워크 (9/15) 네트워크 운영체제(NOS: Network Operating System) 네트워크를 관리하고 제어하는 시스템 소프트웨어 파일 서버(File Server)라고도 함 특징 하나 이상의 업체가 만든 H/W 환경에서 동작할 수 있다. 하나 이상의 같지 않은 H/W LAN을 같은 NOS하에서 연결 가능하다. 네트워크 보안 기능과 사용자의 파일 접근 권한을 관리한다. 다수의 서버를 지원하며 사용자가 접속한 서버의 종류와 무관할 수 있는 투명성(transparency)있는 환경을 제공한다. 다중 사용자 환경에서 프로그램 및 파일에 대한 보안 기능을 제공한다.

4.4 네트워크 (10/15) 네트워크 구성 방식 동등(Peer-to-Peer) 방식 네트워크에 연결된 각각의 노드가 동등하게 클라이언트 혹은 서버로 동작 동등한 수평적 관계 클라이언트 서버(Client/Server) 방식 클라이언트 : 서비스 요구자 서버 : 서비스 제공자 대개 서버는 공유를 위한 자료(Database)를 가지고 있어서 클라이언트의 요청 시 자료를 전송

4.4 네트워크 (11/15) Peer-to-Peer 방식 Client-Server 방식 장 점 단 점 ＊서버쪽의 H/W나 S/W 에 대한 특별한 투자 가 필요 없다 ＊설치가 용이하다. ＊네트워크 관리자를   필요로 하지 않는다. ＊작업의 수행에 있어   서 다른 컴퓨터에 대   한 의존이 덜하다. ＊비용이 저렴하다. ＊자원공유를 위한 컴   퓨터의 추가적인 부   하가 있다. ＊많은 컴퓨터의 접속   및 제어가 불가능하다. ＊데이터 보관에 대한   중앙 매체가 없다. ＊보안에 취약하며 일   관성이 없다. ＊중앙 관리가 불가능   하다. ＊H/W 및 S/W를 서버   에서 공통으로 사용   할 수 있어서 비용이   절감된다. ＊중앙 집중식 보안으   로 보안이 강력하다. ＊중앙에서 데이터에   대한 보관을 담당한   다. ＊장비의 공유가 가능 ＊하나의 네트워크와   계정으로 도메인 내   의 자원을 사용할 수   있다. ＊많은 수의 사용자를   관리할 수 있다. ＊사용자의 자원공유   작업을 없애준다. ＊고가의 전용 H/W,   S/W가 필요하다. ＊특정한 중앙 네트워   크 관리자가 필요하

4.4 네트워크 (12/15) 근거리통신망(LAN: Local Area Network) 좁은 지역(약 50km) 내의 통신회선으로 연결된 PC, 메인프레임, 워크스테이션 등의 네트워크 집합 근거리통신망 내의 정보기기, 소프트웨어, DB등을 공유 통신 속도는 보통 10∼100Mbps이며, 1Gbps와 10Gbps급 으로 바뀌어가는 추세

4.4 네트워크 (13/15) 도시권통신망(MAN: Metropolitan Area Network) 기업, 가정, 학교 등을 망라한 1개 도시 정도의 지역을 연결한 정보 통신망 데이터, 음성, 화상을 종합적으로 전송 전송 매체로는 주로 광섬유를 사용하며, 대용량 고속 전송 지원

4.4 네트워크 (14/15) 광역통신망(WAN: Wide Area Network) 국가, 대륙 등과 같은 넓은 지역을 연결하는 네트워크 장거리 지역을 연결하는 백본(backbone) 네트워크 공공망까지 포함하는 사설망 혹은 임차한 망

4.4 네트워크 (15/15) 인터네트워크(Internetwork) 두 개 이상의 네트워크를 연결 인터네트워킹(internetworking) : 네트워크간 하드웨어나 소프트웨어 모두를 연결시키는 방법론 ‘네트워크들의 네트워크(A Network of Networks)’

초고속 가입자 네트워크 초고속 전송속도를 갖춘 네트워크를 구축하여 대량의 정보를 실시간으로 주고받을 수 있도록 하는 정보의 고속도로 전화선을 이용하는 xDSL 케이블 모뎀과 동축케이블을 이용한 HFC 광케이블을 이용한 FTTx