- Data Communication
- 컴퓨터의 발달을 배경으로 하여 생겨난 것
- 컴퓨터와 각종 통신 기기 사이에 디지털 형태로 표현된 2진 정보를 송수신하는 것
- 데이터 전송 기술과 데이터 처리 기술을 포함
정보 통신
- Information Communication
- 컴퓨터와 통신 기술의 결합에 의해 통신 처리 기능, 정보 처리기능, 정보의 변환, 정보 저장 과정이 추가된 형태의 통신
- 전기 통신(정보 전송)과 컴퓨터(정보 처리)를 포함
통신
- 정보원 : Source 전송하는 장소
- 수신원 : Destination 수신하는 장소
- 전송 매체 : Transmission Media 정보원과 수신원을 연결하는 매개체
- 데이터 전송계와 데이터 처리계로 구분
- 오류 제어 방식을 사용해 신뢰도가 높음
- 분산 처리가 가능
- 대형 컴퓨터와 대용량 파일을 공동으로 이용 가능
- 대용량, 광대역 전송이 가능
- 통신 비밀을 유지하기 위해 보안 시스템 개발이 필요
발달과정
- SAGE : 1958년 미 공군 반자동 방공 시스템, 최초의 데이터 통신 시스템
- ARPANET : 1969년 미 국방성에서 만든 최초의 유선 패킷 교환 시스템
- ALOHA : 1970년 미 하와이 대학에서 실험적으로 설치한 최초의 무선 패킷 교환 시스템, 회선 제어 방식 중 경쟁 방식의 모체
데이터 통신의 구성
- 데이터 전송계
- 단말장치
- 데이터전송회선 : 신호변환장치, 통신회선
- 통신제어장치
- 데이터 처리계 : 컴퓨터 (하드웨어, 소프트웨어)
단말장치
- DTE = Data Terminal Equipment = 터미널 = 단말기 = 스테이션 = 노드
- 데이터 통신 시스템과 외부 사용자의 접속점에 위치해 최종적으로 데이터를 입출력하는 장치
- 입출력, 전송제어, 기억 기능을 가진다.
지능형 단말장치
- Intelligent = 스마트 단말장치
- CPU와 저장장치가 내장된 단말장치
- 네트워크 환경에서 분산 처리를 수행하기 위해 사용
비지능형 단말장치
- Non Intelligent = 더미 단말장치
- 입출력 장치로만 구성되어 단독으로 작업을 처리할 수 있는 능력이 없는 단말장치
- 통신 회선으로 연결된 컴퓨터(호스트)에 처리를 의존
신호 변환장치
- DCE = Data Circuit Equipment = Data Circuit terminal Equipment = 데이터 회선 종단장치
- 컴퓨터나 단말장치의 데이터를 통신 회선에 적합한 신호로 변경하거나 통신 회선의 신호를 컴퓨터나 단말장치에 적합한 데이터로 변경하는 신호 변환 기능을 수행
- 전송 회선 양 끝에 위치한다.
장치 | 회선형태 | 신호변환 |
---|
전화 | 아날로그 | 아날로그 > 아날로그 |
모뎀 | 아날로그 | 디지털 > 아날로그 |
코덱 | 디지털 | 아날로그 > 디지털 |
DSU | 디지털 | 디지털 > 디지털 |
통신 회선
- 단말 장치에 입력된 데이터 또는 컴퓨터에서 처리된 결과가 실질적으로 전송되는 전송선
- 유선 매체 : 꼬임선, 통축케이블, 광섬유
- 무선 매체 : 라디오파, 지상 마이크로파, 위성 마이크로파
통신 제어장치
- CCU = Communication Control Unit
- 데이터 전송 회선과 주 컴퓨터를 연결하는 장치
- 데이터를 일정 크기로 묶는 직, 병렬 변환 작업을 수행
통신 제어 프로그램
- CCP = Communication Control Program
- 데이터 전송 회선과 통신 제어장치를 이용하여 컴퓨터와 단말장치 간의 데이터 송수신을 하기 위해 사용되는 프로그램
- 데이터 송수신, 통신 하드웨어 제어, 사용자 인터페이스 제어 기능
- CPU의 기능 분담
- 하드웨어와의 인터페이스 기능
- 데이터 통신 회선과 신호 변환기 등의 회선 제어
- 접속의 확인과 종료를 제어하는 전송제어
- 오류 제어
- 데이터 처리와 교환
- 코드 변환
- 데이터 입출력 제어
- 단말 제어
- 데이터 버퍼링
- 파일 관리와 회복
통신 회선
꼬임선
- Twisted Pair Wire
- 전기적 간섭 현상을 줄이기 위해 균일하게 서로 감겨져 있는 형태의 케이블
- 저렴하고 설치가 간편
- 거리, 대역폭, 데이터 전송률에 제약적
- 다른 전기적 신호의 간섭이나 잡음에 영향을 받기가 쉽다.
- 최근 100Mbps 이상 전송이 가능한 꼬임선이 개발되어 짧은 거리 고속 전송이 가능하다.
- 비차폐 트위스트 페어 : UTP 전화 가입자 선으로 이미 건물 내에 설치되어 있어 LAN선으로 활용됨
- 차폐 트위스트 페어 : STP
동축 케이블
- Coaxial Cable
- 중심 도체를 플라스틱 절연체를 이용하여 감싸고 이를 다시 외부 도체를 이용해 감싸는 형태로 구성
- 주파수 범위가 넓어 데이터 전송률이 높음
- 꼬임선보다 외부 간섭과 누화의 영향이 적다.
- 신호 감쇠현상을 막기 위해 일정 간격마다 중계기를 설치해야한다.
- 아날로그와 디지털 신호 전송에 모두 사용
- 고주파 특성이 양호해 광대역 전송에 적합
- 케이블 TV, 근거리 통신망, 장거리 전화 등
광섬유
- Optical Fiber Cable = 광 케이블
- 유리르 원료 제작된 가느다란 광섬유를 여러 가닥 묶어 케이 블의 형태로 만든 것
- 코어, 클래드, 재킷 세부분으로 구성
- 가장 빠른 속도와 넓은 주파수 대역폭
- 데이터 전송률 높음
- 대용량, 장거리 전송 가능
- 가늘고 가벼워 취급이 쉬움
- 도청하기 어려워 보안성이 뛰어남
- 유리는 절연성이 좋아 전자 유도의 영향을 받지 않아 안정된 통신 및 누화 방지가 가능
- 감쇠율이 적어 리피터의 설치 간격이 넓어 리피터 소요가 적음
- 설치 비용이 비싸지만 대용량 전송이 가능해 단위 비용이 저렴
- 광 케이블간 연결이 어려워 고도의 기술이 필요
라디오파
- 통신 장비의 이동이 빈번하고 통신 회선을 이용하기 어려운 지역간 통신에 사용
- 무선 주파수 사용
- 장거리 통신, TV나 휴대폰 음성 전송에 사용
- 감쇠율이 적어 동축케이블보다 중계기가 적게 듦
위성 마이크로파
- 지상에서 마이크로 주파수를 보내면 통신 위성을 통해 변환, 증폭한 후 다른 주파수로 지상에 송신하는 방식
- 위성통신에 사용된다.
- 300
3000MHz인 UHF(Ultra High Frequency)나 330GHz인 SHF(Super)를 사용한다.
- 통신 위성, 지구국, 채널로 구성
- 대역폭이 넓어 고속, 대용량 통신이 가능하고 통신 비용이 저렴
- 오류율이 적어 고품질의 정보 전송이 가능
- 한 대의 통신위성은 지구표면의 1/3이상을 커버 가능
- 전송 비용은 거리와 무관하게 일정
- 데이터 전송시 반드시 통신 위성을 거쳐야하므로 전송 지연시간이 길다.
- 수신용 안테나만 있으면 누구나 통신 내용 수신 가능하므로 보안성이 취약
- 사용 주파수가 높을 수록 기상 현상에 의한 신호 감쇠가 크다.
- 지상에 있는 무선 통신 시스템과의 상호 장애를 피하기 위해 지구국은 도시 외곽에 위치해야한다.
다중 접속 방식
- 통신 위성을 공동으로 사용하기 위한 다중 접속 방식
- FDMA : Frequency Division Multiple Access, 주파수 대역을 분할
- TDMA : Time, 사용 시간을 분할
- CDMA : Code, 주파수나 시간을 모두 공유하면서 각 데이터에 고유 코드를 부여
통신 제어장치
- 데이터 전송 회선과 주 컴퓨터 사이에 위치
- 데이터 전송에 관한 전반적인 제어기능 수행
전송제어
- 다중 접속 제어
- 교환 접속 제어 : 데이터 송수신을 위한 회선의 설정과 절단
- 통신 방식 제어 : 단방향, 반이중, 전이중 선택
- 우회 중계 회선 설정 : 장애시 경로설정
동기 및 오 류제어
- 동기 제어 : 컴퓨터 처리 속도와 통신 회선상의 전송 속도 차이 조정
- 오류 제어 : 회선과 단말장치에서 발생하는 오류 제어
- 흐름 제어 : 수신 가능한 데이터 양을 송신 측에 알려 원활한 정보 전송이 가능하게 조정
- 응답 제어
- 정보 전송 단위의 정합 : 전송 정보를 패킷 등의 길이로 분할 또는 결합
- 데이터 신호의 직병렬 변환
- 투과성 : 전송할 실데이터에 대한 비트열에 확장 비트를 부가 또는 소거
- 정보 표시 형식의 변환 : 문자 코드, 데이터 형식 등의 변환
- 우선권 제어
- 제어 정보 식별
- 기밀 보호 : 암호화 등 제어
- 관리 기능 : 통신 요금, 통계정보 수집
- 통신 제어 장치 : CCU 전송 문자의 조립과 분해 기능을 수행
- 통신 제어 처리 장치 : CCP 문자와 메세지의 조립과 분해 기능 수행
- 전처리기
- FEP = Front End Processor
- 호스트 컴퓨터와 단말 사이에 고속 통신 회선으로 설치
- 통신 회선 및 단말기 제어
- 메세지의 조립과 분해
- 전송 메세지 검사
- 컴퓨터의 부담이 적어짐
단위가 커질수록 통신 제어 장치의 기능과 구조가 복잡해지고 가격이 높아지지만 컴퓨터의 부담이 줄어든다.
- 비트 버퍼 방식
- 문자 버퍼 방식
- 블록 버퍼 방식
- 메세지 버퍼 방식
데이터
- 아날로그 데이터 : 셀 수 없는 연속적인 값
- 디지털 데이터 : 셀 수 있는 이산적인 값
- 아날로그 신호 : 정현파에 주파수, 진폭, 위상 특성을 포함하여 표현되는 전기적 신호가 연속적으로 변하는 파형
- 디지털 신호 : 2진수 0과 1에 대한 전압 펄스의 연속적인 구성
주파수
- 단위 시간(1초) 내에 신호 파형이 반복되는 횟수를 의미하는 것
- Hz
- 고주파 : 파형의 가록 폭이 좁고 고속 전송에 사용하고 전송거리가 짧다.
- 저주파 : 파형의 가로 폭이 넓고 저속 전송에 사용하고 전송거리가 길다.
주파수 | 대역 |
---|
가청 주파수 | 20 ~ 20000Hz |
음성 | 300 ~ 3400Hz |
HF | 3 ~ 30MHz |
VHF | 30 ~ 300MHz |
UHF | 300 ~ 3000MHz |
SHF | 3000 ~ 30,000MHz |
대역폭
- Bandwidth
- 주파수의 변화 범위
- 상한 주파수와 하한 주파수의 차이
전송 방식
아날로그 전송
- 전송 매체를 통해 전달되는 신호가 아날로그 형태
- 신호 감쇠 현상이 심하다.
- 증폭기에 의해 신호를 다시 증폭하여 전송해야한다.
- 신호에 포함된 잡음까지 증폭되기 때문에 오류율이 높다.
디지털 전송
- 전송 매체를 통해 전달되는 신호가 디지털 형태
- 신호 감쇠 현상은 나타나지만 중계기에 의해 원래 신호 내용을 복원한 후 전송하는 방식이다.
- 잡음에 의한 오류율이 낮다.
- 대역폭을 효율적으로 이용해 더 많은 용량을 전송할 수 있다.
- 데이터 암호화를 쉽게 구현할 수 있다.
직렬 전송
- 각 비트들이 하나의 전송 매체를 통하여 한 비트씩 순서대로 전송되는 형태
- 전송 속도가 느리지만 구성 비용이 적다.
- 원거리 전송에 적합
- 대부분의 데이터 통신에 사용
병렬 전송
- 각 비트들이 여러 개의 전송 매체를 통하여 동시에 전송되는 형태
- 전송 속도는 빠르지만 구성 비용이 많다.
- 근거리 전송에 적합
- 주로 컴퓨터와 주변장치 사이의 데이터 전송에 사용
통신 방식
단방향 통신
- Simplex
- 한 방향으로만 전송이 가능한 방식
- 라디오, TV
반이중 통신
- Half Duplex
- 양방향 전송이 가능하지만 동시에 양방향으로 전송은 할 수 없는 방식
- 2선식 선로를 사용하여 송신과 수신을 번갈아 전송
- 무전기, 모뎀을 이용한 데이터 통신
전이중 통신
- Full Duplex
- 동시에 양방향 전송이 가능한 방식
- 4선식 선로를 사용, 주파수 분할을 이용할 시 2선식도 가능
- 전송량이 많고 전송 매체의 용량이 클 때 사용
- 전화, 전용선을 이용한 데이터 통신
비동기식 전송
- 한 문자를 나타내는 부호 앞뒤에 Start Bit와 Stop Bit를 붙여 Byte와 Byte를 구분하여 전송하는 방식
- 시작비트, 전송 문자(정보 비트), 정지 비트로 구성된 한 문자를 단위로 전송
- 오류 검출을 위한 패리티 비트를 추가하기도 한다.
- 문자와 문자 사이의 Idle Time이 불규칙하다.
- 한꺼번에 많은 데이터를 보내면 프레이밍 에러의 가능성이 높아진다.
- 2000bps 이하의 저속, 단거리 전송에 사용
- 동기화가 단순하고 가격이 저렴
- 문자마다 시작과 정지를 알리기 위한 비트가 추가되므로 전송 효율이 떨어짐
- 정지 비트는 휴지 상태와 같으므로 송신기는 다음 문자를 보낼 준비가 될 때까지 정지 비트를 계속 전송
동기식 전송
- 미리 정해진 수만큼의 문자열을 한 블록(프레임)으로 만들어 일시에 전송하는 방식
- 송수신 양쪽의 동기를 유지하기 위해 타이밍 신호(클럭)을 계속적으로 공급하거나 동기 문자를 전송
- 동기화된 방식으로 비트가 송수신되기 때문에 시작비트와 종료비트가 필요가 없다.
- 블록과 블록 사이에 Idle Time이 없다.
- 프레임 단위로 전송하므로 전송 속도가 빠르다.
- 제어 정보의 앞부분은 프리앰블, 뒷부분은 포스트앰블
- 전송 효율이 좋다.
- 원거리 전송에 사용
- 단말기는 반드시 버퍼 기억 장치를 내장해야 한다.
- 비트 동기 방식과 블록 동기 방식으로 나뉜다.
- 블록 동기방식
- 문자 위주 동기 방식 : SYN 등의 동기 문자로 동기를 맞추는 방식, BSC에서 사용
- 비트 위주 동기 방식 : 데이터 블록 처음과 끝에 8bit 플래그 비트(01111110)를 표시해 동기를 맞추는 방식, HDLC와 SDLC에서 사용
아날로그 데이터 전송 방식
아날로그 데이터에서 아날로그 신호
- 아날로그 데이터를 아날로그 회선을 통해 전송하기 위해 아날로그 형태로 변조하는 것
- 아날로그 데이터를 먼 거리까지 효율적으로 전송하거나 주파수 분할 다중화를 위해 변조한다.
- 라디오, TV, 전화에서 주로 사용
변조 방법
아날로그 데이터에 서 디지털 신호
- 아날로그 데이터를 디지털 회선을 통해 전송하기 위해 디지털 형태로 변환하는 것
- CODEC = COder/DECoder
- 아날로그 데이터를 디지털 통신 회선에 적합한 디지털 신호로 변환하거나 반대 과정을 수행
- 펄스 코드 변조(PCM) 방식을 이용해 데이터를 변환한다.
- 이동 통신이나 멀티미디어 분야에 사용
디지털 데이터 전송 방식
디지털 데이터에서 아날로그 신호
- 디지털 데이터를 아날로그 회선을 통해 전송하기 위해 아날로그 형태로 변환하는 것
- 모뎀을 이용한다.
- 변조 방식은 ASK, FSK, PSSK, QAM이 있다.
- MODEM = MOdulation DEModulation
- 디지털 데이터를 아날로그 회선에 적합한 아날로그 신호로 변환하는 변조 과정과 그 반대의 복조 과정을 수행한다.
- 디지털 데이터를 공중 전화 교환망과 같은 아날로그 통신망을 이용하여 전송할 때 사용
- Null 모뎀 : 모뎀을 사용하지 않고 두 대의 컴퓨터를 직접 접속해서 정보를 교환하는 방식
- 변복조 기능
- 자동 응답 기능
- 자동 호출 기능
- 자동 속도 조절 기능
- 모뎀 시험 기능 : Loop Test
디지털 데이터에서 디지털 신호
- 디지털 데이터를 디지털 회선을 통해 전송하기 위해 디지털 형태로 변환하는 것
- 2진 데이터의 각 비트를 디지털 신호 요소로 변환하며 DSU를 이용한다.
DSU
- Digital Service Unit
- 컴퓨터나 단말장치로부터 전송되는 디지털 데이터를 디지털 회선에 적합한 디지털 신호로 변환하는 과정과 그 반대를 수행한다.
- 신호의 변조 과정 없이 단순히 유니폴라 신호를 바이폴라 신호로 변환하 주는 기능만 제공한다.
- 모뎀에 비해 구조가 단순하다.
- 디지털 데이터를 공중 데이터 교환망과 같은 디지털 통신망을 이용하여 전송할 때 사용
- 송수신 기능과 타이밍 회복 기능을 DSU 자체에서 수행한다.
- 속도가 빠르고 오류율이 낮다.
디지털 변조
- Keying
- 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 것을 의미
- 모뎀을 사용
- 진폭 편이변조, 주파수 편이변조, 위상 편이변조, 직교 진폭변조
진폭 편이 변조
- ASK = Amplitude Shift Keying
- 2진수 0과 1을 서로 다른 진폭의 신호로 변조하는 방식
- 이 방식의 모뎀은 구조가 단순하고 가격이 저렴하다.
- 신호 변동과 잡음에 약해 데이터 전송용으로 거의 쓰이지 않는다.
주파수 편이 변조
- FSK = Frequency Shift Keying
- 2진수 0과 1을 서로 다른 주파수로 변조하는 방식
- 1200bps 이하의 저속도 비동기식 모뎀에서 사용
- 모뎀 구조가 단순하고 신호 변동과 잡음에 강하다.
- 대역폭을 넓게 차지한다.
위상 편이 변조
- PSK = Phase Shift Keying
- 2진수 0과 1을 서로 다른 위상을 갖는 신호로 변조하는 방식
- 일정한 진폭 또는 주파수를 갖는 정현파의 위상을 180/ 90/ 45도 단위로 2등분/ 4등분/ 8등분 했을 때의 각 위치에 신호를 할당하여 전송하는 방식