[데이터통신과 네트워킹] Chapter 02. 데이터 전송기술과 전송미디어

Chapter 02. 데이터 전송기술과 전송미디어
    2.1 데이터 전송과 신호의 개념
        ‣ 신호의 개념(정의)
    2.2 신호 전송과 정보이론
        ‣ 데이터 전송 시 고려사항(4가지)
    2.3 데이터 전송과 전송모드
        ‣ 부호화 방식
        ‣ 동기식 전송방식(정의)
        ‣ 비동기식 전송방식

    2.4 다중화 기법과 교환기술
        ‣ 패킷 전송의 개념과 다중화 기법
        ‣ 다중화 기법의 종류
            - 주파수분할 다중화 방식(FDM)
            - 시분할 다중화 기법(TDM)
            - 통계적 시분할 다중화 기법(STDM)
        ‣ 교환기술
            - 회선교환 방식
            - 메시지교환 방식
            - 패킷교환 방식
        ‣ 교환 방식의 비교
    2.5 전송미디어와 전송특성
        ‣ 동선
        ‣ 동축케이블
        ‣ 광섬유
        ‣ 주요 전송미디어의 비교

1. 데이터 전송과 신호(Signal)의 개념
    ‣ 신호(Signal)의 개념
        - 정보의 전송이란
            - 신호의 전송 과정
        - 신호란?
            - 정보의 전송과 관련된 개념
        - 전자기 신호
            - 전압이나 전류에 대한 파형으로 나타남
        - 신호의 구분
            - 에너지 신호, 전력 신호, 랜덤 신호, 결정 신호, 비주기 신호

2. 신호 전송과 정보이론
    ‣ 데이터 전송 시 고려사항 (3가지) 
        - 감쇄(attenuation)
            -데이터가 전송 도중 흡수되거나 열에 의해서 변화가 되기 때문에 발생하는 전자파의 에너지 손실
        - 왜곡(distortion)
            - 링크상에서의 전파현상은 서로 다른 주파수에 따라 서로 다르게 감쇄되고 지연되어, 수신 신호가 전송신호와 다르게 되는 현상
            ⇒ 송신자의 의도와는 다른 의미가 전달되는 것(에너지의 손실로 의한 것)
         - 잡음(noise)
            - 도전체에서 전자의 열운동으로 인해 광원이 만드는 광자수의 불확실함 때문에 발생하는 현상

3. 데이터 전송과 전송모드
    ‣ 데이터 통신 시스템
        - 정보의 표현은 0과 1만은 사용하는 비트 정보로 나타내고 각 비트정보는 전기신호 또는 광신호로 변환되어 전송되도록 한다.
            · Data → bit정보(코드로 표현) → 전기적 신호 → 전송

         ‣ 부호화 방식
            - 부호화(encoding) 과정
                · 이진수 정보 '0'은 음의 전압 값을 갖 신호로 바꾸고, 이진수 정보 '1'은 양의 전압 값을 갖는 신호로 변환함 → encoding

        - RZ(Return to Zero): 복류

1		0		1		0		0		1

        - 멘체스터 코딩(menchester coding)

1		0		1		0		0		1

‣ 데이터 전송이란
    - 디지털 정보를 하나의 장치에서 다른 장치로 보내는 전송 방법
‣ 데이터 전송의 구분
    - 직렬 전송
        한 번에 하나의 비트씩 전송하는 방식
        - 전송에 따른 기준 시간
            클록 펄스를 이용함
            ∴ 각 클록 펄스 마다 하나의 비트정보를 보내는 방식
    - 병렬 전송
        각 클록마다 여러 비트정보를 동시에 전송하도록 하고 있다. 

4. 전송모드에 따른 구분
    - 동기화 과정(synchronization)
        전송장치와 수신장치 사이의 전송률, 전송시간, 간격 등 비트 타이밍 정보를 일치시키는 과정

    ‣ 동기식 전송방식
        - 동기식 전송방식은 데이터를 전송하고자 할 때 전송 측과 수신 측 사이에 클록을 일치시켜 동기화를 수행하여 전송하는 방식
        - 프레임(Frame)
            · 정해진 규칙에 따라 비트정보를 그룹화하여 처리하여 만들어진 데이터 단위
            · 전송 데이터 분량이 상당히 큰 경우에 비동기식 전송방식보다 효율적

    ‣ 비동기식 전송방식
        - 비동기식 전송방식에서는 일반적으로 정보의 표현을 8비트로 구성된 문자코드를 기반으로 한다.
        - 각 문자정보마다 동기화 비트를 포함하고 있어서 동기식 전송방식에서처럼 전송 측과 수신 측 사이에 클록을 일치시키는 과정이 중요하지 않기 때문이다.
        - 클록 신호의 타이밍 정보가 중요한 것이 아니라 표현되는 정보의 패턴에 따라 동기화가 수행되기 때문이다.
        - 범용직렬버스 (USB)

5. 다중화 기법과 교환기술
    ‣ 데이터 전송의 기법
        - 데이터통신 시스템에서 디바이스 간의 데이터 전송은 데이터링크를 통해 이루어진다.
        - 다중화 기법
        - 교환 기법

‣ 패킷 전송의 개념과 다중화 기법
    - 다중화기(MUX: multiplexer)
        · n개의 입력 디바이스가 동시에 하나의 데이터링크를 상호 공유하도록 해주는 특별한 장치
    - 역다중화기(DEMUX: demultiplexer)
        · 다중화기의 역 과정을 수행
    - 다중화 기법
        · 데이터링크의 효율성을 극대화하기 위해 다수의 디바이스가 단일 데이터링크를 공유하여 전송하는 효율적인 데이터 전송기법

‣ 다중화 기법의 종류(4가지)
    - 주파수분할 다중화 방식(Frequency division multiplexing, FDM)
        · 데이터링크(채널)의 주파수 대역폭을 몇 개의 작은 주파수 대역으로 나누어서 각각을 부 채널로 재구성한 다음, 각 부 채널을 여러개의 디바이스에 할당함으로써 각 디바이스로부터 나오는 신호를 동시에 전송하는 방식
        · 장점
            - 비교적 간단한 구조가 가능하기 때문에 비용이 저렴함
            - 별도의 변복조기가 필요하지 않음
        · 단점
            - 대역폭 낭비로 인한 채널의 이용률이 저하

    - 시분할 다중화 기법(Time-division multiplexing, TDM)
        · 채널에 할당된 데이터 전송 허용시간을 일정한 시간 슬롯으로 나누고, 채널도 다시 부 채널로 나누어, 각 시간 슬롯을 부 채널에 순차적으로 할당하여 사용하는 방식
        ≒ 동기식 시분할 다중화 방식
        · 장점
            - 비교적 간단한 구조로 되어있어 구현이 용이
            - 저렴한 비용
            - 데이터 전송률이 조절이 가능
        · 단점
            - 시간 슬롯의 낭비

- 통계적 시분할 다중화 기법(Statistical TDM)
    · 장점
        - 동적 할당기법을 사용하여 대역폭의 낭비를 최소화
    · 단점
        - 회로가 복잡해지고 비용이 증가

- 코드분할 다중접속 기법(Code Division Multiple Access, CDMA)

‣ 교환기술
    · 다수의 디바이스 상호 간에 최적의 연결성을 제공해주는 기술

    - 데이터통신 네트워크의 구분
        · 교환 데이터통신 네트워크(switched data communication network)
        · 방송 데이터통신 네트워크(broadcast data communication network)
    - 교환 네트워크
        · 회선(circuit)교환(switching) 네트워크
            - 회선 설정, 데이터 전송, 회선 해제 단계
            - 데이터가 전송되기전, 스테이션 사이에 회선이 설정
        · 메시지(message)교환(switching) 네트워크
            - 메시지(message)라고 하는 데이터의 논리적 단위를 교환하는 방식
            - 두 스테이션 사이에 전용 전송로를 설정할 필요 없음
            - 메시지에 목적지 주소를 첨부하여 전송하며, 메시지는 노드에서 노드로 네트워크를 통해 이동
            - 축적 후 전달(store and forward) 방식이라고 함
        · 패킷(packet)교환(switching) 네트워크
            - 메시지교환 방식과 회선교환 방식의 장점을 결합하고 단점을 최소화한 방식
            - 패킷을 목적지 주소에 따라 적절한 경로를 선택하여 전송하도록 하는 교환 방식
            - 패킷 스트림(stream)을 처리하는 방법에 따라 datagram 방식과 virtual circuit 방식으로 구분
            - 연결설정 단계가 불필요하고 혼잡을 피해 경로구성이 가능하기 때문에 융통성이 개선
            - 논리적 연결설정, 에러제어와 흐름제어가 가능하여 신뢰성 향상
        · 데이터그램(datagram)방식
                - 패킷 스트림을 독립적으로 처리하는 방식으로, 연결설정 단계가 불필요하고 혼잡을 피해 경로구성이 가능하기 때문에 융통성이 개선된다.
        · 가상회선(virtual curcuit)방식
                - 논리적 연결설정을 하는 방식으로, 에러제어와 흐름제어가 가능하여 신뢰성이 높아진다.

    6. 전송미디어와 전송특성 (3가지)
        - 동선(copper wire)
            · 가장 흔히 사용되는 전송미디어로 두 가닥의 절연된 동선이 균일하게 서로 감겨 있는 형태            
            · 서로 꼬임선이 되도록 구성함으로써 신호간의 간섭효과를 최소화한다.
            · 동선은 일반적으로 전화 시스템에서 주로 사용되고 있으며, 건물 내 통신수단으로도 유용하게 사용된다.            
            · 동선은 거리, 대역폭, 전송률에 있어서 많은 제약이 있고, 또한 간섭이나 잡음에 매우 민감하다.
        - 동축케이블(coaxial cable)
            · 구성 : 두 개의 단일 전선과 감싸고 있는 원통형의 외부도체
            · 용도 : 장거리 전화 및 video 전송, 케이블 TV 분배, LAN, RF 및 마이크로파 전송, 컴퓨터와 계측기간 데이터 연결
       - 광섬유(optical fiber)
            - 매우 가는 전송미디어로, 유리 또는 플라스틱을 이용하여 제작한다.
            - 원통형 구조물로 코어, 클래딩, 재킷 등 3개의 동심 부분으로 구성된다.
             · 광을 이용하는 기법의 기본적인 제약
                - 광이 진행되면서 발생하는 감쇄에 의한 제약 (광을 증폭함으로써 개선)
                - 광의 분산에 따른 제약 (산란에 영향이 적은 파장대역으로 천이하는 방법으로 개선)
            · 전파모드 수에 따른 광섬유 분류
                - 단일 모드
                    1개의 전파 모드만으로 정보를 전송, 넓은 대역으로 정보를 전송가능
                - 다중 모드
                    여러 개의 전파모드로 정보를 전송할 수 있고 가장 널리 사용되고 있는 전송미디어