데이터 통신 - 요점정리

최초의 데이터 통신

• SAGE: 최초의 데이터통신 시스템
• SABRE: 최초의 상업용 데이터통신 시스템
• CTSS: 최초의 시분할처리 시스템
• ARPANET: 인터넷의 효시
• ALOHA: 라디오 패킷교환 (Contention 방식의 효시)
• SNA: 데이터통신 시스템 표준화

전송매체 종류

• 동축케이블: (초기) 주로 장거리 전화전송망에 사용
  지금은 케이블TV나 LAN등에 사용
• 광섬유케이블: 잡음저항이 좋고 도청에 안전
• 꼬임선: 거리, 대역폭, 전송률에 제약이 심함.
• 위성마이크로파: 통신위성 → 기지국 → 채널로 구성
  대역폭이 넓어 고속/대용량 통신이 가능. 통신비용 저렴.
  전송지연이 길고 보안이 취약.

다중접속방식

• FDMA (Frequency Division Multi Access): 주파수 대역을 일정간격으로 분할
• TDMA (Time Division Multi Access): 사용시간을 분할
• CDMA (Code Division Multi Access): 주파수/시간을 모두 공유. 특별한 코드를 부여. 산악이나 도심에서 유리.

주파수(Frequency)

• HF(High Freq.): 3~30 MHz
• VHF(Very High Freq.): 30~300 MHz
• UHF(Ultra High Freq.): 300~3,000 MHz
• SHF(Super High Freq.): 3,000~30,000 MHz
• 음성: 300~3400 Hz
• *주파수 = 1 / 주기

동기식 전송과 비동기식 전송

• 비동기식
• Start & Stop bit 존재
• 2Kbps 이하의 단거리 통신에 적합
• Idle Time이 불규칙적이며 전송효율이 낮음.
• 동기식
• 미리 정해진 Block을 일시에 전송
• 프레임단위의 고속, 원거리 전송
• Idle time이 없고 전송효율이 좋음.
• 종류
• 문자위주방식: SYN 등 동기문자로 싱크 (BSC)
• 비트위주방식: Flag bit으로 싱크 (HDLC, SDLC)

DSU(Digital Service Unit)

• 디지털 신호를 디지털로 변환/환원
• 유니폴라(단극성) 신호를 바이폴라(양극성) 신호로 변환
• 고속처리. 오류율 낮음.

PCM( Pulse Code Modulation)

• 코드를 이용해 아날로그 신호를 디지털로 변환
• 연속변조: PAM, PPM, PWM
• 불연속변조: PNM, PCM, ΔM
• PCM 과정: Sampling → Quantizing → Encoding → Decoding → Filtering

디지털 변조(Keying)

• ASK: 진폭변조. 구조간단. 저렴. AM.
• FSK: 주파수변조. 구조복잡. FM.
• PSK: 위상변조. 중고속 동기식모뎀. 
• DPSK, BPSK (2위상) DouBle
• QDPSK,QPSK (4위상) Quarter
• ODPSK (8위상)
• QAM: FSK+PSK. 9,600 kbps 모뎀

Base Band 전송

• 변조없이 직류펄스 형태 그대로 전송(기저대역 전송)
• 전송신호만 전송하기에 전송품질 우수. 단거리전송에 적합.
• 종류
• NRZ-L(Non Return Zero Level): 양/음 전압을 1/0으로
• NRZ-M(Non Return Zero Mark): 신호변환시 1/0 Toggle
• NRZ-S(Non Return Zero Space): NRZ-M과 동일. 단, 입력신호를 보수화.
• Bipolar: 0일때 0V로, 1일때 양/음전압 교차로. AMI. 고속디지털망에 사용.
• Manchester: 0일때 ↗, 1일때 ↘으로 표현. ½씩 나누어 표현

MUX (Multiplexer)

• 하나의 통신회선에 여러대의 단말기가 동시에 접속할 수 있도록 한 장치.
• 하나의 통신회선을 다수의 단말기가 공유.
• 하나의 전송링크로서 여러 신호를 동시에 전송.

FDM (Frequency Division Multiplexer: 주파수분할 멀티플랙서)

• 주파수를 분할하여 여러단말기에서 공유 (유선방송)
• 자체변복조 가능. 모뎀 필요없음. 터미널 수가 고정된 네트워크 환경.
• 시분할 멀티플랙서에 비해 구조가 간단하고 저렴.
• 상호간섭을 막기위해 Guard Band가 필요

TDM (Time Division Multiplexer: 시분할 멀티플랙서)

• 통신회선의 대역폭을 Time slot으로 나누어 여러단말이 공유
• 디지털 회선에서 주로 사용 (대부분 데이터통신에서 사용)
• 멀티플랙서 내부속도와 단말장치간 속도차 극복을 위해 Buffer 보유
• 종류
• STDM(Synchronous: 동기식 TDM)
• 고정된 시간폭을 제공 (동기 bit가 필요, 전송효율 DOWN)
• 접속장치들의 전송률 합 = 다중회선 전송률
• ATDM(Asynchronous: 비동기식 TDM)
• 전송할 데이터가 있는 단말에만 시간폭 제공 (전송효율 UP)
• 전송량이 많으면 전송지연 발생. 접속시간이 김.
• 통계적, 확률적, 지능적 다중화기라고도 함 (Statistical TDM) 
• 복잡한 구성. 비쌈.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

• 하나의 정보를 여러개의 반송파로 분할하고 분할된 반송파 사이의 주파수간격을 최소화하기위해 직교, 다중화해서 전송하는 통신방식
• 와이브로 및 디지털 멀티미디어 방송에 사용됨

변조속도

• 대역폭(Bard) = 신호속도(bps) / 상태변화 횟수 = bps/bit
• 전송속도: 단위시간에 전송되는 데이터량.
• 베어러속도: 데이터신호에 동기문자나 상태변화신호를 합하여 계산

전송제어 (Data Link Control)

• OSI 7계층의 링크계층에서 수행
• 제어절차: 회선접속 → 링크설정 → 메세지전송 → 링크종료 → 회선종료

제어문자

• SYN (SYNchronous idle)
• SOH (Start Of Head)
• STX (Start of TeXt)
• ETX (End of TeXt)
• ETB (End of Transmission Block)
• EOT (End Of Transmission)
• ENQ (ENQuiry: 응답요구)
• DLE (Data Link Escape: 전송제어문자 알림)
• Data transparent를 위해 삽입됨
• ACK(Acknowledge: 긍정응답) ↔ NAK(Negative Acknowledge: 부정응답)

HDLC (High-level Data Link Control)

• 컴퓨터 데이터통신에 적합한 전송제어 방식 (bit 위주의 프로토콜)
• 점대점, 다중점, 반이중, 전이중 모두지원. (동기식 전송방식)
• HDLC 프레임의 종류
• Information Frame: 제어부가 0으로 시작. 사용자데이터 전달
• Supervisor Frame: 제어부가 10으로 시작. 오류제어, 흐름제어
• Unnumbered Frame: 제어부가 11로 시작. 링크설정/해제, 오류회복

HDLC 데이터 전송모드

• NRM (Normal Response Mode): 정규응답모드
• 반이중통신을 하는 PtoP통신 또는 Multi-P 불균형 링크구성에 사용
• 쫄따구는 허가(Poll)가 있어야만 송신
• ARM (Asynchronous Response Mode): 비동기응답모드
• 전이중통신을 하는 PtoP 불균형 링크구성에 사용
• 쫄따구는 허가(Poll)가 없어도 송신하지만, 오류복구는 오야붕만 함. 
• ABM (Asynchronous Balance Mode): 비동기평형모드
• PtoP 균형통신을 사용
• 언제나 허가(Poll) 없이 자유롭게. 

회선제어방식

• Contention 방식: 회선접속 경쟁방식.
  먼저 송신요구를 한 쪽이 송신권 선점. (점대점방식)
• Polling 방식: 단말기에 전송데이터가 있는지
  문의 → 투표 → 허가권 발급 (다중점방식)
• Selection 방식: 단말기에게 전송 데이터가 있는 경우
  수신준비를 요구 → 선택적 허가 (다중점방식)

오류발생의 원인

우연적	물리적
백색잡음 (가우스잡음, 열잡음)	손실
충격성잡음 (외부충격)	감쇠 (거리가 멀어 신호가 약해짐)
누화잡음 (혼선)	하모닉왜곡 (진폭에 따라 신호감쇠가 다름)
상호변조잡음 (간섭)	지연왜곡 (주파수에 따라 전파속도가 다름)

전송오류 제어

• FEC (Forward Error Correction: 순방향 오류수정)
• 해밍코드, 상승코드
• BEC (Backward Error Correction: 역방향 오류수정)
• 패리티비트, CRC, 블록합→오류검출→ARQ 발송

ARQ(Automatic Repeat reQuest)

• Stop-and-wait ARQ: Step by step으로 한 Block씩 처리
• Go-Back-N ARQ: 오류 이후 모든 Block을 재전송
• Selective Repeat ARQ: 오류발생 Block만을 재전송
• Adaptive ARQ: Block의 길이를 그때그때 결정

오류검출

• 패리티비트검사
• 전송bit에 오류검사 bit를 추가 → 오류검출
• 다중오류 검출불가, 오류검출만 가능
• 홀수/짝수 수직/수평 패리티체크 방식이 존재
• CRC (Cyclic Redundancy Check: 순환중복검사)
• 동기전송, 가장흔함. 다중오류 검출가능
• 다항식 코드를 사용하여 오류검출. (HDLC의 FCS)
• Block Sum Check
• 수평패리티체크(LRC)
• Hamming Code
• 수신측에서 오류를 직접수정(1bit만 수정가능)
• 잉여bit가 커서 낭비가 심함. 2ⁿ 번째를 패리티비트로 사용
• 상승코드
• 순차적 디코딩 & 한계값 디코딩을 사용, 다중오류 해결가능
• 2-out-of-5: 정 마크 방식

데이터 교환방식

• 회선교환 → 전화교환
• 두 지점을 교환기로 물리적으로 접속시키는 방식
• 접속이 이루어지면 접속을 해제할 때까지 전용선 처럼 사용 가능
• 고정 대역폭을 사용하고 동일한 전송 속도 유지
• 접속에는 긴 시간 소요되나, 접속 후 교환기내에서는 전송지연 거의 없음
• 데이터가 전송되지 않을때도 접속이 유지되어 통신 회선 낭비됨
• 오류제어나 흐름제어는 사용자에 의해 수행됨
• 속도,코드 변환 불가. 에러복구 불가. 에러제어 불가.
• 축적교환
• 메세지교환
• 교환기가 송신측의 메세지를 받아 저장한 후 전송 순서가 되면 전송
• 메세지 단위로 축적
• 각 메시지 마다 전송 경로가 다름
• 속도, 코드 변환 가능
• 전송 지연 시간이 매우 김
• 패킷교환
• 일정한 길이의 패킷으로 잘라서 전송 → 재조립을 위한 PAD 필요
• 하나의 통신회선을 여러 사용자가 공유하여 회선이용률이 높음
• 전송량이 적은 경우에 적합 (트래픽이 적은경우 아님)
• 음성전송보다 데이터전송에 적합
• 속도, 코드 변환 가능
• 전송 실패시 재전송 가능
• 패킷을 작게 분할하면 전체적 전송 지연시간 줄어듬
• OSI 참조 모델의 네트워크 계층에 해당
• 경로설정의 요소: 성능기준, 경로 결정시간과 장소, 정보발생지, 경로정보 갱신시간. 
• 종류
• 가상 회선 방식 
• 통신회선을 미리 설정하여 물리적인 회선이 공유되어 경로에 따른 순서적 패킷 전송
• 데이터 전송의 안정성, 신뢰성 보장
• 통신과정 : 호(Call) → 설정 데이터전송 → 호 해제
• Clear Request Packet : 모든 패킷 전송 후 마지막으로 전송하여 접속을 끝내기 위해 사용
• 데이터그램 방식
• 특정 경로를 설정하지 않고 트래픽 상황을 감안하여 순서에 관계없이 전송
• 트래픽에 따라 적절한 경로로 패킷을 전송하기에 융통성 좋음
• 여러 경로를 통해 도착한 패킷의 순서를 재구성 해야함
• 짧은 메시지 전송에 적합

패킷 교환망 (PSDN, Packet Switched Date Network)

• 패킷 교환망 기능
• 패킷 다중화: 한개의 통신회선을 사용하면서도 동시에 다수의 터미널과 통신을 수행 하는 기능
• 경로 제어(Routing): 가장 효율적 전송로를 선택하는 기능
• 트래픽 제어(Traffic Control): 교착상태 dead lock 방지, 흐름 제어 기능
• 에러제어 
• 특징
• 패킷 경로 설정 요소 중 정보 도착지는 없음.
• 엑세스제어 기능 없음.
• 집중화 기능 없음.
• 패킷 교환망 구성
• NPT 비패킷 단말기: 메시지를 패킷단위로 분할하는 기능이 없음
• PT 패킷형 단말기: 패킷 분할 및 결합 기능
• PSE 패킷 교환기: 패킷의 축적 및 경로 설정 기능

경로 제어 (Routing) 

>> 전송 경로 중에서 최적의 패킷 교환 경로를 찾는 기능

1. 경로 설정 요소
• 성능기준
• 경로의 결정 시간과 장소
• 정보 발생지
• 경로 정보의 갱신 시간
• 프로그램 처리속도와는 관계없음.
2. 경로 설정 프로토콜 (Routing Protocol)
1. 내부 게이트웨이 프로토콜 (IGP, Interior Gateway Protocol)
• AS(autunomous system) 內의 라우팅
• RIP(Routing Information Protocol): 소규모 네트워크에 사용
• 경유하는 라우터의 대수(Hop의 수량: 15홉)에 따라 최단 경로를 동적으로 결정하는 프로토콜
• 라우팅 정보를 30초마다 알리고 180초이내 정보가 수신되지않으면 이상상태로 간주. 
• OSPF(Open Shortest Path First protocol): 대규모 네트워크에 사용
• 라우터간의 연결 속도를 중심으로 가중치를 두며, 대표적인 링크 상태의 프로토콜
• 라우팅 정보에 변화가 있을때만 알려줌. 
2. 외부 게이트웨이 프로토콜 (EGP, Exterior Gateway Protocol)
• AS간 라우팅, 게이트웨이간 라우팅
3. BGP, Border Gateway Protocol
• 경로제어 벡터 프로토콜 이라고도 불림. 
• AS간 라우팅 테이블을 전달하는곳에 사용 (EGP의 보완)

※ I RIP OS E B: '내 입술 오옛! 이~뻐~'

경로제어 방식

1. 고정 경로 제어(Static Routing) - 경로고정
• 설계자가 최적 경로를 미리 설정하여 상대방에 미리 붙여둔 번호를 해석해 경로를 미리 정해놓은 방식
• 네트워크 상태 변화와 관계없이 설정되는 비적응 경로 배정에 해당
2. 적응 경로 제어(Adaptive Routing) - 동적 경로결정
• 통화량에 따라 전송 경로를 동적으로 결정하는 방식
3. 범람 경로 제어(Flooding) - 쏟아붓는다
• 네트워크 정보를 요구하지 않고 송,수신처의 모든 경로로 패킷을 전송
• 경로 제어표가 필요 없음
4. 임의 경로 제어(Random Routing) - 임의경로 선택
• 인접하는 교환기 중 하나를 랜덤으로 선택하여 발송

트래픽제어(Traffic Control)

• 흐름제어(Flow Control)
• Stop-and-wait: 한번에 하나씩 전송
• 수신측의 확인 신호 ACK가 올때까지 대기한 후 전송
• Sliding window: 정해진 패킷 수(Window Size) 만큼 전송
• 한번에 여러개의 패킷을 전송가능하여 효율이 좋음
• 폭주제어: Overflow 제어
• 트래픽이 붕괴되지 않도록 네트워크 내 패킷수를 조절하여 오버플로우 방지
• 교착상태제어: 교착상태의 단말 Buffer를 폐기

LAN(Local Area Network: 근거리 통신망)

• 제한된 지역內 통신
• 고속통신 가능
• 경로선택 필요없음
• 오류발생률이 낮음
• OSI 7계층의 물리계층&데이터링크계층
• 꼬임선, 동축케이블, 광섬유등 사용

IEEE 802 표준규격

표준규격	내용	요점
802.1	OSI 참조모델, 통신망관리 등 상위계층 인터페이스 규약	전체구성
802.2	논리 링크 제어(LLC) 계층 규약	논리링크제어계층
802.3	CSMA/CD 방식 접근 제어 계층 규약	CSMA/CD
802.4	토큰버스 방식 제어 계층 규약	토큰버스
802.5	토큰링 방식 제어 계층 규약	토큰링
802.6	도시형통신망 (MAN) 규약	도시형통신망 (MAN)
802.8	고속 이더넷 (Fast Ethernet) 규약	Fast Ethernet
802.11	무선 LAN 규약	무선LAN, WiFi
802.15	블루투스 규약	블루투스

망형(Mesh) 

• 구축비용이 저렴
• 모든 노드를 연결시 필요한 회선 수 

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

• 통신회선이 사용중이면 일정시간 대기, 미사용중이면 전송 (송수신중에도 감시)
• BUS형 LAN에 주로 사용. 전송량이 적을때 효율적.
• 전송량이 많아지면 충돌이 많아져서 전송지연이 급격하게 상승.
• 충돌발생시 데이터 전송불가. 지연시간 예측 난해.
• 단 노드간 충돌을 허용. CSMA방식이 충돌을 허용하는 방식이라 충돌발생이 일어나는 문제점을 보완하기위해 CD로 충돌검출, 충돌시 재전송 기능을 부가함. 
• 채널획득 방식
• Non-persistent, 1-persistent, P-persistent

CSMA/CD의 주요절차 및 충돌회피 절차

다중접속 방식의 종류

Ethernet System 규격

• 10Mbps
• 10 BASE T: Twisted pair wire
• 10 BASE 2: 200m
• 10 BASE 5: 500m
• 10 BASE F: Flash (광섬유)
• 100Mbps
• FAST Ethernet: 100 base T
• 1Gbps
• Gigabit Ethernet

VAN(Value Added Network): 계층구조

• 기능
• 전송, 교환, 통신처리, 정보처리
• 계층구조
• 정보처리 계층
• 통신처리 계층
• 네트워크 계층
• 전송 계층

ISDN

• 채널은 B, D, E 등
• 동일한 통신망으로 음성이나 비 음성 등의 통신 서비스를 제공
• 64 Kbps 단위의 기본 연결을 제공
• 교환 접속 기능
• 회선 교환 방식
• 패킷 교환 방식

B-ISDN 참조 계층

• 물리 계층 (Physical Layer)
• ATM 셀을 전송
• ATM 계층 (Asynchronous Transfer Mode Layer)
• 가입자 정보 유형에 따라 셀 헤더를 생성, 가입자 채널 다중화
• ATM-적응 계층 (Asynchronous Transfer Mode Adaptation Layer)
• 가입자 정보의 유형에 따라 적절한 타입의 패킷 메시지를 생성

IP Address

• A~E까지 5개 Class로 구분.
• A는 국가, B는 중대형통신망, C는 소규모통신망, D는 멀티캐스팅용, E는 실험적 주소 (사용안함)

IP Protocol

• IP의 주요 임무
• 패킷의 분해 및 조립, 절단
• 호스트의 주소 지정
• 전송 경로의 논리적 관여
• 경로 선택
• 신뢰성이 부족한 비연결형 서비스를 제공하기에 상위 프로토콜에서 이런 단점을 보완해야함
• 송신지가 여러개인 데이터그램을 보내면서 순서가 뒤바뀔수도 있음
• 각 데이터그램이 독립적으로 처리되고 목적지까지 다른경로를 통해 전송될 수도 있다. 
• 구분
• 직접전송: 네트워크상에 최종목적지까지 직접 전송되는것을 의미
• 간접전송: 최종목적지의 라우터까지만 전송

IPv4 → IPv6 전환전략

• Dual Stack
• Host에서 IPv4와 IPv6 둘다 처리가능하게끔..
• Tunneling
• IPv4 망에 터널을 만들어 IPv6 패킷이 통과 가능하게..

IPv4 / IPv6 변환방식

• 헤더변환 (네트워크 계층에서 IPv4 ↔ IPv6)
• 전송계층 릴레이 (전송계층에서 IPv4 ↔ IPv6)
• 응용계층 게이트웨이 (응용계층에서 IPv4 ↔ IPv6)

OSI 참조모델

1. 물리 계층(Phisical Layer)
• 전송에 필요한 장치간 connect/disconnect. 
• RS-232C, X21 등
2. 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
• 시스템 간 신뢰성 확보. 효율성 확보.
• 흐름제어, 프레임 동기화, 오류검출, 순서제어
• HDLC, LAPB, LLC, LAPD, PPP(Point to Point Protocol, 오류검출만가능) 등
• Ethernet, IEEE 802, X.25 등(TCP/IP Layer Model의 경우)
3. 네트워크 계층(Network Layer, 망 계층)
• 네트워크 연결관리, 연결설정/유지/해제, 경로 설정(Routing), 트래픽 제어, 정보전송
• X.25, IP, ICMP, IGMP, ARP, RARP 등
4. 전송 계층(Transport Layer)
• 종단시스템(End-to-End)간 투명성 확보, 주소설정, 다중화, 전송연결, 데이터 전송, 오류제어, 흐름제어
• OSI 7 계층 하위 3계층과 상위 3계층의 인터페이스를 담당
• TCP, UDP등
5. 세션 계층(Session Layer)
• 송/수신 관련성 유지와 대화 제어
• 데이터 회복을 위해 동기점(Check point: 대/소 동기점) 사용.
6. 표현 계층(Presentation Layer)
• 응용계층(Application Layer)과 세션계층(Session Layer)간 변환담당. 
• 코드변환, 데이터 암호화, 데이터 압축, 구문검색, Format 변환, 문맥관리 등
7. 응용 계층(Application Layer)
• 사용자(응용 프로그램) OS간 서비스 제공
• TELNET, FTP, SMTP, SNMP(UDP프로토콜 사용), HTTP, NFS 등

※ LAPB
HDLC의 원리를 이용한 bit중심 프로토콜

※ Hub & Repeater(Physical)
→ Bridge(Data Link)
→ Router(Network)
→ Gateway(Session, Presentation, Application)

※ 프레임 동기의 목적 → 각 통화로의 혼선 방지

통신 프로토콜의 기본요소

• Syntax(구문), Semantics(의미), Timing(시간)

X.25

• DCE ↔ DTE 간의 인터페이스 제공
• ITU-T에서 제정한 국제 프로토콜
• 신뢰성 향상, 효율성 향상, 전송품질 향상, 흐름제어, 오류제어, 가상회선 설정과 해제, 다중화, 망 고장시 회복 등.
• 가상회선을 PVC, SVC로 나눔. 

(X.25 계층)

프레임 릴레이

기존 X.25의 오버헤드를 제거 → 고속통신에 적합하도록 개선

패킷교환 절차

호 설정 → 데이터전송 → 호 해제

UDP Header의 의 구성

• Source Port Number
• Destination Port Number
• Length
• Checksum

RTP(Real-time Transport Protocol)의 헤더필드

• Version (V) 
• Padding (P) : payload끝에 추가 데이터 있음
• Extension (X) : 헤더 다음에 헤더 확장됨
• CSRC count (CC) : 헤더뒤의 CSRC갯수
• Marker (M) : 프레임의 경계
• Payload Type (PT) : payload의 형식
• Sequence Number : 패킷번호 (패킷분실 확인용) 

통신용량을 늘리는 방법

• 주파수 대역폭을 늘린다. 
• 신호세력을 높인다. 
• 잡음세력을 줄인다. 
• 참고) 통신용량(C) = W * log₂(1 + S/N)