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1. 데이터 교환 방식
1.1. 데이터 교환 방식
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회선 교환(Circuit Switching)
•
패킷 교환(Packet Switching)
•
메시지 교환(Message Switching)
데이터 교환 방식은 송신자와 수신자 사이에서 데이터를 전달하는 방식에 따라 구분
1.2. 회선 교환 (Circuit Switching)
송수신자 사이에 전용 통신 경로(circuit)를 설정한 후 데이터를 전송하는 방식
•
연결지향 전송(Connection-Oriented Transmission)
•
연결 설정 → 데이터 전송 → 연결 해제 과정 수행
•
전용선처럼 회선을 사용하므로 대량 실시간 데이터 전송에 적합
1.3. 패킷 교환 (Packet Switching)
데이터를 일정 크기의 패킷(Packet)으로 분할하여 전송하는 방식
패킷(Packet)
•
데이터(Payload) + 제어 정보(Header, Tail)
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보통 128 바이트
특징
•
주기억장치를 사용하여 Store-and-Forward 방식 사용해 전송 지연 줄임
•
각 패킷마다 헤더가 붙어 오버헤드 있음
•
짧은 실시간 전송에 많이 사용
1.3.1 가상회선 방식 (Virtual Circuit)
논리적 연결 경로를 미리 설정한 후 패킷을 전송하는 방식
•
회선교환과 유사한 연결지향 전송
•
패킷 순서 유지 가능
1.3.2 데이터그램 방식 (Datagram)
패킷마다 독립적으로 경로를 선택하여 전송하는 방식
•
비연결형 전송(Connectionless Transmission)
•
패킷별 경로 상이 가능해 패킷 순서 보장 어렵고 패킷 재조립 필요
1.4. 메시지 교환 (Message Switching)
데이터를 분할하지 않고 메시지 단위 그대로 전송하는 방식
•
데이터 크기 관계 없이 데이터 그대로 전송
•
전용선 불필요하지만 헤더(목적지 주소) 필요
•
Store-and-Forward 방식 사용 (중간 노드에 임시 저장 후 전달)
•
전송지연이 길어서 실시간 서비스에 부적합
•
대용량 데이터 전송 적합
장점
•
메시지 분할 및 재조립 과정 불필요해 시간 절약
•
패킷 재조립이 필요 없어 패킷 교환보다 오버헤드 감소
단점
•
Store-and-Forward 방식으로 전체 메시지를 처리하므로 중간의 모든 노드가 주기억장치는 물론 보조기억장치까지 사용하게 되어 패킷 교환에 비해 더 많은 시간이 소모됨
•
오류 발생 시 전체 메시지 재전송 필요해 대역폭 낭비 발생
1.5. 교환 방식 비교
구분 | 회선 교환 | 메시지 교환 | 가상회선 패킷 교환 | 데이터그램 패킷 교환 |
연결 방식 | 연결지향 | 비연결형 | 연결지향 | 비연결형 |
데이터 단위 | 회선 | 메시지 | 패킷 | 패킷 |
전송 지연 | 낮음 | 큼 | 상대적으로 낮음 | 상대적으로 낮음 |
실시간 전송 | 적합 | 부적합 | 적합 | 적합 |
메시지 | 분실 가능성 | 분실 가능성 없음 | 재구성 불필요 | 재구성 필요 |
2. 다중화
2.1. 다중화 (Multiplexing) 개념 및 목적
여러 단말기들이 하나의 통신선로를 공유할 수 있도록 하는 기술
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하나의 물리 선로를 여러 논리 채널로 나누어 공유
•
데이터 자체는 변경하지 않음(Transparent)
•
전송 자원 이용의 효율성 및 통신망 구축 비용의 절감 목적
2.2. 다중화 종류
2.2.1. 시분할 다중화 (TDM, Time Division Multiplexing)
여러 데이터 채널을 일정 시간(Time Slot) 단위로 분할하여 하나의 통신선로를 복수 채널로 공유하는 방식
•
디지털 채널 기반
종류
•
비동기식 시분할 다중화(ATDM)
•
통계적 시분할 다중화(STDM)
4개의 단말기가 시분할 다중화 방식으로 고속의 통신선로를 통해 컴퓨터에 연결
2.2.2. 주파수 분할 다중화 (FDM, Frequency Division Multiplexing)
각 데이터 채널에 서로 다른 반송파 주파수를 할당하여 동시에 전송하는 방식
•
아날로그 기반 전송
•
예. 라디오 방송(AM, FM)
2.3. 파장 분할 다중화 (WDM, Wavelength Division Multiplexing)
광섬유에서 서로 다른 파장의 빛을 이용하여 데이터를 동시에 전송하는 방식.
•
광섬유의 고속 데이터 전송률을 이용하기 위해 설계됨
•
신호가 빛이라는 점 이외에 FDM과 유사한 개념
2.4. TDM과 FDM 비교
구분 | TDM | FDM |
분할 기준 | 시간 | 주파수 |
전송 방식 | 디지털 | 아날로그 |
자원 공유 방식 | 시간 슬롯 | 주파수 대역 |
대표 환경 | 디지털 통신 | 방송 통신 |
3. 동기화
3.1. 동기화 정의 및 필요성
동기화 (Synchronization)
송신측과 수신측이 동일한 기준 시점으로 데이터를 처리하도록 맞추는 과정
•
서로 다른 시점에 데이터를 송수신해 발생되는 오류문제 해결
•
표본화 펄스의 정확한 위치를 송수신자 사이에 맞추는 기술
동기화가 맞지 않으면 표본화 위치가 어긋나(오동기) 데이터 오류가 발생할 수 있음
3.2. 동기화 방법
3.2.1. 비트 동기
송신측과 수신측이 동일한 클록(Clock)을 기준으로 비트를 구분하는 방식
예를 들어 원래 데이터가 010010 인데 표본화 위치가 밀리면 011011로 다른 데이터로 해석될 수 있음
비트 동기 방법
1.
두 지국이 독립된 클록 가지는 경우
•
각 지국이 자신의 클록 사용
•
제어 지국의 동기 정보를 이용해 종속 지국의 클록 속도 수정
•
클록 오차를 지속적으로 보정
2.
한 지국만 클록 가지는 경우
•
송신 데이터 앞에 동기 신호(sync signal) 함께 전송
•
수신측은 동기 신호를 이용하여 표본화 위치 결정
•
데이터 수신 시마다 클록 기준 재설정 가능
3.
두 지국 모두 클록을 가지지만 초기 동기만 수행하는 경우
•
초기 몇 비트 동안 클록 동기 수행
•
이후 수신측은 자신의 클록 사용
•
장시간 통신 시 클록 drift 발생 가능
특징
•
동기식 전송(Synchronous Transmission)에서 중요
•
고속 데이터 전송에 적합
•
정확한 클록 제어 필요
•
하드웨어 구현 복잡도 증가
3.2.2. 문자 동기
비트들을 문자(Character) 단위로 구분하는 방식
수신측은 단순히 비트를 읽는 것뿐만 아니라 어디까지가 하나의 문자(Byte)인가 구분할 수 있어야함. 예를 들어 01000001 01000010 라는 데이터가 들어오면 이를 A B 로 구분할 수 있어야함.
이를 위해 문자 시작과 끝을 식별하는 동기화 과정이 필요
특징
•
문자 단위 데이터 구분 수행
•
프레임(Frame) 단위 데이터 처리 가능
•
비동기식 전송(Asynchronous Transmission)에서 주로 사용
•
Start Bit / Stop Bit 사용 가능
비동기식 전송 예시
[Start Bit][Data][Stop Bit]
Plain Text
복사
•
Start Bit
◦
문자 시작 알림
•
Data
◦
실제 데이터 비트
•
Stop Bit
◦
문자 종료 알림
수신측은 Start Bit를 기준으로 문자 수신을 시작하고 Stop Bit를 통해 문자 종료를 판단