네트워크 일반 : Section 4 광대역 기술

※ 프레임 릴레이(Frame Relay)란?

 

1-1) 프레임 릴레이 개요

• 멀티 액세스를 위한 네트워크
• 두 개 이상의 장비를 네트워크에 동시 연결하여 X.25의 패킷 전송 기술을 고속 데이터통신에 적합하도록 개선한 프로토콜

 
X.25란?

• 네트워크 선로가 좋지 않을 때 개발된 네트워크로서 많은 에러 처리 기능을 포함
• 오버헤드가 높음
• 프레임 릴레이는 네트워크 선로가 좋은 환경에서 등장하므로 X.25의 에러 처리를 단순화하여 오버헤드를 낮춤

 

2-1) 프레임 릴레이 특징

• 상위 계층에서 오류를 복구하고 재전송
• 경로 설정이 가능
• 전송 지연을 감소
• 하나의 물리적 링크에 복수의 논리적인 가상 회선을 설정
• 단순한 데이터 처리 절차만을 규정

 

3-1) 프레임 릴레이 구조

• 프레임 릴레이 기본 프로토콜 구조
  • Flag - Address - Information - FCS - Flag
    • Flag는 모든 프레임의 시작과 끝에 위치
    • FCS는 프레임의 에러를 검색 (발견시 제거)
• 프레임 릴레이 제어 프로토콜 구조
  • Flag - Address - Control - Information - FCS - Flag

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※ HDLC(High-Level Data Link Control)이란?

 

1) HDLC 개요

• 전이중과 반이중 통신을 모두 지원하는 비트지향 (Bit-Oriented)프로토콜
• 점 대 점 링크, 멀티 링크를 위하여 ISO에서 개발한 국제 표준 프로토콜

 

2) HDLC 특징

• 반이중 및 전이중 통신을 지원
• 동기식 전송 방식
• 오류 제어를 위해 Go-Back-N ARQ 및 선택적 재전송 ARQ 방식을 사용
• 흐름 제어를 위해 슬라이딩 윈도우 방식을 사용
• 연속적인 정보를 전달
• 명령은 상대방에 대한 데이터 링크 설정, 데이터 전송, 종료 지시
• 응답은 명령에 대한 실행 결과
• 비트 삽임에 의해 투명한 데이터의 전송을 보장

 

3) HDLC 프레임

3-1) HDLC 프레임 구조

• Flag(시작 플래그 8Bit) - Address(주소 8Bit) - Control(제어 8Bit) - Information(정보 무제한) - FCS(16Bit) - Flag(종료 플래그 8Bit)

 

3-2) HDLC 프레임 종류

종류	기능
정보 프레임(Information Frame)	사용자 데이터 전달
감독 프레임(Supervisor Frame)	흐름 및 에러 제어
무번호 프레임(Unnumbered Frame)	회선 설정, 유지, 종결

 

3-3) HDLC 프레임 구조

프레임 구조	설명
Flag Field	- 프레임 양 끝의 번위를 정함 - 끝과 시작을 나타내는 플래그로 각각 하나씩 사용 - 동기화하기 위해 계속적으로 플래그 조사
Address Field	- 7비트 의 배수 확장 사용 가능 - 11111111은 모든 부 스테이션에 방송
Control Field	- 형식이 다른 프레임을 정의 - Information Frame : 사용자를 위한 데이터 전송 - Supervisory Frame : 피기백이 사용되지 않는 ARQ - Unnumbered Frame : 보조 링크 제어 기능
Information Field
FCS Field

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2) 직렬 전송과 병렬 전송

2-1) 직렬 전송과 병렬 전송 개요

• 직렬 전송
  
  • 한 문자의 비트를 하나의 전송로를 사용해 데이터를 순차적으로 송신
  • 회선이 적고 전송 비용이 적음
  • 동기식 전송이며 전송 속도가 느림
  • 전송 에러가 적음
• 병렬 전송
  • 한 문자의 문자를 여러 개의 전송로로 데이터를 동시에 전송 (회선이 많이 필요)
  • 전송 비용이 비교적 많이 발생
  • 송수신기가 단순하며 전송 속도가 빠름
  • 에러 발생 가능성이 높음

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3) 비동기식 전송과 동기식 전송

• 비동기식 전송
  • 한 문자 단위로 데이터를 전송하는 방식
  • 스타트 비트(Start Bit) & 스톱 비트(Stop Bit)를 사용
• 동기식 전송
  • 문자를 블록 단위로 빠르게 전송하는 방식
  • 많은 양의 데이터를 전송할 수 있다. 
  • 문자 동기방식과 비트 동기 방식이 존재한다.

 

구분	비동기식 전송	동기식 전송
개념	- 한번에 한 문자씩 전송 - 한 문자 정송마다 동기화 수행	- 데이터를 블록으로 나누어 블록 단위로 전송
전송 단위	- 문자 단위의 비트 블록	- 프레임
전송 속도	- 저속	- 고속
전송 효율	- 낮음	- 높음
장점	- 동기화가 단순하며 저렴	- 원거리 전송에 용이
단점	- 문자 사이에 유휴 시간이 발생	- 고가

 

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※ 데이터 통신 방식과 전송 매체란?

 

1) 교환 회선과 전용 회선

• 정보 전송 회선은 정보를 전송하기 위한 매체

 

• 교환 회선
  • 교환기를 사용해서 데이터를 전환하는 것
  • 회선 교환 및 축적 교환으로 나누어짐
  • 데이터 양이 적으며 사용자가 많을 때 사용
• 전용 회선 방식
  • 정보 송신자와 수신자 간에 직접 전달하는 것
  • 일대일로 직접적으로 통신을 수행
  • 사용자는 적지만 전송할 데이터 양이 많을 때 사용

 

2) Point to Point와 Multi Point 개요

• 1) Point to Point 방식
  • 송신자는 하나의 통신 회선을 통해서 1대1로 연결하여 데이터를 전송
  • 전용 회선을 통해 데이터를 통신하기 때문에 안정적이고 빠르게 데이터를 전송
• 2) Multi Point 방식
  
  • 한개의 회선을 통해서 여러 명의 사용자에게 데이터 전송
  • 한개의 회선을 사용하기 때문에 어느 순간에 어느 사용자에게 데이터를 보내야 하는지 결정해야하는데 폴링과 셀렉션 존재
    • 폴링(Polling) : 전용 회선에 전송할 데이터가 있는지 주기적으로 검사
    • 셀렉션(Selection) : 수신자가 받을 준비가 되어 있는지 확인

 

3) Point to Point와 Multi Point의 회선 제어 기법

• 1) Point to Point 방식의 회선 제어 기법인 컨텐션(Contention)
  • 송신자와 수신자가 한번 연결되면 독점적으로 사용
  • 송신 요구를 누가 먼저 했는지에 따라 회선 사용권이 결정
• 2) Multi Point 방식의 회선 제어기법인 폴링과 셀렉션 방식
  
  • 폴링 : 송신자 단말기에서 전송할 데이터가 있으면 전송을 허가하는 방법
  • 셀렉션 : 수신자의 단말이가 데이터를 수신받을 준비가 되어 있으면 데이터를 전송하는 방법

 

4) 회선 제어 단계

1. 회선 연결
2. 링크 확립
3. 메시지 전송
4. 링크 단절
5. 회선 절단

 

5) 전송 매체

5-1) 유선 선로

• 1) 트위스티드 페어 케이블 (Twisted Pair Cable)
  • 트위스티드 페어는 2개의 구리 선이 서로를 감싸 있는 것으로 전화선으로 사용
  • 구성이 용이하고, 비용이 저렴하나, 혼선, 감쇠, 도청이 쉬움
• 2) 등축 케이블 (Coaxial Cable)
  
  • 중앙의 구리선에 플라스틱 전연체로 감싸서 만든것으로 TV수신할 때 사용
• 3) 광섬유 케이블 (Optical Fiber Cable)
  • 빛의 전반사 현상을 이용
  • 신뢰성이 높고 온도 변화에도 안정적
  • 에러율 적음
  • 높은 비용에 설치가 어려움

 

5-1-1) 전송 에러

• 1) 노이즈 (Noise)
  
  • 다소의 왜곡을 포함한 전송 신호
  • 불필요한 신호
  • 전자레인지, 모니터, 형광등 환경 특성에서 유발
• 2) 감쇠 (Attenuation)
  
  • 전기적 신호가 약해지는 현상
• 3) 혼선 (Crosstalk)
  
  • 통신 품질을 저하시키는 직접적인 영향

 

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※ 변조란?

 

1) 변조

• 변조(Modulation)는 아날로그 혹은 디지털 신호를 전송할 수 있도록 주파수 및 대역폭을 갖는 신호를 생성하는 과정
• 부호화(Encoding)는 신호를 다른 형태로 변화하는 것 
• 디지털 신호를 아날로그 신호로 변조하는 방식은 
  • 1) 진폭 편이 변조
  • 2) 주파수 편이 변조
  • 3) 위상 편이 변조

 

2) 아날로그 변조

• 아날로그 신호(연속적인 변화를 갖는 신호)를 전송하기 위해 고주파 신호와의 조합으로 변환하는 기술을 말함
• 이 경우, 더 멀리, 빠르게, 정확하게 정보를 전달할 수 있음

 

• 즉, 기존의 아날로그 신호를 전송에 적합한 신호로 변화하는 과정
  • 1) 진폭 변조(AM : Amplitude Modulation)
  • 2) 주파수 변조(FM : Frequency Modulation)
    • 신호의 주파수 대역은 넓어지지만 잡음에 강함
    • FM 방송, 지속 데이터 전송용 모뎀 등에 사용
  • 3) 위상 변조(PM : Phase Modulation)
    • 디지털 전송용 모뎀
    • 디지털 무선 전송 등에 사용

 

3) 디지털 변조

• 디지털 신호를 아날로그 신호로 변조하는 것

 

3-1) 진폭 편이 변조(ASK : Amplitude Shift Keying)

• 0과 1의 진폭을 적용하여 신호를 변조하는 방법으로 광섬유로 디지털 데이터를 전송
• 장점 : 회로 간단하며 가격이 저렴
• 단점 : 잡음이나 신호의 변동에 약하며 비효율 방법

 

3-2) 주파수 편이 변조(FSK : Frequency Shift Keying)

• 0과 1의 서로다른 주파수를 사용하여 변조하는 방법으로 비동기식에 사용
• ASK보다 에러에 강하고 회로가 간단

 

3-3) 위상 편이 변조(PSK : Phase Shift Keying)

• 0과 1의 서로 다른 위상을 적용하여 변조하는 것으로 중속, 고속 동기전송에서 많이 사용
• 장점 : 복잡도가 높은 데이터 전송률이 높아짐

 

3-4) 직교 진폭 변조(QAM : Quadrature Amplitude Modulation)

• 0과 1의 서로 다른 위상을 적용하여 변조하는 것으로 중속, 고속 동기전송에서 많이 사용
• 장점 : 복잡도가 높은 데이터 전송률이 높아짐

 

4) 베이스밴드(Baseband)와 브로드밴드(Broadband)

1) 베이스밴드

• 변조하지않고 그대로 전송하는 방식 (별도 모뎀이 필요 없음)
• 데이터 전송 품질이 우수
• 근거리 전송에 많이 사용

 
1-1) 장점

• 운영 비용이 저렴
• 전이중 방식인 양방향 전송 가능
• 네트워크 구성이 간단하여 통신에 많이 사용

 
1-2) 단점

• 추가적으로 리피터라는 장치가 필요 (장거리 전송시)
• 통신 잡음에 쉽게 변형됨

 

2) 브로드밴드

• 디지털 신호를 여러 개의 신호로 변조해서 다른 주파수 대역으로 동시에 전송하는 방식
• 하나의 통신선로에 여러 개의 채널을 사용해서 동시에 전송 
• 장거리 전송에 사용

 
2-1) 장점

• 장거리 전송에 효율적이고 저렴
• 잡음에 의한 신호 감소가 적다
• 다중 채널을 사용

 
2-2) 단점

• 회로가 복잡해 설치 및 관리가 어려움
• 속도가 느리다
• 단방향 전송이다.

 

구분	베이스밴드	브로드밴드
종류	- 디지털	- 아날로그
거리	- 단거리	- 장거리
채널	- 단일채널	- 다중채널
방식	- 양뱡향	- 단방향
용도	- 데이터 전송	- 음성, 영상, 데이터
변복조	- 없음	- 필요함
다중화	- 시분할 다중화	- 주파수 분할 다중화

 

5) PCM(Pluse Code Modulation)

1) PCM 변조 개요

• 아날로그 신호를 디지털 신호로 변조하는 것
• 아날로그 신호를 펄스로 변환하여 전송
• 수신측에서 이를 다시 아날로그 신호로 환원
• 고품질의 정보와 다양한 형태의 서비스 가능
• 잡음에 강하며 다중화가 용이함
• 점유 주파수 대역폭이 큰 단점이 존재

 
2) PCM 변조 과정

1. 표본화 : 작은 간격의 직사각형으로 시분할하여 신호를 만듦
2. 양자화 : 수량화를 수행
3. 부호화 : 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환
4. 복호화 : 디지털 신호를 펄스 신호로 변환
5. 여과 : 본래의 아날로그 신호로 변환

 

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※ 다중화란?

 

1) 다중화(Multiplexing) 개요

• 여러 단말장치의 신호를 하나의 통신회선을 통해서 송신하고
• 수신측에서 여러 단말장치의 신호를 분리하여 입출력할 수 있는 방식
• 하나의 통신회선을 사용 (회선과 모뎀을 절약)

 
1) 주파수 분할 다중화(FDM : Frequency Division Multiplexing)

• 좁은 주파수 대역을 사용하는 여러 개의 신호를 넓은 주파수 대역을 가진 하나의 전송로를 사용해서 전송
• 주파수 대역을 여러 개의 독립된 저속 채널의 집단으로 분리
• 사용자는 채널을 점유
• 보호대역은 채널 간의 완충 지역으로 불필요하게 대역폭을 낭비

 
2)  시분할 다중화(TDM : Time Division Multiplexing)

• 타임슬롯이라는 일정한 시간폭으로 나누어서 일정한 크기의 데이터를 채널 별로 전송하는 방법
• 고속 전송이 가능
• 포인트 투 포인트 방식에 주로 사용

 
3)  역다중화(Demultiplexing)

• 하나의 신호를 2개의 저속 신호로 나누어서 전송
• 하나의 채널이 고장나도 50% 속도로 계속적으로 진행 가능
• 두 개의 음성 회선을 사용해서 광대역 통신 속도를 얻을 수 있음

 
4) 파장 분할 다중화(WDM : Wavelength Division Multiplexing)

• 광섬유를 사용해서 하나의 선로에 8개 이하의 신호를 중점에서 전송

 

2) 집중화기(Concentrator)

• 여러 개의 입력회선을 n개의 출력 회선으로 집중화하는 장치
• 입력 회선의 수는 출력 회선의 수보다 같거나 많음
• 집중화기는 하나의 고속 통신회선에 여러 개의 저속 통신 회선을 접속하기 위해서 사용

 
1) 집중화기 특징

• 고속 회선을 사용
• 동적인 시간을 할당
• 입출력 각각의 대역폭이 다름
• 구조가 복잡하고 불규칙한 전송에 사용