정보처리기사 필기 5 과목 : 데이터 통신

5 과목 : 데이터 통신

다중 접속 방식

FDMA(Frequency Division Multiple Access) : 주파수 대역을 일정 간격으로 분할하는 방식

TDMA (Time Division Multiple Access) : 사용 시간 (Time Slot)을 분할하는 방식

CDMA( Code Division Multiple Access ) : 주파수나 시간을 모두 공유하면서 

각 데이터에 특별한 코드를 부여하는 방식으로, 산악 지형 또는 혼잡한 도심 지역에서 통화 품질이 우수함

(뒤에 나오는 내용 끌어옴)

주파수 분할 다중화기(FDM)

통신 회선의 주파수를 여러 개로 분할하여 여러 대의 단말장치가 동시에 사용할 수 있도록 한 것

전송 신호에 필요한 대역폭보다 통신 회선의 유효 대역폭이 큰 경우에 사용(여러개로 분할 가능)

대역폭을 나누어 사용하는 각 채널들 간의 상호 간섭을 방지하기 위한 보호대역(Guard Band)이 필요하다

저속(1200Bps 이하)의 비동기식 전송, 멀티 포인트 방식, 아날로그 신호 전송에 적합

동기식 시분할 다중화기(STDM)

모든 단말 장치에 균등한(고정된) 시간 폭을 제공

전송되는 데이터의 시간 폭을 정확히 맞추기 위한 동기 비트가 필요하다.

전송할 데이터가 없는 경우에도 시간폭(time slot)이 제공되므로 효율이 떨어진다.

비동기식 시분할 다중화기(ATDM, asynchronous time-division multiplexing) = 통계적 = 동적 = 지능 = 확률적 = 비동기

전송할 데이터가 있는 장치에만 타임슬롯 제공, 전송효율 높다

주소제어, 흐름제어, 오류제어 등의 기능을 하므로 복잡한 제어회로와 임시 기억장치 필요, 가격 비쌈

=지능(Intelligence) / 확률적(Probability) / 통계적(Statistical) 시분할 다중화기

통신 방식

단방향 통신(Simplex) 

반이중 통신(Half-Duflex) : 양방향 전송 O, 동시 전송 X  ex.무전기, 모뎀을 이용한 데이터 통신

전이중 통신(Full-Duflex) : 동시 양방향 전송 O, 전송매체의 용량 클대 사용  ex. 전화, 전용선을 이용한 데이터 통신

비동기식 전송

한 문자를 나타내는 부호(문자 코드) 앞뒤에 start bit와 stop bit를 붙여서 바이트와 바이트를 구별하여 전송하는 방식

시작비트, 전송 문자, 정지 비트 단위, 여기에 오류 검출을 위한 패리티 비트(Parity Bit)를 추가하기도

데이터 전송되지 않을 시, 통신 회선은 휴지(Idle) 상태가 되는데, 문자와 문자 사이의 휴지시간(Idle time)이 불규칙하다

동기식 전송 

미리 정해진 수만큼의 문자열을 한 블록(프레임)으로 만들어 일시에 전송

수신기의 프레임레벨 동기화 필요

블록동기방식 - 문자 동기 방식(SYN등의 동기문자(전송제어문자)에 의해 동기를 맞춤) / 비트 동기방식

디지털 변조 - 위상편이 변조(PSK, Phase-shift keying)

0과 1을 서로 다른 위상을 갖는 신호로 변조

한 위상에 1비트(2위상), 2비트,(4위상) 또는 3비트(8위상)를 대응시켜 전송하므로 속도를 증가 시킬 수 있다.

종류 : 2위상 편이 변조(DPSK), 4위상 편이 변조(QDPSK), 8위상 편이 변조(ODPSK)

디지털 변조 - 직교 진폭 변조(QAM)

반송파의 진폭과 위상을 상호 변환하여 신호를 얻는 변조 방식

진폭 위상 변조 / 직교 위상 변조 방식이라고도 함

펄스 코드 변조(PCM)

화상, 음성 동영상, 비디오, 가상현실 등과 같이 연속적인 시간과 지폭을 가진 아날로그 데이터를 

디지털 신호로 변조하는 방식, CODEC을 이용

*코덱 : 음성 또는 영상의 신호를 디지털 신호로 변환하는 코더와 그 반대로 변환시켜 주는 디코더의 기능을 함께 갖춘 기술.

펄스 코드 변조 (PCM) 순서

 :  [송신측] 표본화 > 양자화 > 부호화  // [ 수신측 ] 복호화 > 여과화

*양자화 : 아날로그양, 즉 단절 없이 연속된 변화량을 일정한 폭 ∆로 불연속적으로 변화하는 유한 개의 레벨로 구분하고, 

  각 레벨에 대하여 각각 유니크한 값을 부여하는 것.

전송 속도

- 변조 속도 : 1초 동안 몇 개의 신호 변화가 잇었는가를 나타내는 것(단위 : Baud)

변조속도 (Baud) = 데이터 신호 속도(Bps) / 변조시 상태 변화 수

*Bps, bit per second: 1초동안 전송할 수 있는 모든 비트의 수

- 신호 속도 : Bps = 변조 속도(Baud) * 변조시 상태 변화 수

- 변조 시 상태 변화 수 : 모노비트(Monobit) = 1bit / 디비트(Dbit) = 2bit / 트리비트 / 쿼드비트 

통신 용량

단위시간동안 전송 회선이 최대로 전송할 수 있는 통신 정보량

샤논의 정의 : 통신용량(C) = 대역폭(BW) * log_2( 1 + S/N ) [Bps]

전송 제어 문자

신호가 소정의 경로를 선택할 수 있도록 제어하기 위해 특별히 부가하는, 메시지 중에 포함되는 문자.

SYN, synchronous idle : 문자 동기

SOH, start of heading : 헤딩의 시작

STX, start of text : 본문의 시작 및 헤딩의 종료

ETX, end of text : 본문 졸료

ETB, end of Transmission block : 블록의 종류

EOT, end of transmission

ENQ, enquiry

DLE, data link escape

ACK, acknowledge

NAK, negative acknowledge

전송 제어의 기본

전송 제어 : 데이터의 원활한 흐릉을 위하여 입출력 제어, 회선 제어, 동기 제어, 오류 제어, 흐름 제어 등을 수행

OSI 7 참조 모델의 데이터 링크 계층에서 수행하는 기능

*OSI : open systems interconnection

전송 제어 절차

 : 데이터 통신 회선 접속 > 데이터 링크 설정(확립)> 정보 메시지 전송 > 데이터 링크 종결 > 데이터 통신회선의 절단

HDLC(high-level Data Link Control)

HDLC특징

비트 위주의 프로토콜, 각 프레임에 데이터의 흐름을 제어하고 오류를 검출할 수 있는 비트열을 삽입하여 전송

point to point 및 멀티 포인트, 루프 방식에서 모두 사용 가능

*point to point : 두 개의 장치들을 유선 또는 무선으로 일대일로 직접 연결하는 방식. 

      가장 단순한 방법이지만 두 장치들은 채널의 전체 용량을 사용하여 송수신할 수 있다.

단방향, 반이중, 전이중 통신 모두 지원, 동기식 전송방식 사용

흐름제어를 위해 슬라이딩 윈도우방식 사용

HDLC 프레임의 구조

헤더 {플래그 / 주소부 / 제어부} / 

텍스트 { 정보부 } / 

트레일러 { FCS(Frame check sequence: 프레임 검사 순서) / 플래그 }

플래그 : 프레임의 시작과 끝을 나타내는고유한 비트패턴으로 각 통화로의 혼선을 방지하기 위해 동기를 유지

제어부(Control Field) : 프레임의 종류를 식별하기 위해 사용. 

  제어부의 첫 번째, 두 번째 비트를 사용하여 프레임 종류를 구별 

FCS(프레임 검사 순서 필드) : 프레임 내용에 대한 오류 검출을 위해 사용되는 부분으로, 일반적으로 CRC 코드 사용

*CRC : 일반적인 통신 시스템에서 수신되는 데이터의 오류를 검출하는 방법 중 가장 널리 사용되는 방법

HDLC 프레임의 종류

정보(Information) 프레임

감독(Supervisor) 프레임

비번호(Unnumbered) 프레임

HDLC 데이터 전송 모드의 종류

표준응답모드 (NRM) / 비동기 응답 모드(ARM) / 비동기 균형모드 (ABM)

NRM은 반이중 포인트투포인트 또는 멀티포인트 불균형링크 구성

ARM 전이중 포인트투포인트 불균형

ABM 전이중 포인트투포인트 균형

회선 제어방식

- 폴링 : 주컴퓨터에서 단말기에게 전송할 데이터가 있는지 물어 전송할 데이터가 있다면 전송을 허가하는 방식으로, 

    단말기에서 컴퓨터에 보낼 데이터가 있는 경우에 사용 (단말기 > 컴퓨터)

-  셀렉션 : 주컴퓨터가 단말기로 전송할 데이터가 있는 경우 그 단말기가 받을 준비가 되었는가를 묻고, 

   준비가 되있다면 주컴퓨터에서 단말기로 데이터를 전송하는 방식 (컴퓨터 > 단말기)

오류의 발생 원인

- 감쇠 : 신호가 거리에따라 약해짐

- 지연왜곡 : 여러 신호 전달시 주파수따라 속도가 달라 발생

- 상호 변조(간섭) 잡음 : 다른 주파수간 합이나 차로인해 새로운 주파수가 생성되는 잡음

- 누화 잡음(=혼선) : 인접 전송매체에 의해 생기는 잡음, 통화중 다른 전화 내용이 함께 들리는 현상

- 충격성 잡음 : 기계적 충격에 의해 발생

전진(순방향) 오류 수정(FEC, forward error correction)

재전송 요구 없이 수신측에서 스스로 오류 검출과 수정하는 식

역채널 필요없고 연속적인 데이터 흐름 가능

데이터 비트 외에 오류 검출 및 수정을 위한 비트들이 추가로 전송돼야하기때문에 전송 효율 떨어짐

해밍코드, 상승코드 방식

자동 반복 요청(ARQ, Automatic Request for repeatition)

오류 발생 시 수신 측은 오류 방생을 송신 측에 통보하고, 송신 측은 오류 발생 블록을 재전송하는 모든 절차를 의미

종류 : 정지-대기, 선태적 재전송 AQR , 적응적 AQR, Go-Back-N AQR

정지 - 대기 ARQ : 송신 측에서 한개의 블록을 전송한 후 수신측으로부터 응답을 기다림

Go-Back-N ARQ : 오류발생 블록 이루의 모든 블록 재전송

선택적 재전송 : 오류발생 블록만 재전송. 순서 맞춰야하므로 더 복잡한 논리회로와 큰 용량 버퍼 필요

오류 검출 방식

- 순환 중복 검사(CRC, Cyclic redundancy check)

다항식 코드 사용하여 오류 검출

HDLC프레임의 FCS(프레임 검사 순서 필드)를 만드는데 사용

집단오류를 검출할수있고, 검출률 높아 가장 많이 사용

- 해밍 코드

수신측에서 오류가 발생한 비트를 검출한 후 직접 수정

해밍거리 : 송신 비트와 수신비트 중 서로 다른 비트의 수 (오류 비트 수)

최소 해밍거리를 dmib이라고 할때 최대 오류 수의 검출 및 정정에 대한 공식

정정가능한 최대 오류 수 : dmin-1 / 2

검출 가능한 최대 오류 수 : dmin-1

회선 교환 방식

통신을 원하는 두 지점을 교환기를 이용하여 물리적으로 접속시키는 방식

데이터 전송 전에 먼저 물리적 통신 회선을 통한 연결이 필요

접속이 되고나면 그 통신 회선은 전용회선에 의한 통신처럼 데이터가 전달된다.(고정 대역 전송)

접속에는 긴 시간 소요되나 전송지연 거의 없어 실시간 전송가능

수신 노드에서 패킷을 재준서화하는 과정 필요

메시지 교환 방식

교환기가 송신측 메시지 받아서 저장, 전송 순서가 되면 수신측으로 전송하는 방식

각 메시지마다 전송 경로 결정, 수신측 주소를 붙여서 전송

전송메시지는 검색 및 속도나 코드 변환 가능

전송지연시간 매우 길다

응답시간이 느려 대화형 전송에 부적절

패킷 교환 방식의 특징

*패킷 : 전송 혹시 다중화를 목적으로 메시지를 분할하여 송수신측 주소와 제어정보 등을 부가하여 만든 데이터 블록

패킷의 조립및 분해기능이 없는 비패킷형 단말기는 PAD(Packet Assembler / Disassembler)에 의해서 패킷의 조립 및 분해가 이루어진다.

메시지를 일정한 길의의 패킷으로 잘라서 전송하는 방식

전송 실패 패킷 재전송 가능

응답시간 빠르므로 대화형 응용 가능

가상 회선 방식 / 데이터그램 방식

패킷 교환 방식 - 가상 회선 방식

단말기 상호간에 논리적인 가상 통신회선 미리 설정.  설정된 경로 따라 패킷들을 순서적으로 운반하는 방식

데이터 전송의 안정, 신뢰성 보장

패킷의 송,수진 순서가 같다.

통신 과정 : 호(Call) 설정 > 데이터 전송 > 호(Call) 해제

경로 제어 프로토콜

링크 제어 계층의 지원을 받는 상위 계층의 인접 노드 간 프로토콜은 경로 제어 프로토콜이다. 경로 제어 프로토콜의 역할은 네트워크를 통과하

단위 데이터의 경로 제어와 정보 전송 단위의 조작이다. 경로 제어 프로토콜은 각 패킷의 수신 주소를 해석하여 다음번 경로를 결정한다

- RIP (*router interchange protocol)

*라우터 : 서로 다른 네트워크를 연결해주는 장치

소규모 동종의 네트워크 내에서 효울적인 방법

인접해 있는 라우터와 라우팅 정보를 교환하는 거리벡터 라우팅

회대 *홉(Hop) 수를 15로 제한한다.

*홉 : 어떤 지점 간에 무선 통신을 하는 경우, 송신소에서 발사된 전파가 전리층에서 한번 반사되어 수신소에 도달하면 그 전파를 1홉의 전파라 한다

- OSPF(Open Shortest Path First, 최단경로 우선 프로토콜)

홉 수에 제한이 없어 대규모 네트워크에서 많이 사용되는 프로토콜

라우팅 정보에 변화가 있을 때 변화된 정도만 네트워크 내의 모든 라우터에게 알리는 링크상태 라우터이다.

IEEE 802의 주요 표준 규격

IEEE 802 는 근거리 통신망과 도시권 통신망을 관할하는 전기 전자 기술자 협회(IEEE) 표준 규칙들의 계열을 말한다. 구체적으로 말해, IEEE 802 표준은 가변 크기 패킷을 전달하는 네트워크에 제한되어 있다.

802.3 : CSMA(carrier sense multiple access, 반송파 감지 다중 액세스)/CD 방식

802.4 : 토큰 버스 방식

802.5 : 토큰 링 방식

802.11 : 무선 LAN

이더넷 시스템의 규격

이더넷 :  가장 대표적인 버스 구조 방식의 근거리통신망(LAN).

10 BASE T : 10은 전송 속도가 10Mbps, BASE는 베이스밴드 방식, T는 전송 매체로 꼬임선 케이블을 사용함을 나타냄

10 BASE 5 : 굵은 동축 케이블을 이용하며, 5는 한 세그먼트의 최장 거리가 500m임을 나타냄

B-ISDN (광대역 종합 정보 통신망, broadband integrated services digital networks)

*broadband : 광대역, 대량정보 고속전송 유무선 정보 통신 시스템 혹은 서비스

ATM(Asynchronous Transfer Mode, 비동기 전송모드)에서 사용하는 셀은 53Byte 

(5바이트 헤더, 48바이트 사용자정보)의 작은 길이로 고정길이이다.

* ATM : 패킷 교환망(packet switch network)의 표준 프로토콜을 가리키는 용어. 송수신 데이터에 동일한 53바이트 길이의 셀(cell)을 사용하며, 이 셀들은 디지털 ATM 망을 통해 매우 빠른 속도로 처리가 되어 600Mbps가 넘는 속도로 전송이 가능하다.

ATM은 비동기식 시분할 다중화를 사용하는 특수한 형태의 패킷형 전달 방식으로서, 이 고정된 패킷들을 ATM셀이라고 한다. ATM 방식은 송신측의 단말에서 수신측의 단말로 보내는 정보를 48바이트씩 분할하여 수신처 레이블 정보에 5바이트의 헤더를 붙여 53바이트의 일정 셀(cell) 단위로 정보를 보낸다

B-ISDN 참조 계층

- 물리 계층(Physical Layer) : ATM 셀 전송

- ATM 계층 : 가입자 정보 유형에 따라 셀 헤더 생성 및 추출, 가입자 채널 다중화

- ATM 적응 계층 : 가입자 정보의 유형에 따라 적절한 타입의 패킷 메시지 생성

인터넷 주소 체계 

- IPv4

IP 주소 : 인터넷에 연결된 모든 컴퓨터 자원을 구분하기위한 고유한 주소로, 숫자로 8비트씩 5부분, 총 32비트로 구성되며

총 5단계로 구성

ClassA : 국가나 대형 통신망

ClassB : 중대형 통신망

ClassC : 소규모 통신망 //ABC는 유니캐스트 주소

ClassD : 멀티 캐스트용

ClassE :  실험용으로 공용되지않음

서브넷 마스크 : 4바이트의 IP주소 중 네트워크 주소와 / 호스트 주소를 구분하기 위한 비트

- IPv6 : IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위해 개발됨. 

    16비트씩 8부분, 총 128비트로 구성, 각 부분을 16진수로 표현하고 콜콘으로 구분

유니캐스트 : 메시지의 수신 주소를 1개만 지정하는 1:1 통신 형태

멀티캐스트 :  지정한 복수의 수신 주소에 동일 메시지를 보내는 것

애니캐스트 : 단일 송신자로부터의 인터넷 상 트래픽인 데이터그램들을 인터넷상의 경로가되는 

토폴로지 상의 잠재적인 수신자 그룹 안에서 가장 가까운 노드로 연결시키는, 네트워크 어드레싱 및 라우팅 방식

IPv4를 IPv6로 전환하는 전략

종류 : 듀얼 스택, 터널링, IPv4/IPv6변환

터널링 : IPv6망에서 인접한 IPv4 망을 거쳐 다른 IPv6망으로 통신할때,

           IPv4망에 터널을 만들어 IPv6 패킷이 통과할 수 있도록 하는 것으로

IPv4망에 들어갈때 캡슐화되고 나올때 역캡슐화 됨.

통신 프로토콜

-정의 : 서로 다른 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 수행할 수 있도록 표준화시켜 놓은 통신규약

-기본요소 : 구문(Syntax), 의미(Semantics), 시간(Timing)

-기능 : 단편화, 재결합, 캡슐화, 흐름제어, 오류 제어, 동기화, 순서 제어, 주소 지정, 다중화, 경로 제어, 전송 서비스

OSI  (open systems interconnection, 개방형 상호접속시스템)

OSI참조 모델에서의 데이터 단위

물리계층 - 비트

데이터 링크 계층 - 프레임

네트워크 계층 - 세그먼트

응용 계층 - 메시지

OSI 7계층

하위 계층 (물리계층 > 데이터 링크계층 > 네트워크 계층) 

> 상위계층 (전송계층 > 세션 계층 > 표현 계층 > 응용 계층)

- 데이터 링크 계층 : 2개의 인접한 개방 시스템들 간에 신뢰성잇고 효율적인 정보 전송 가능

    흐름 제어, 프레임 동기화, 오류 제어, 순서 제어 등을 수행

- 네트워크 계층 : 개방 시스템 간의 네트워크 연결을 관리, 연결 설정 유지 해제하고 데이터를 교환 및 중계

경로 설정(Routing), 트래픽 제어, 패킷 정보 전송 등을 수행

- 전송 계층 : 종단 시스템(End to End)간에 투명한 데이터 전송을 가능하게함

전송 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제 기능, 주소 설정, 다중화(데이터의 분할과 재조립), 

오류 제어, 흐름 제어 등

-표현계층 : 표현 계층은 코드 간의 번역을 담당

X.25 : 패킷 교환망에서 DCE(회선 종단장치)와 DTE(데이터 단말장치) 사이의 상호작용을 규정한 프로토콜

*DCE : 데이터 단말(data station)의 기능 단위의 하나로, 데이터 단말 장치(DTE)와 데이터 전송로 사이에서 접속을 설정, 유지, 해제하며, 부호 변환과 신호 변환을 위해 필요한 기능을 제공하는 장치를 총칭하는 용어. 사용자의 댁내(구내)에 설치되어 전송로를 종단하고 사용자의 DTE와의 상호 접속을 위한 물리적인 인터페이스를 제공한다. 데이터 회선 종단 장치(DCE)에는 아날로그 회선용의 모뎀과 디지털 회선용의 디지털 서비스 장치(DSU)가 있다. DCE는 사용자 장치인 DTE와는 달리 전송로 또는 전송망을 운용하는 공중 통신 사업자가 설치하여 대여할 수도 있고 사용자 자신이 설치할 수도 있는 고객 댁내 장치(CPE)이다.

*DTE : 데이터 단말 장치는 사용자의 정보를 신호로 변환하거나 수신한 신호를 재변환하는 종단 장비이다.

*패킷 : 네트워크를 통해 전송하기 쉽도록 자른 데이터의 전송 단위

패킷 교환망을 통한 DCE와 DTE같의 인터페이스 제공

ITU-T에서 제정한 국제 표준프로토콜

연결형 프로토콜로, 흐름제어, 오류제어 등의 기능이 있다.

X.25의 계층 구조

- 물리계층

- 프레임(링크) 계층

- 패킷 계층

(Link Access Procedure, Balanced)

LAP-B : HDLC 원리를 이용한 비트 동기 제어 프로토콜, ITU-T에서 제정, X.25의 2계층에서 사용

TCP/IP의 계층

- 응용 계층 : 응용 프로그램 간의 데이터 송수신 제공

- 전송 계층 : 호스트들 간의 신뢰성 있는 통신 제공

- 인터넷(네트워크) 계층 : 데이터 전송을 위한 주소 지정, 결로 설정 제공

- 네트워크 액세스 계층 : 실제 데이터를 송수신하는 역할

TCP/IP 프로토콜

- TCP : 신뢰성, 안정성 있는 연결형 서비스를 제공, 패킷의 다중화, 순서 제어, 흐름 제어 기능을 제공, 스트림 전송 기능 제공

- IP : 데이터그램을 기반으로 하는 비연결형 서비스를 제공.

       IP헤더에는 버전, 헤더길리, 총 패킷 길이, 헤더 검사합, 소스 ip 주소, 목적지 ip주소 등 포함

(Internet control message protocol, 인터넷 제어 메시지 프로토콜)

- ICMP : 오류 보고와 오류 수정기능, 호스트와 관리 질의를 위한 메커니즘이 없는 IP프로토콜을 보완하기 위해 설계

            헤더는 8바이트로 구성

(Address Resolution Protocol, 주소 결정 프로토콜)

- ARP : 호스트의 IP주소(논리주소)를 호스트와 연결관 넽워크 접속 장치의 물리적 주소(MAC Address)로 변환함

(Reverse Address Resolution Protocol, 역순 주소 결정 프로토콜)

- RARP : 물리적 주소를 논리주소(IP주소)로 변환함

(User Datagram Protocol)

- UDP : 인터넷에서 정보를 주고받을 때, 한쪽에서 일방적으로 보내는 방식의 통신 프로토콜

데이터 전송 전에는 비연결형 서비스 제공, 오류 복구기능은 제공하지 않는다.

      고속의 안정석있는 전송매체 사용하여 빠른속도를 필요로하는 경우, 

동시에 여러사용자에게, 정기적으로 반복해서 전송할 경우

- UDP 헤더에는 소스 포트 넘버, 목적지 포트 넘버, 길이, 검사합이 포함