03. 데이터 통신

정보신호

정보신호(Information Signal)에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 존재한다.

 

- 아날로그 신호(Analog Signal) : 연속적으로 변화하는 전자기파, 곡선형 형태로 나타난다.

- 디지털 신호(Digital Signal) : 데이터를 일련의 이산 값들로 표현하기 위해 사용되는 신호, 비연속적인 파형

 

신호 변환 방식

정보 형태	전송 회선	신호 변환기	내용
아날로그	아날로그 전송	전화기	증폭기를 이용하여 신호의 세기 증폭(Noise또한 증폭, 왜곡 심함)
	디지털 전송	PCM	- 코덱 사용 - 디지털 전송을 하기에 원음 재생 - 왜곡 현상 방지 : 패턴 재생을 통한 신호 재전송
디지털	아날로그 전송	모뎀	아날로그 통신망을 이용하여 디지털 신호 전송
	디지털 전송	DSU	적당한 간격으로 리피터 설치

# PCM(Plus Code Modulation)

아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 

# DSU(Digital Service Unit)

디지털 신호를 안정적이고 멀리 보내기 위해 신호를 변환시켜주는 장치

 

정보 전송 방식

정보 전송 부호화

- 송신자와 수신자 상호 간에 규정된 데이터 형태를 약속하는 것

구분	설명
2진 부호	0 혹은 1의 비트로 데이터 전송
BCD Code	2^6개의 64가지 정보를 표현
ASCII Code	7비트로 2^7의 128개의 정보를 표현
EBCDIC Code	8비트로 2^8의 256개의 정보를 표현

 

직렬 전송과 병렬 전송

구분	직렬 전송	병렬 전송
개념	한 문자의 비트를 하나의 전송선로를 통해 순차적으로 전송	한 문자의 비트들을 각자의 전송로를 통해서 한꺼번에 전송
특징	동기식 전송 방식	송수신기다 단순
장점	- 전송 에러 적음 - 장거리 전송 - 통신 회선 비용 저렴	데이터를 빠르게 전송
단점	전송 속도 느림	에러 발생 가능성 높음

 

아날로그 신호와 디지털 신호

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

 

데이터 통신 방식

교환 회선과 전용 회선

- 정보 전송 회선 : 정보를 전송하기 위한 매체

 

- 교환 회선 : 교환기를 사용해서 데이터를 전환

    ㄴ 회선 교환 및 축척 교환으로 나누어짐

    ㄴ 데이터 양이 적으며 사용자가 많을 때 사용하는 방식

 

- 전용 회선 : 송수신자간에 직접 전달

    ㄴ 사용자는 적지만 전송할 데이터가 많을 때 사용하는 방식

 

Point to Point 와 Multi Point

 

- Point to Point : 전용 회선을 사용해서 송신자가 1대1로 연결하여 데이터를 전송

    ㄴ 안정적이고 빠르게 데이터 전송이 가능

    ㄴ 송신자와 수신자가 한번 연결괴면 독점적으로 사용하는 방법

    ㄴ 송신 요구를 누가 먼저 했는지에 따라 회선 사용권이 결정

 

- Multi Point : 한개의 회선을 통해서 여러 명의 사용자에게 데이터를 전송하는 방식

    ㄴ 폴링(Polling)과 셀렉션(Selection)방식이 존재

    ㄴ 폴링(Polling) : 송신자 단말기에서 전송할 데이터가 있는지를 물어 전송할 데이터가 있으면 전송을 허가하는 방법

    ㄴ 셀렉션(Selection) : 수신자가 데이터를 받을 준비가 되어 있는지 물어보고 준비되어 있으면 송신자가 데이터를 전송하는 방법

 

회선 제어 단계

(1) 회선 연결 : 물리적으로 송신자와 수신자의 회선을 연결

(2) 링크 확립 : 송신자와 수신자가 데이터 전송이 가능한지 확인

(3) 메시지 전송 : 송신자가 수신자에게 데이터를 전송

(4) 링크 단절 : 송신자와 수신자의 링크를 단절

(5) 회선 절단 : 물리적인 회선을 절단하고 종료

 

전송 매체

- 트위스티드 페어 케이블 : 구성이 용이하고, 비용이 저렴하나 혼선, 감쇠, 도청이 쉬움

- 동축 케이블 : 구리선을 사용함

- 광섬유 케이블 : 빛에 의한 데이터 전송, 감쇠에 영향을 받지 않음, 도청에 강함, 높은 비용, 설치 어려움

 

전송 에러

에러	설명
노이즈 (Noise)	- 전송 시스템에 의해 생긴 다소의 왜곡을 포함한 전송 신호 및 송수신 과정에서 추가된 불필요한 신호 - 주변의 모니터, 형광등, 전자레인지 등 회선이 설치된 환경 특성에서 유발
감쇄 (Attenuation)	- 데이터가 회선을 통하여 전송되는 도중 전기적 신호가 약해지는 현상
혼선 (Crosstalk)	- 서로 다른 전송로에 상이한 전송 신호가 전기적 결합에 의해 다른 회선에 영향을 주는 현상 - 통신 품질을 저하시키는 직접적인 요인

 

변조

- 아날로그 혹은 디지털로 부호화된 신호를 전송 매체에 전송할 수 있도록 주파수 및 대역폭을 낮는 신호를 생성하는 일련의 과정

- 부호화(Encoding)는 신호를 현재 정보나 신호가 아닌 다른 형태로 변환하는 것을 의미

 

변조 방식

 

아날로그 변조

아날로그 변조	설명
주파수 변조 (FM : Frequency Modulation)	- 반송파의 기준 주파수를 중심으로 하여 정보 신호의 변화에 비례하여 변화시킨 것 - 주파수 대역은 넓어지지만 잡음에 강함 - FM 방송, 저속 데이터 전송용 모뎀 등에서 사용
위상 변조 (PM : Phase Modulation)	- 반송파의 위상을 정보 신호의 변화에 비례하여 변화시킨 것 - 디지털 전송용 모뎀, 디지털 무선 정송 등에서 사용

 

디지털 변조

- 진폭 편이 변조(ASK : Amplitude Shift Keying)

 

• 2진수 0과 1에 서로 다른 진폭을 적용하여 신호를 변조하는 방법

• 회로가 간단하고 가격이 저렴

• 잡음이나 신호의 변동에 약하고 비효율적인 방법 = 데이터 전송용으로 적합하지 않음

 

- 주파수 편이 변조(FSK : Frequency Shift Keying)

• 2진수 0과 1에 서로 다른 주파수을 적용하여 신호를 변조하는 방법

• 주로 저속의 비동기 전송에서 많이 사용된다.

• ASK 보다 에러에 강하고 비교적 회로가 간단

 

- 위상 편이 변조(PSK : Phase Shift Keying)

• 2진수 0과 1에 서로 다른 위상을 적용하여 신호를 변조하는 방법

• 중속, 고속 동기전송에서 많이 사용, 주로 모뎀에서 사용

• 위상을 달리함으로써 복잡도가 높은 데이터 전송률이 높아진다.

 

 

베이스 밴드 와 브로드 밴드

- 베이스 밴드(Baseband)

• 디지털 신호를 변조하지 않고 그대로 전송하는 방식

• 전송 품질이 우수, 변조를 하지 않기 때문에 별도의 모뎀이 필요 없다. 근거리 전송에 많이 사용

• 네트워크 운용 비용 저렴, 전이중 방식인 양방향 전송 가능

• 네트워크 구성이 간단

• 장거리 전송 시 추가적으로 리피터 필요

• 통신 잡음에 쉽게 변형되어 손실이 큼

 

- 브로드 밴드(Broadband)

•  디지털 신호를 여러 개의 신호로 변호재서 다른 주파수 대역으로 동시에 전송하는 방식

• 하나의 통신선로에 여러 개의 채널을 사용해서 동시에 전송

• 잔거리 전송에 효율적이고 비용 저렴, 잡음에 의한 신호 감소 적음

• 다중 채널을 사용해서 음성, 영상 등을 전송

• 회로가 복잡하여 설치 및 관리가 어려움

• 베이스 밴드보다 속도가 느림

• 단방향 전송

구분	베이스 밴드(Baseband)	브로드 밴드(Broadband)
종류	디지털	아날로그
거리	근거리	장거리
채널	단일채널	다중채널
방식	양방향	단방향
용도	데이터 전송	음성, 영상, 데이터
변복조	없음	필요
다중화	시분할 다중화	주파수 분할 다중화

 

PCM(Pulse Code Modulation)

아날로그 신호를 디지털 신호로 변조하는 것

아날로그 신호를 펄스로 변환하여 전송하고 수신 측에서 이를 다시 아날로그 신호로 환원하는 방법

- 표본화 : 아날로그 파형을 연속적인 시간 폭으로 나누어 작은 간격의 직사각형으로 시분할 하여 신호를 만듦

- 양자화 : 표본화된 신호의 진폭은 일정한 값이 아니라서 수량화를 수행하는 단계

- 부호화 : 양자화된 진폭 값을 2진법으로 나타낼 수 있어서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환함

- 복호화 : 디지털 신호를 펄스 신호로 변환함

- 여과 : 본래의 아날로그 신호로 변환함

 

다중화(Multiplexing)

다중화

- 여러 단말장치의 신호를 하나의 통신회선을 통해서 송신, 수신 측에서 여러 단말 장치의 신호를 분리하여 입출력할 수 있는 방식

- 하나의 통신회선을 사용하기 때문에 회선과 모뎀을 절약할 수 있음

 

■ 주파수 분할 다중화(FDM : Frequency Division Multiplexing)

- 좁은 주파수 대역을 사용하는 여러 개의 신호를 넓은 주파수 대역을 가진 하나의 전송로를 사용해서 전송되는 방식

- 통신 채널이 제한된 주파수 대역을 여러 개의 독립된 저속 채널의 집단으로 분리한다.

 

■ 시분할 다중화(TDM : Time Division Multiplexing)

- 전송회선의 데이터 전송 시간을 타임 슬롯(Time Slot)이라는 일정한 시간 폭으로 나누어서 일정한 크기의 데이터를 채널 별로 전송

- 고속 전송이 가능하고 Point to Point 방식에 주로 사용

- 동기식 시분할 다중화와 비동기식 다중화 방식이 있다.

 

 

■ 역다중화(Demultiplexing)

- 하나의 신호를 2개의 저속 신호로 나누어서 전송

- 하나의 채널이 고장나도 50% 의 속도로 사용할 수 있음

- 두 개의 음성 회선을 사용해서 광대역 통신 속도를 얻을 수 있는 장치

 

■ 파장 분할 다중화(WDM : Wavelength Division Multiplexing)

- 광섬유를 사용해서 하나의 선로에 8개 이하의 신호를 중첩해서 전송할 수 있는 기술

 

집중화기

- 여러 개의 입력 회선을 n개의 출력 회선으로 집중화하는 장치

- 입력 회선의 수 >= 출력회선의 수

- 하나의 고속 통신회선에 여러 개의 저속 통신 회선을 접속하기 위해서 사용

- 고송회선을 사용할 수 있게 해줌

- 동적인 시간 할당

- 입출력 각각의 대역폭이 다음

- 구조가 복잡, 불규칙한 전송에 사용