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(1)

2. 데이터 통신

(2)

 데이터 통신망

 형태

 점대점 (point-to-point)

 통신망 (communication network)

 전화망 (PSTN: Public Switched Telephone Network)

 LAN(Local Area Network)

 WAN(Wide Area Network)

(3)

 점대점 (point-to-point) 통신 형태

 두 디바이스를 직접 연결

 비실용적

 [ 그림 2.1]

 단점

 전용 회선을 설치하려면 상당한 비용 소요

 비실용적

(4)

통신망 (communication network) 접속형 태

 [ 그림 2.2]

 전화망

 [ 그림 2.3] 과 같이 모뎀과 전화망을 통하여 통신

 LAN(Local Area Network)

 한 건물 또는 사무실 규모의 통신 [ 그림 2.4]

 WAN(Wide Area Network)

 컴퓨터가 도시 또는 국가간의 통신

 대표적인 예 : Internet

(5)

 통신코드

 ASCII

 American Standard Code for Information Interchange

 각 코드는 출력 가능한 코드와 그렇지 않은 코드로 분류

 출력 가능한 코드는 문자 , 숫자 , 콤마 , 대괄호 , ? 와 같 은 특수 종료문자

 0A 와 0D 는 출력 불가능 코드로서 line feed 와 carriage return

 [ 그림 2.5]

(6)

 EBCDIC 코드

Extended Binary Coded Decimal Interchange Code

 두 번째로 널리 쓰이는 코드

 이는 IBM 메인 프레임과 주변장치에서 주로 사용

 EBCDIC 는 8 비트 코드로 구성되며 256 문자를 표현

 [ 그림 2.6]

(7)

전송 모드

직렬과 병렬 전송 (Serial and Parallel Transfer)

 병렬 전송

병렬전송은 일련의 비트들이 각 비트를 위해 여러 라인을 사용

하여 동시에 전송

이러한 병렬 전송은 두 장치들간의 거리가 짧은 경우에 일반적

으로 사용

예를 들어 PC 에서 프린터로 전송하는 것은 대표적인 병렬 전

가장 보편적인 예는 컴퓨터와 주변 장치들간의 연결

병렬 전송은 긴 거리일 경우 장점을 상실

(8)

 직렬전송

 직렬 전송은 단지 하나의 라인을 사용하여 하나씩 모든 비트를 보냄

 긴 거리일 경우 병렬 전송에 비해 적은 비용이 들고 신뢰성 증가

 그러나 비트를 하나씩 보내게 되므로 병렬전송보다 더 느리다 .

 [ 그림 2.7]

(9)

직렬 전송과 병렬 전송

1 1 0 1 0 0

1 2 3 n

0 1 2 3 n

¼Û

½Å Ãø

¼ö

½Å Ãø

º´·Ä Àü¼Û

¼Û

½Å Ãø

¼ö

½Å Ãø

Á÷·Ä Àü¼Û

1 1 1 0 1 0 0 1

(10)

 동기식과 비동기식 전송

 비동기식 전송

 [ 그림 2.8]

 비동기식 전송은 비트들을 작은 블록으로 나누 어 독립적으로 보내며 각 블록의 시작에서 재동 기화를 하는 방법

 수신자는 블록이 언제 도착할지를 알지 못한다 .

 예 : 터미널과 컴퓨터사이 , 컴퓨터와 라인프린 터

 높은 오버헤드를 가지고 있음

(11)

 동기식 전송

 동기식 전송은 통신을 좀더 효율적으로 하기 위한 수단

 동기식 전송은 일반적으로 비동기식 전송에 비해서 더 빠름

 문자나 비트들의 블록이 시작 또는 정지 비트 없이 전송

 많은 문자들은 개별적으로 보내는 것 대신에 함께 그룹화 되어 전 체적으로 전송 ( 데이터 프레임 또는 프레임이라고 함 )

 데이터 프레임의 정확한 구성은 프로토콜에 따라 다름

구성 방식

 비트 지향 방식 : 비트 단위로 구성

 문자 지향 방식 : 문자 단위로 구성

 [ 그림 2.9]

(12)

S Y N 제 어 필 드 데 이 타 필 드

. . .

제 어 필 드

문 자 지 향 전 송 시 의 프 레 임

비 트 지 향 전 송 시 의 프 래 임

S Y N E T X

플 래 그

플 래 그 제 어 필 드 데 이 타 필 드

 프레임 시작과 끝의 구분

문자 지향 방식

 특정한 제어 문자 사용 . 필요시 문자 스터핑 방식 이용

비트 지향 방식

 특정한 비트 패턴 사용 . 필요시 비트 스터핑 방식 이용 .

 예 : HDLC

 프레임 구조

(13)

 문자 - 지향 (character-oriented) 전송인 경우

 프레임의 처음 부분은 수신기에 프레임이 도착하고 있다는 것을 알려주는 SYN 문자를 가짐

 제어 (control) 필드

 프레임이 만들어진 시작 주소

 프레임이 도착할 목적지 주소

 데이터 바이트들의 크기

 순서를 나타내는 숫자

 데이터 필드는 실제로 보내지는 정보

 프레임의 마지막 부분은 프레임의 끝을 나타내는 정보 (ETX)

(14)

 비트 - 지향 (bit-oriented) 전송인 경우

 데이터 블록은 비트들의 연속으로 간주되며 데이터는 물 론 제어정보도 8 비트 문자 단위로 고려할 필요가 없음

 문자 - 지향 전송처럼 특정 비트 패턴이 블록의 시작을 가 리키며 이 특정 패턴은 8 비트 길이이며 프래그 (flag) 라고 함

 같은 프래그가 프레임의 맨 끝에서 사용

(15)

 동기 전송과 비동기 전송의 비교

비동기 전송

 저속 전송 오버헤드 많음

 비용이 적음

동기 전송

 고속 전송 오버헤드 적음

 비용이 많음

(16)

전이중 , 반이중 , 단방향 전송

전이중 (Full duplex)

 양쪽의 교신자가 동시에 신호의 전송 가능 – 전화

반이중 (Half duplex)

– 양쪽 방향에서 보내고 받을 수 있지만 그것은 교대로 전송 – 무전기

단방향 (Simplex)

– 단 한 방향으로만 신호 전송이 가능한 형태 – 일반 TV 방송

(17)

교환 방식

 N 개의 통신 장비를 직접 연결한다고 할 때 N(N-1)/2 개의 연결선 이 필요

 해결방안으로 각각의 장비들은 통신망에 연결

 통신망를 효과적으로 운영하기 위해 교환 기술 (Switching Techn ology) 을 사용

 네트워크 내에서 교환기의 역할을 수행하는 장치를

노드 (node)

 상호간의 통신을 원하는 장비들을

스테이션 (Station)

 예 : 컴퓨터 , 전화기 , 터미널 등의 통신 장비

 [ 그림 2.10]

(18)

 교환 기술

 회선 교환 (Circuit Switching)

 메시지 교환 (Message Switching)

 패킷 교환 (Packet Switching)

(19)

회선 교환

 공중 전화 망에서 사용

 데이터 전송 과정

 회선 설립 과정

 데이터 전송 과정

 회선 해제 과정

 단점 : 연결을 설정하여 해제를 하기까지 채널의 대역폭을 독점

 장점 : 신뢰성 있는 데이터 전송 , 일정한 데이터 전송률로 전송

 [ 그림 2.11] 의 (a)

(20)

 메시지 교환

 [ 그림 2.11] 의 (b)

 회선 교환이 전화에 비교된다면 메시지 교환은 편지에 비 교

 데이터를 메시지 (Message) 라는 논리적인 단위로 나눔

 받아들인 메시지를 저장한 후 경로 상의 또 다른 노드로 전송 (Store-and-Forward)

(21)

 장점

 한 개의 메시지를 복사하여 여러 목적지로 보낼 수 있다

 메시지의 우선 순위를 정해 필요한 메시지를 먼저 전송 시킬 수 있다 .

 또한 메시지를 단위로 오류 제어가 가능

 단점

 메시지가 노드에 잠시 저장되기 때문에 그만큼의 지 연이 발생

 실시간을 요하는 통신에서는 사용할 수가 없다 .

(22)

 패킷 교환

 회선 교환과 메시지 교환의 장점을 취하면서 만들어진 교환 방식

 [ 그림 2.11] 의 ©

 패킷이라는 단위로 교환을 수행

 패킷은 정해진 형식에 맞추어진 데이터 단위

 패킷은 보통 128 ~ 4096 바이트 크기

 패킷 교환 방식에서는 하나의 물리적인 회선을 여러 개의 논 리적인 채널 (virtual circuit) 로 공유할 수 있는 경제성을 가 짐

(23)

패킷 교환의 두 가지 방식

 가상 회선 (Virtual Circuit)

과정

연결 설정 , 데이타 전송 , 연결 해제

특징

논리적인 가상 회선을 설정

하나의 연결내에 모든 패킷이 동일한 경로

많은 양의 데이타를 안정적으로 전송할 때 유리

 데이타그램 (Datagram)

과정

데이타 전송 ( 연결 설정 및 해제 과정이 없음 )

특징

모든 패킷이 각기 다른 경로를 갖을 수 있음 ( 재정열 )

(24)

 데이타그램 방식의 예

*컴퓨터 네트워크 ( 안순신 , 김은기 저 참조 )

A

B

Åë½Å Àåºñ

C

Åë½Å Àåºñ A C i µ¥ÀÌŸ

¼Û½ÅÃø ¼ö½ÅÃø ¼ø¼ ¹øÈ£

°øÁß ÆÐŶ ±³È¯¸Á (PSPDN)

(25)

 가상 회선 방식의 예

*컴퓨터 네트워크 ( 안순신 , 김은기 저 참조 )

DTE A

DTE C 2

1 3 A C

B

1 2

1

2

±¸¼ºµµ

In / Out Out / In

Port VCI Port VCI

°¡»ó ȸ¼±

A In / Out Out / In

Port VCI Port VCI

B In / Out Out / In

Port VCI Port VCI

In / Out C

VCI NSAP

DTE A

In / Out

VCI NSAP

DTE C

VCI: °¡»ó ä³Î ±¸ºÐÀÚ

(26)

 데이터그램 전송방법의 경우의 라우팅 데이블 : [ 그림 2.12 ]

 가상회선 전송방법의 라우팅 테이블 : [ 그림 2.13]

 노드 C 의 가상회선 번호변경 : [ 그림 2.14]

(27)

The Network Core

 mesh of interconnected routers

the fundamental

question: how is data

transferred through net?

circuit switching:

dedicated circuit per call: telephone net

packet-switching:

data sent thru net in discrete “chunks”

(28)

Circuit Switching

End-end resources

reserved for “call”

 link bandwidth, switch capacity

 dedicated resources:

no sharing

 circuit-like (guaranteed) performance

 call setup required

(29)

Circuit Switching

network resources (e.g., bandwidth) divided

into “pieces”

 pieces allocated to calls

 resource piece idle if not used by owning

call (no sharing)

 dividing link bandwidth into

“pieces”

 frequency division

(30)

Packet Switching

each end-end data stream divided into packets

user A, B packets share network resources

 each packet uses full link bandwidth

resources used as

needed,

resource contention:

 aggregate resource demand can exceed amount available

 congestion: packets queue, wait for link use

 store and forward:

packets move one hop at a time

 transmit over link

 wait turn at next

Bandwidth division into

“pieces”

Dedicated allocation Resource reservation

(31)

Packet Switching

A B

10 Mbs

C

Ethernet

1.5 Mbs

45 Mbs

D E

statistical multiplexing

queue of packets waiting for output

link

(32)

Packet Switching

Packet- switching:

store and forward behavior

Message size: 7.5Mbits Packet size: 1.5Kbits Link trans. Rate:1.5Mbps Assume: no congestion,

no propagation delay

(33)

Packet switching versus circuit switching

 Great for bursty data

 resource sharing

 no call setup

Excessive congestion: packet delay and loss

 protocols needed for reliable data transfer, congestion cont rol

Q: How to provide circuit-like behavior?

 bandwidth guarantees needed for audio/video apps still an unsolved problem

Is packet switching a “slam dunk winner?”

(34)

Packet-switched networks:

routing

Goal: move packets among routers from source to

destination

datagram network:

destination address determines next hop

 routes may change during session

 analogy: driving, asking directions

virtual circuit network:

 each packet carries tag (virtual circuit ID), tag determines next hop

fixed path determined at call setup time, remains fixed thru call

 routers maintain per-call state

(35)

Delay in packet-switched networks

packets experience

delay on end-to-end

path

four sources of delay

at each hop

 nodal processing:

 check bit errors

 determine output link

 queueing

 time waiting at output li nk for transmission

 depends on congestion l evel of router

A B

propagation transmission

nodal

(36)

Delay in packet-switched networks

Transmission delay:

 R=link bandwidth (bps)

 L=packet length (bits)

 time to send bits into link = L/R

Propagation delay:

 d = length of physical link

 s = propagation speed in medium (~2x108

m/sec)

 propagation delay = d/s

A B

propagation transmission

nodal

Note: s and R are very differe

nt quantitites!

(37)

 에러 검출 , 교정 (Detection, Correction) 기법

순방향 에러 정정 (FEC : Forward Error Correction)

 여분의 에러 정정 코드 (

많은 양의 추가 정보 )

를 포함시켜 전송

 전파 지연이 큰 원거리 전송에서 사용

(38)

 자동반복요청 (ARQ : Automatic Repeat Request) 방식

 에러가 있는지 없는지를 검출할 수 있을 정도의 적은 비트의 에러 검출 코드를 포함시켜 전송

 정정은 재전송으로 해결

 고 신뢰성을 확보하기 위해 사용

(39)

 패리티 검사 (parity check)

 패리티 비트를 프레임의 각 단에 끝 에 첨가

 패리티 비트값은 단어의 1 의 개수 가 짝수 (even parity) 이거나 홀수 ( odd parity) 가 되도록 선정

 예 : 송신기가 ASCII 코드 G(111 0001) 를 홀수 패리티를 사용해 전 송한다면 , 11100011 을 전송

 두 개 혹은 임의의 짝수개의 비트가 바뀌면 에러를 검출해 내지 못함

0010101 1011101 1100101 0111001 0001000

0

1 0 1 0

¹®ÀÚ µ¥ÀÌŸ

Æи®Æ¼ ºñÆ®

Ȧ¼ö Æи®Æ¼ÀÇ ¿¹

¹®ÀÚ 1

¹®ÀÚ 5

¹®ÀÚ 4

¹®ÀÚ 3

¹®ÀÚ 2

(40)

에러 검출 코드 : 순환 중복 검사 (CRC)

* 컴퓨터 네트워크 ( 안순신 , 김은기 저 참조 )

방법

– G(x): 송수신측간에 합의된 생성 다항식 – M(x): 전송할 데이타

– R(x): M(x)/G(x) 의 나머지 (FCS)

 모듈로 2 연산사용 : exclusive-OR 연산

(41)

 순환 중복 검사의 예 ( 송신측 )

1 0 0 0 10110 1 0 0 1 0 1 1

1 0 1 0 1 0 0 + 1 0 1 1 0

0 0 1 0 0 1 + 0 0 0 0 0

0 1 0 0 1 1 + 1 0 1 1 0

0 0 1 0 1 0 + 0 0 0 0 0

0 1 0 1 0 0 + 1 0 1 1 0

0 0 0 1 0 0 + 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0 + 0 0 0 0 0

Àü¼ÛÇÒ µ¥ÀÌŸ: 1001011

½ÇÁ¦ Àü¼ÛµÇ´Â µ¥ÀÌŸ:

Àü¼ÛÇÒ µ¥ÀÌŸ, ³ª¸ÓÁö 1001011 1000

»ý¼º ´ÙÇ×½Ä: 10110

(42)

 순환 중복 검사의 예 ( 수신측 )

1 0 0 0 1 0 0

¿¡·¯°¡ ÀÖ´Â °æ¿ì

1 0 0 0 10110 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0

+ 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0

+ 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1

+ 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1

+ 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0

+ 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0

+ 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

+ 0 0 0 0 0 1 1 1 0

1 0 1 0 1 0 0

0 0 0 0 10110 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0

+ 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1

+ 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1

+ 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1

+ 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0

+ 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0

+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

+ 0 0 0 0 0

¿¡·¯°¡ ¾ø´Â °æ¿ì

(43)

오류정정 코드 (Hamming Code)

 방법

 1 bit 오류를 정정

 n bit 의 데이터와 k 개의 패리티 비트 사용

 2**K -1 >= n + k 관계가 성립되어야 함

 수신측은 syndrome 를 계산 , syndrome 이 표현하는 십 진수가 오류발생 위치

(44)

 Hamming Code 의 예 ( 송신측 )

(45)

 Hamming Code 의 예 ( 수신측 )

참조

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