3. 네트워크 통신(전송매체/통신방식, 순환 중복 검사 계산)

1. 네트워크 전송매체

네트워크 접속 장치: 송수신 측을 연결하는 물리적 선로(=매체라고도 한다. 케이블, 와이어 등)

각 전송매체는 전송 지연, 대역폭 등 고유한 특성 가짐

*대역폭: 최저 주파수와 최대 주파수의 차이, 클수록 많은 데이터 전송

*주파수: 주기적 파동의 시간적 변화 빈도를 가리키는 진동수, 단위는 Hz 

 

2. 전송매체의 분류

유선 전송매체: 동축 케이블(금속성 도선), 꼬임선(금속성 도선), 광섬유 케이블(빛) 등

무선 전송 매체: 라디오 방송, 지상/위성 마이크로파 등

 

유선 전송 매체

1) 동축 케이블

케이블 TV 시스템에서 사용하는 케이블 방식과 유사

케이블 가운데 와이어 형태 내부 도체+전연체+외부 도체+피복

꼬임선보다 주파수 높고 데이터 전송 빠름, 외부 신호와 전자파 차단 잘 됨

 

2) 꼬임선(이중 나선 케이블)

구리선을 나선형으로 꼬아서 만듦

꼬는 이유: 전기적 간섭을 최소화하기 위해서

한 쌍이 하나의 통신회선 역할, 여러 쌍이 묶여 하나의 케이블을 형성하고 보호 외피로 감싸서 완성한다

성형 접속형태에서 많이 쓰며 설치가 쉽다

 

사용 여부에 따라 UTP(피복없음, 가격 저렴), FTP(UTP에 피복 씌움), STP(피복에다가 금속 물질로 한 번 더 싸서 전자기 간섭이 적음)로 분류

 

UTP: 전자기 간섭을 줄이고자 나선형으로 꼰 케이블이며 피복은 없다. 가격이 저렴해서 네트워크 케이블의 90%이상 점유하고 있다

FTP: 전자기 간섭을 줄이려고 전체 케이블에 피복을 씌웠다

STP: 전자기 간섭을 막으려고 케이블에 피복 씌우고 그 위에 은박지 같은 금속형 물질로 또 감쌌다

 

3) 광섬유 케이블

휘어지는 전송매체

빛을 이용하여 데이터를 전송하기 때문에 휘는 범위에 한계가 있긴 하다

빛이라서 잡음의 영향을 받지 않는다

 

 

무선 전송 매체(비유도매체)

무선 통신은 공간으로 전파되는 전자파를 매개체로 데이터를 전송한다

주파수 범위에 따라 특성이 다르기 때문에 적절한 주파수를 사용해야 한다

 

1) 라디오파

빛의 속도(1초에 30만 km)로 데이터 전송, 진공/대기를 뚫을 수 있다

방향성이 없는 무선파를 사용해서 안테나는 필요없다

AM(진폭 변조): 신호의 강약을 조절하여 데이터를 보냄

FM(주파수 변조): 주파수를 변조하여 데이터를 보내는 방법

 

2) 마이크로파

극초단파, 센티미터파, 밀리미터파를 포함하는 주파수가 매우 높은 전파

통신과 레이더 등 광범위하게 쓰인다

파장이 짧아서 직진, 흡수, 반사 성질이 있다

 

지상 마이크로파: 유선 전송매체 설치가 불가능한 지역에 설치

위성 마이크로파: 위성으로 여러 기지국을 연결, 전송 대역폭 넓고 고품질 통신

 

 

3. 네트워크 통신

서버: 전송 서비스를 제공하는 컴퓨터

클라이언트: 서버에서 보내주는 데이터를 수신하는 컴퓨터

서버/클라이언트 시스템: 서버가 클라이언트에게 요청 받아 서비스를 제공하는 시스템 

 

LAN에서 통신하는 방식

1) 유니캐스트

수신지 MAC주소를 적어서 특정 컴퓨터에만 전송한다. 가장 많이 사용하는 통신 방식

서버와 클라이언트 간의 일대일 통신 방식이다

자기 데이터가 아니면 프레임을 버린다

 

2) 브로드캐스트

로컬 LAN(라우터로 구분된 공간)에 있는 모든 네트워크 단말기에 데이터를 보낸다

서버와 클라이언트 간에 1:모두 로 통신한다

브로드캐스트의 주소는 FF-FF-FF-FF-FF-FF로 미리 정해져 있다

다른 라우터 찾기, 데이터 교환 등에서 다양하게 쓰인다

네트워크 성능 저하가 될 수 있다

 

3) 멀티캐스트

특정 그룹 컴퓨터에만 한 번에 데이터 전송해서 나머지한테는 영향 안 줌

유니+브로드캐스트의 장점만 결합

 

 

전송 방향에 따른 통신 방식

1) 단방향 통신

송신, 수신이 정해져있음

통신 채널을 통해 접속된 단말기 두 대 사이에서 데이터가 일방통행으로 가는 통신 방식

그래서 단반향 전송이라도 전송로가 두 개 필요하다

라디오, 모니터, 키보드, TV방송 등

 

2) 양방향 통신

통신 채널을 통해 접속된 두 대의 단말기 사이에서 데이터의 송수신이 모두 가능한 방식

반이중/전이중으로 나뉘어짐

 

반이중

데이터의 송수신을 한 번씩 번갈아 가면서 할 수 있음

한쪽이 송신하고 있으면 상대방은 수신밖에 못한다

휴대용 무전기 등

 

전이중

송수신을 동시에 할 수 있음

채널 두 개를 이용하여 한 번에 데이터를 송수신한다

 

 

 

4. 직렬 전송과 병렬 전송

대이터 전송: 전압이나 전류의 변화로 표현한 신호에 실어 보내는 것. 어떻게 데이터를 전송할 것인가 고민해야 함

 

1) 직렬 전송

하나의 정보를 나타내는 데이터 비트를 직렬로 나열한다

하나의 통신회선 사용, 한 번에 하나씩 전송, 1비트씩 송신

느리지만 원거리 데이터 전송에서는 회선이 1개만 필요하다는 장점이 있다

 

하나의 통신 회선으로 신호를 연속적으로 보내기 때문에, 이 데이터의 시작과 끝이 어딘지에 대해서 수신 측이 알고 있어야 한다->동기화 필요

 

동기화

두 시스템 간의 송신 비트 시간 간격(TS)와 수신 비트 시간 간격(TR)이 정확하게 일치하지 않기 때문에 동기화를 해야 함

 

(1) 동기식 전송

여러 데이터를 한꺼번에 전송, 동일한 클록을 사용하여 타이밍 오류 없이 정확하게 데이터 수신

미리 정해진 수만큼 문자열을 한 묶음으로 만들어 일시에 전송->데이터가 끊어지지 않는다

파일 업로드, 파일 다운로드 등

 

-비트 지향 동기화 기법

시작 플래그/종료 플래그가 있다, 패턴 구별을 위해 '0'비트 삽입

보낼 데이터 0111110 이면 0111100 이렇게 0 붙이고 보내고 받으면 0 하나를 뗌

 

-문자 지향 동기화 기법

모든 데이터의 단위를 문자 단위로 처리함

동기화에 필요한 데이터까지 문자로 표현한다

문장의 시작 STX, 문장의 끝 ETX가 있다

 

(2) 비동기식 전송

한 번에 한 문자씩 전송해서 수신기가 새로운 문자의 시작점에서 재동기하도록 함

한 문자의 시작을 알리는 시작 비트/종료를 알리는 정지 비트가 있다

문자열 뒤에 패리티 비트가 하나 붙는다

문자 전송 후 휴지 상태(idle)가 되는데, 이 때가 동기화되는 시간이다

동기화 중에는 정지비트를 전송한다(11111111)

 

ex/보낼 데이터 10011011이면 시작비트 맨 앞0, 정지 비트 맨 뒤1 추가해서 0100110111이고,

문자열 끝에 패리티 비트 0추가해서 01001101101이 된다

 

메신저에 키보드 입력한 정보를 전송하는 경우 등 사용

 

 

2) 병렬 전송

부호를 구성하는 비트 수와 같은 양의 통신회선을 사용하여 여러 데이터 비트를 동시에 병렬 전송하는 방식

비트 n개를 전송하려고 회선 n개 사용

다양한 원인 때문에 데이터 오류가 발생할 수 있어서 오류 검출/수정 작업 필요

 

데이터 오류

1) 단일 비트 오류: 데이터 단위 중 하나의 비트만 변경하는 오류

2) 다중 비트 오류: 데이터 단위 중 두 개 이상의 비연속적인 비트를 변경하는 오류

3) 집단 오류: 두 개 또는 그 이상의 연속적인 비트를 변경하는 오류

 

통신 오류 검출

1) 패리티 비트 검사

패리티 비트를 하나씩 추가하여 홀수/짝수 검사 방법으로 오류 검출

패리티 비트의 값은 데이터 코드 내에 있는 1의 수를 계산해서 결정됨

 

홀수 패리티: 전체 비트에서 1의 개수가 홀수가 되도록 패리티 비트를 정함

짝수 패리티: 전체 비트에서 1의 개수가 짝수가 되도록 패리티 비트를 정함

짝수 개의 비트에 오류가 발생하면 오류 검출이 안 된다(11011001 같은 거)

전송 중에 두 비트가 변경되어 비트열 손상임에도 검사를 통과하기 때문. 홀수면 찾을 수 있는데 짝수는 아님

 

2) 블록 합 검사

수평 패리티, 수직 패리티를 2차원적으로 검사하는 방법

두 비트가 변경되면 오류 검출이 안 되는 문제 보안

열 단위/행 단위 패리티 비트를 추가하여 이중으로 오류 검출 작업을 한다

짝수 개의 오류가 나와도 잡을 수 있다 

 

3) 순환 중복 검사

정확하게 오류를 검출하려고 다항식 코드를 사용하는 방법

 오류가 없을 때는 발생하지 않다가 오류가 발생하면 집단 오류를 검출하기 시작한다. 구현이 단순하다

 

-다항식

CRC발생기는 0과 1의 문자열이 아닌, 대수 다항식으로 표현한다

하나의 다항식은 하나의 제수를 표현한다

 

-다항식을 이용한 순환 중복 검사 통신 오류 검출

1. 송신 측이 데이터를 전송하기 전에 송수신 측은 동일한 생성 다항식을 결정한다

2. 송신 측에서는 K비트의 전송 데이터를 생성 다항식으로 나눈 n비트의 나머지 값을 구한다. K비트 전송 데이터+n비트 나머지값을 붙인 데이터를 수신 측으로 전송

3. 수신 측에서는 K+n비트를 생성 다항식으로 나눈다. 나눈 나머지가 0이면 오류가 없고, 0이 아니면 오류가 발생

 

예1. 순환 중복 검사 과정

전송 데이터 다항식 P(x) = 10101101(x^7+x^5+x^3+x^2+1)

생성 다항식 G(x) = 11101(x^4+x^3+x^2+1)

FCS비트 수는 생성 다항식(제수)보다 1비트 작은 4비트다

 

1단계

다항식을 FCS의 비트 수만큼 왼쪽 시프트

왼쪽 시프트하고 빈자리 0

 

P(x) = 10101101을 FCS비트 수만큼 왼쪽 시프트

비트 수는 생성 다항식보다 1비트 작으니까 4비트임

P'(x) = 101011010000

 

2단계

P'(x)를 G(x)로 나누어 나머지를 계산한다

나눗셈 연산은 XOR을 수행한다

*XOR연산: 서로 다른 값일 때는 1, 같은 값일 때는 0 반환

 

 

3단계

결과를 수신측으로 전송

P''(x) = 101011011011

 

4단계

수신 측에서는 전송받은 P''(x)를 생성 다항식으로 나눈다

나머지가 0이면 오류가 없는 거고, 0이 아니면 오류 발생

 

 

예2. 

전송 데이터 다항식 P(x) = 110011(x^5+x^4+x+1)

생성 다항식 G(x) = 11001(x^4+x^3+1)

 

1. FCS비트 수 5 - 1 = 4자리

P'(x)=1100110000

 

2. P'(x)를 G(x)로 나눠서 나머지 계산

앞의 5자리는 다 같으니까 0이라서 넘어간 거임

 

3. 전송 데이터에 나머지 값을 추가

P''(x) = 1100111001

 

4. 수신 측으로 P''(x)전송

 

5. 수신 측은 P''(x)를 생성다항식으로 나눔

나머지가 0이라 오류가 없음

 

 

연습 문제

1) 유선 전송 매체, 무선 전송 매체에 대해 설명하세요.

유선 전송매체: 동축 케이블, 꼬임선, 광섬유 케이블 등

무선 전송 매체: 라디오 방송, 지상/위성 마이크로파 등

 

2) 반이중 통신과 전이중 통신에 대해 설명하세요.

반이중-데이터의 송수신을 한 번씩 번갈아 가면서 할 수 있음

전이중-송수신을 동시에 할 수 있음

둘 다 두 대의 단말기 사이에서 데이터 송수신이 모두 가능한 양방향 통신이다

 

3) 동기식 전송과 비동기식 전송의 차이점을 설명하세요.

비동기식 전송: 한 번에 한 문자씩 전송해서 수신기가 새로운 문자의 시작점에서 재동기하도록 함

동기식 전송: 여러 데이터를 한꺼번에 전송, 동일한 클록을 사용하여 타이밍 오류 없이 정확하게 데이터 수신

 

4) 패리티 비트 검사, 블록 합 검사, 순환 중복 검사에 대해 설명하세요.

패리티 비트 검사: 패리티 비트를 하나씩 추가하여 홀수/짝수 검사 방법으로 오류 검출

블록 합 검사: 오류 검출 능력을 향상시키려고 문자 블록에 대해 수평 패리티, 수직 패리티를 2차원적으로 검사하는 방법

순환 중복 검사: 정확하게 오류를 검출하려고 다항식 코드를 사용하는 방법