3. 데이터 교환방식, 다중화 - 4과목 네트워크

3. 데이터 교환방식, 다중화 - 4과목 네트워크

이전 시간에는 데이터와 물리계층에 있는 LAN(근거리 네트워크)에 대해 공부하였습니다. 장비로는 NIC, hubm repeater, 스위치, 브릿지가 있었으며, 인접한 노드들 간의 정보를 전달하기위 흐름제어, 오류제어를 하는 LLC와 무선 or 유선 or 토근 버스토든 or 버스링과 관련된 MAC 그리고 HDLC(프레임, 플래그->주소->제어->data->fcs->플래그) 에 대해 배웠습니다. 그리고 802 규약 1~15 등을 배웠습니다.

또한, 동기 응답 모드, 비동기 균형 모드, 비동기 응답 모드는 지난 시험에서 출제된 바 있기 때문에 꼭 기억해주시기바랍니다.

 

이번 시간은 데이터 교환방식을 꼭 알아두셔야합니다. 패킷 교환 방식 중 데이터그램, 가상회선에 대해서 자주 나왔습니다 다중화까지 챙겨가지시길 바랍니다.

목차

데이터 교환 방식

네트워크 데이터 교환 방식은 컴퓨터 네트워크에서 데이터가 전송되는 방법을 의미

회선망 종류

종류	특징	전송 속도	보안 측면
전용회선	고정된 물리적 회선을 사용하여 통신하는 방식	고정된 속도	높은 보안 수준 (비공개 및 전용망)
교환회선	필요한 만큼의 대역폭을 동적으로 할당하는 방식	유연한 대역폭 조정	일반적으로 공용망으로, 추가 보안 필요

 

데이터 교환 방식

데이터 교환 방식	설명
회선 교환	통신에 필요한 전용 회선을 설정하여 통신하는 방식입니다. 교환기를 이용해 두지점을 물리적 접속
축적 후 교환	데이터를 축적한 후 일정량이 되면 교환하는 방식입니다.
	메시지 교환		데이터를 전체 메시지 단위로 전송하는 방식입니다. 비 실시간 전송
	패킷교환	데이터를 일정 크기의 패킷으로 나누어 전송하는 방식입니다.
		4.1 데이터그램	각 패킷이 독립적으로 전송되어 도착 순서가 보장되지 않는 방식입니다. 논리적 연결 없이 데이터 패킷을 독입적으로 전송 순서와 무관하게 전송 짧은 메시지 전송에 효과적이며 패킷 재정렬 필요 UDP
		4.2 가상회선	물리적 회선을 통해 가상적인 경로를 설정하여 통신하는 방식입니다 회선 교환과 데이터그램 방식의 장점을 결합 패킷 전송 전 논리적 연결을 수행 별도의 호 설정 과정이 있다. 데이터그램 방식보다 빠르고 안정적이나 많은 사용자의 동시 사용에는 한계가 있습니다. TCP

 

데이터그램 vs 가상회선

특징	데이터그램	가상회선
연결 방식	연결 설정 없이 데이터를 전송	논리적인 연결 설정 후 데이터 전송
신뢰성	비신뢰적인 전송	신뢰성 있는 전송
경로 고정 여부	고정 경로 없음	고정 경로 설정 가능
흐름 제어	흐름 제어 없음	흐름 제어 가능
오류 처리	오류 발생 시 재전송 없음	오류 검출 및 재전송 가능
전송 시간	전송에 대한 보장 없음	전송 시간이 일정하고 보장됨
사용 용도	무작위한 데이터 전송이 필요한 경우	실시간 데이터 전송이 필요한 경우
예시	인터넷 프로토콜(IP), UDP(User Datagram Protocol)	TCP 전화 통화, 비디오 콘퍼런싱, 온라인 게임

다중화란?

집에 들어온 인터넷을 와이파이나 여러 LAN선으로 나는 것을 말합니다.

다중화(Multiplexing)는 네트워크에서 여러 개의 데이터 스트림을 단일 통신 매체를 통해 전송하는 기술입니다.

다중화를 사용하면 네트워크 대역폭을 효율적으로 활용할 수 있고, 다양한 통신이 동시에 이루어질 수 있습니다.

 

주요 다중화 기술으로는 시분할 다중화(TDM, Time Division Multiplexing)과 주파수 분할 다중화(FDM, Frequency Division Multiplexing)이 있습니다.

 

다중화 종류

주파수 분할 다중화 (FDM, Frequency Division Multiplexing)

• 라디오처럼 88.7hz이런식으로 주파수로 구분하는 것입니다.
• 물리적 통신 채널을 여러 주파수 패널로 나누어 사용합니다.
• 다양한 주파수로 변조하여 전송합니다.
• 주파수 분할의 완충 지역으로 Guard Band를 주어야하므로 대역폭 낭비가 발생합니다.
• 주파수 대역폭을 나누어 각각의 데이터 스트림에 할당하여 전송하는 방식입니다.
• 다양한 주파수 대역을 사용하여 각각의 데이터 스트림을 분리하여 전송합니다. 이를 통해 다양한 통신이 동시에 이루어질 수 있습니다.

시분할 다중화(Time Division Multiplexing)

• 시간을 중심으로 나누었다는 것이 주요한 내용입니다.
• 한 전송로의 데이터 전송 시간을 일정한 시간 폭으로 나누어 여러 채널에 차례로 분배하는 방식입니다.
• 디지털 전송에 적합, 아날로그를 디지털로 변환할 때 PCM(Pulse Cide Modulation) 방식을 사용
• 시간을 기준으로 여러 개의 데이터 스트림을 교대로 전송하는 방식입니다.
• 전체 대역폭을 시간 슬롯으로 나누어 각 슬롯에 데이터를 할당하고, 순서대로 전송됩니다.
• 이렇게 되면 여러 개의 데이터 스트림이 단일 매체를 공유할 수 있습니다.

TDM 유형	설명
동기식 TDM	입력 신호가 정확한 주기로 전송됨 여기서는 동기식이 안좋음. 모든 채널에 타임슬롯이 할당되며, 데이터가 없는 경우에도 시간 슬롯을 점유 효율성이 떨어짐
비동기식 TDM	입력 신호들이 각각의 속도로 전송됨 실제로 데이터를 전송하는 채널에만 타임슬롯을 할당함. 동기식 다중화에 비해 전송 효율이 높음 통계적 시분할 다중화 또는 지능형 다중화 방식이라고도함

 

코드 분할 다중화(Code Division Multiplexing, CDM)란?

코드 분할 다중화(Code Division Multiplexing, CDM)는 다양한 데이터 스트림을 동시에 전송하기 위한 방식 중 하나입니다. CDM은 데이터를 전송할 때 다른 다중화 기술과는 다르게 고유한 코드를 사용하여 데이터를 분할하고 전송합니다. .

 

주파수 하나를 나만의 코드로 변환

 

관련 내용 - CDMA

이동통신사들이 주로 이용하는 전송 방식입니다.

퀄컴에서 개발한 기술 규격이며 우리나라도 퀄퀌에 기술비용을 지불하고 있을 것으로 보입니다.

CDM 특징

• 고유한 코드 할당
  • 각 데이터 스트림은 고유한 코드를 할당받습니다.
  • 이 코드는 전송되는 데이터와 함께 사용되며, 다른 데이터 스트림과 구분되는 역할을 합니다.
• 동시 전송
  • 고유의 코드를 사용하여 여러 데이터 신호를 결합하는 다중화 방식
  • 모든 데이터 스트림은 동일한 물리적 통신 매체를 공유하며, 동시에 전송됩니다.
  • 각 데이터 스트림은 고유한 코드를 사용하여 서로 간섭 없이 전송됩니다.
• 스펙트럼 확산
  • CDM은 주파수 대역을 확산시키는 기술을 사용하여 데이터를 전송합니다.
  • 이는 각 데이터 스트림이 전체 대역폭을 사용하면서도 서로 간섭하지 않게 됨을 의미합니다.
• 보안성
  • 각 데이터 스트림이 고유한 코드를 사용하므로, 다른 데이터 스트림에서 오는 정보를 복호화하지 않는 이상 해당 데이터를 해독할 수 없습니다.
  • 이는 보안성이 높은 통신을 가능하게 합니다.
• 유연성
  • CDM은 다양한 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있으며, 각 데이터 스트림의 우선순위를 조절하여 다양한 통신 요구에 대응할 수 있습니다.

파장 분할 다중화 (Wavelength Division Multiplexing, WDM) 란?

파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing, WDM)는 다양한 데이터 스트림을 빛의 파장을 이용하여 동시에 전송하는 기술입니다. 이 기술은 광섬유 통신에서 주로 사용되며, 광섬유의 대역폭을 효율적으로 활용하여 대량의 데이터를 동시에 전송할 수 있게 해줍니다.

WDM 특징

• 다중 파장 사용
  • WDM은 다양한 빛의 파장을 사용하여 여러 개의 데이터 스트림을 동시에 전송합니다.
  • 각 데이터 스트림은 고유한 파장을 가지고 있으며, 이를 통해 서로 간섭 없이 전송됩니다.
• 대역폭 확장
  • 광섬유의 대역폭을 파장 분할하여 확장시킴으로써 전송 용량을 대폭 높일 수 있습니다.
  • 이를 통해 대량의 데이터를 고속으로 전송할 수 있습니다.
• 비용 효율성
  • WDM은 광섬유의 대역폭을 효율적으로 활용하여 네트워크 용량을 증가시키는데 사용될 수 있습니다.
  • 이는 기존의 인프라를 업그레이드하지 않고도 대량의 데이터를 처리할 수 있게 해줍니다.
• 신뢰성
  • 각 데이터 스트림은 고유한 파장을 사용하기 때문에 서로 간섭하지 않습니다.
  • 따라서 WDM은 신뢰성이 높은 통신을 제공합니다.
• 유연성
  • WDM은 다양한 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있으며, 각 데이터 스트림의 우선순위를 조절하여 다양한 통신 요구에 대응할 수 있습니다.

공간 분할 다중화(Space Division Multiplexing, SDM)란?

공간 분할 다중화(Space Division Multiplexing, SDM)는 다수의 독립적인 통신 경로를 마치 공간상에서 분할하여 데이터를 전송하는 방식입니다.

이 방식은 서로 다른 경로로 전송되는 데이터가 서로 간섭하지 않도록 공간적으로 분리함으로써 대역폭을 효과적으로 활용합니다.

SDM 특징

• 독립적인 통신 경로
  • SDM은 독립적인 통신 경로를 사용하여 데이터를 전송합니다. 각 경로는 물리적인 공간상에서 분리되어 있으므로 서로 간섭하지 않습니다.
• 대역폭 확장
  • 다수의 독립적인 통신 경로를 사용함으로써 전체 대역폭을 효율적으로 활용할 수 있습니다. 이를 통해 대량의 데이터를 고속으로 전송할 수 있습니다.
• 신뢰성
  • 각 통신 경로가 독립적이기 때문에 하나의 경로에서 문제가 발생해도 다른 경로를 통해 통신을 계속할 수 있습니다.
  • 이는 네트워크의 신뢰성을 높여줍니다.
• 유연
  •  SDM은 다양한 통신 요구에 대응할 수 있는 유연성을 가지고 있습니다.
  • 다양한 경로를 활용하여 서로 다른 통신을 동시에 처리할 수 있습니다.
• 무선 통신에서의 적용
  • 공간 분할 다중화는 무선 통신에서도 활용됩니다.
  • 다수의 안테나를 사용하여 각 안테나를 통해 독립적인 데이터 스트림을 전송하는 것이 그 예입니다.

역다중화기와 집중화기

집중화기 (Multiplexer)

여러개를 하나로 변환

집중화기는 여러 개의 입력 신호를 하나의 출력 신호로 결합하는 장치입니다.

여러 데이터 소스로부터 오는 다수의 입력을 하나의 출력으로 합치는 역할을 수행합니다. 주로 다중화된 데이터를 전송할 때 사용됩니다.

예를 들어, 여러 대의 컴퓨터에서 온 데이터를 하나의 통신 매체로 결합하여 전송할 때 집중화기가 사용됩니다.

역다중화기 (Demultiplexer)

하나를 여러개로 변환

역다중화기는 다중화된 입력 신호를 여러 개의 출력 신호로 분리하는 장치입니다.

하나의 입력으로부터 오는 다중화된 데이터를 여러 개의 출력으로 분배하여 각각의 목적지로 전송됩니다.

역다중화기는 다중화된 신호를 원래의 개별적인 형태로 복원하는 역할을 합니다.

예를 들어, 하나의 통신 매체로부터 온 다중화된 데이터를 각 컴퓨터로 분배하여 전달할 때 역다중화기가 사용됩니다.