데이터 통신 - 정보전송 방식과 기술(2/2)
3. 정보 전송 방식
데이터 전송 방식
(직렬 전송과 병렬 전송 용어 이해하기!)
-
직렬 전송 serial transmission
데이터 최소 요소인 문자 하나를 구성하는 각 비트를 전송선로 1개를 이용하여 차례로 전송하는 방식
컴퓨터 하드웨어끼리는 워드단위로 병렬전송을 한다. (CPU - 메모리 병렬 전송)
하지만, 통신에서는 먼 거리에서 하는 경우에서는 병렬 전송이 어렵다.
전송회선 1개로도 송수신 측이 서로 통신할 수 잇어 대부분의 데이터 통신 시스템에서 사용한다.
비용이 적게 들고, 설치 방법이 간단해서 장거리 통신에 많이 사용한다. -
병렬 전송 parallel transmission
문자를 구성하는 각 비트를 전송선로 7-8개를 이용해 동시에 전송한다.
전송속도가 빠르고 단말기와도 쉽게 연결할 수 있어서 편리하다.
컴퓨터와 하드디스크를 연결하거나 컴퓨터와 측정 장치를 연결할 때 주로 사용한다.
프린터 연결 시에도 병렬핀을 연결하여 사용할 수 있다. -
비동기식 전송과 동기식 전송
모두 동기화하는 방식이다.
데이터를 전송할 때, Sender는 보낼 준비를 하고, Reciever는 받을 준비를 한 상태를
동기화라고 얘기한다. -
비동기식 전송 asynchronous transmission
동기화하는 방식이 블록 단위가 아닌문자 단위이다. 시작 정지(start-stop) 전송이라고도 하며 한 번에 한 글자씩 주고 받는다. 시작 비트(동기화 비트) : 1비트로 구성, 논리는 0. 수신자가 받을 준비를 하도록 주목함.
데이터 비트 : 5-8 비트 크기의 전송할 데이터 비트
패리티 비트 : 짝수 패리티, 홀수 패리티 or 둘 다 사용x
정지 비트 : 1비트, 1.5비트 2비트 중 하나를 사용
한 문자를 보내려고하면 8비트의 데이터비트와 3비트의 시작,패리티,정지 비트를 더한 11비트를 사용함.
30%정도의 비효율이 나옴. ->효울성이 떨어진다
전송되는 문자와 문자 사이에 일정하지 않게 유휴 시간이 있을 수 있다.
현재는 사용하지 않는 방법이다. -
동기식 전송 synchronous transmission
블록 단위(프레임)전송.
문자 동기 방식, 비트 동기 방식, 소리 동영상 화상 등의 데이터가
더욱 많아서 비트 동기 방식이 많이 사용.
1024byte를 한 블록으로 한꺼번에 보낸다.
전송해야하는 실제 데이터 앞뒤로 동기화 할 수 있는 부분이 필요하다.
이것을 동기 문자라고한다. 실제 데이터는 아니다.
비동기화 방식에서는 비트를 뒀다.
전송효율은 1024/1024+3 = 약 99%
효율적이다.
한 묶음으로 구성한 문자 사이에는 휴지 간격이 없다
데이터 묶음의 앞쪽에는 반드시 동기 문자가 와야하며,
송신 측과 수신 측이 서로 동기하는 데 사용.
동기식 전송은 문자 동기 방식과 비트 동기 방식으로 분류한다.
최근에는 데이터가 문자도 있지만,
화상, 방송 등 다양한 멀티미디어 데이터를 주고받기 때문에
문자별로 나눠지지 않고, bitstream 형태로 주고받는 비트 동기 방식을 주로 사용한다.
- 문자 동기 방식 character oriented protocol
초기에 사용하던 방식으로, 문자 정보를 주고받을 때 사용했다.
전송되는 데이터 블록 앞에 특정 동기 문자인 SYN을 붙여 동기를 맞추고
실제 데이터 블록의 앞에는 STX, 뒤에는 ETX를 추가하여 전송 데이터의 시작과 끝을 나타냈다.
- 비트 동기 방식 bit oriented protocol
최근에는 데이터가 문자도 있지만,
화상, 방송 등 다양한 멀티미디어 데이터를 주고받기 때문에
문자별로 나눠지지 않고, bitstream 형태로 주고받는다.
전송 단위를 일련의 비트 묶음으로 보고, 비트 블록의 처음과 끝을 표시하는
특별한 비트인 플래그 비트를 추가해 전송한다.
대표적은 비트 동기 방식이 HDLC 방식이다.
- HDLC(Hight level Data Link Control)
플래그 비트(0111110)를 사용해 데이터의 처음과 끝을 나타냄.
플래그 비트는 0과 0 사이에 1로만 6개가 들어가있는 비트이다.
데이터 전송 시 투명성 보장을 위해 스터핑 기법을 사용한다.
스터핑 기법은 실제 주고받는 데이터 속에 플래그 비트와 똑같은 값을 갖을 때
오류가 발생하지 않도로 하는 방법이다.
(표준화된 방식이기 때문에 명확하게 이해해야한다.)
캐스팅 모드(방송 모드)의 전송 방식
방송 모드이기 때문에 송신자와 수신자가 미리 정의되어있다.
유니캐스트:
송신 노드 하나가 수신 노드 하나에 전송하는 일대일 방식
브로드 캐스트 :
송신 노드 하나가 네트워크에 연결된 수신 가능한 모든 노드에 데이터를 전송하는 방식
멀티 캐스트 :
송신 노드가 하나 이상의 특정 수신 노드에 데이터를 전송하는 일대다 방식
애니 캐스트 :
송신 노드가 네트워크에 연결된 수신 가능한 노드 중 한 노드에만 데이터를 전송하는 방식
4. 정보 전송 기술과 최신 동향
정보 전송의 부호화
- 부호화
부호 : 전송하려는 정보를 1바이트의 2진수로 표현하는 것
정보나 신호를 전송이 가능한 다른 정보나 신호로 변환하는 것
부호 체게의 종류
- ASCII 코드
7비트로 구성된 128가지 문자를 표현할 수 있음.
개인용 컴퓨터는 대부분 ASCII 를 사용.
- EBCDIC
확장된 BCD.
8비트 코드로 256가지 문자 표현.
- BCD (Binary Coded Decimal Code)
2진화 10진 코드.
10진수를 나타내는 4비트의 BCD에 2비트를 추가.
숫자, 영문자, 특수문자를 코드로 만든 것.
정보 전송의 변조 방식
- 디지털 전송 방식
디지털 신호로 주고 받음.
디지털 신호를 주고받는 통신망.
아날로그나 디지털 정보를 부호기를 이용해
디지털 전송 신호로 변환해 전송
ex. coDec (Coder Decoder) : 아날로그 -> 디지털
DSU (Digital Service Unit) : 디지털 -> 디지털
- 아날로그 전송 방식
아날로그나 디지털 정보를 아날로그 전송 신호로 변환해 전송.
아날로그망 ; PSTN(public switched telephone network)
ex. MODEM (Modulator Demodulator): 디지털 신호 -> 아날로그 신호
전화 : 아날로그 -> 아날로그
신호 변환 방식에 따른 변조 방식
| 전송 형태 | 신호변환 방식 | 변조 방식 |
|---|---|---|
| 디지털 전송 | 디지털 정보 -> 디지털 신호 | 베이스 밴드 |
| - | 아날로그 정보->디지털 신호 | 펄스 부호 변조(PCM) |
| 아날로그 전송 | 디지털 정보 -> 아날로그 신호 | 브로드밴드 대역 전송 |
| - | 아날로그 정보 -> 아날로그 신호 | 아날로그 변조 |
- 베이스 밴드 : 디지털 -> 디지털
DSU(Digital Service Unit) 이 대표적인 예이다.
- 단극성
방식 신호를 동일한 부호의 전압(양이나 음)으로 부호화 하여 표현
ex)
| bit | 전압 |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 7볼트 |
ex2)
| bit | 전압 |
|---|---|
| 0 | -7볼트 |
| 1 | 0 |
- 극성
0비트를-전압값에, 1비트를+전압값에 대응하는 것.
복류 방식이라고 함.
| bit | 전압 |
|---|---|
| 0 | -7볼트 |
| 1 | +7볼트 |
- 양극성
신호를 부호화할 때 양과 음의 전압을 모두 사용함.
RZ(Return Zero)형태와 함께 사용하므로 AMI방식이라고도 한다.
| bit | 전압 |
|---|---|
| 1 | (-)부호 or (+)부호 |
| 0 | 0 |
- RZ 방식
1비트를 전송할 때 비트 시간 길이의 약 1/2은 양이나 음의 전압을 유지하고,
나머지 시간은 0 상태로 돌아오는 방식
| bit | 전압의 변화 |
|---|---|
| 1 | (-)->0 |
| 0 | (+)->0 |
- NRZ 방식
Non Return Zero 방식. 0으로 돌아오지 않는다.
| bit | 전압 |
|---|---|
| 1 | (-)부호 -> (+) 부호 |
| 0 | (+)부호 -> (-) 부호 |
- 2단계 방식
| bit | 전압 |
|---|---|
| 0 | 전압이 낮은 곳 -> 높은 곳 |
| 1 | 전압이 높은 곳 -> 낮은 곳 |
- 펄스 부호 변조 : 아날로그 -> 디지털
-
펄스 부호 변조(PCM, Pulse-code modulation)
아날로그 정보를 디지털 신호로 변환하여 전송.
아날로그 정보를 표본화, 양자화, 부호화하는 과정을 거쳐 디지털 신호로 변환하여
전송한 후 이를 다시 받아 원래의 아날로그 정보로 복원한다.
무선 통신에 주로 사용한다. 코덱이 대표적인 예.
(시험출제 예상) -
표본화 (Sampling)
연속적인 아날로그 정보에서 일정 시간마다 신호값을 추출하는 과정 -
양자화
표본화된 신호값을 미리 정해 둔 불연속한 유한 개의 값으로 표시하는 과정 -
부호화
양자화과정에서 얻은 결과 정수값을 2진수로 변환하는 과정
- 대역 전송, 브로드밴드 : 디지털 -> 아날로그
-
브로드 밴드
디지털 정보를 아날로그 신호로 변환하는 것.
송신 측에서는 직류 신호를 교류 신호로 변환하여 송신
수신 측에서는 교류 신호를 직류 신호로 변환하여 수신
전화망을 이용하여 컴퓨터 통신에 사용하는 모뎀의 신호변환이 대표적인 예이다.
미리 약속된 진폭의 크기, 주파수의 크기, 위상의 형태에 따라 0 or 1 을 결정함 -
반송파
반송 : ‘파형을 운반한다.’는 의미
자전거, 버스, 비행기에 비유.
자전거, 버스 비행기 : 반송파 / 위에 탄 사람 : 데이터
반송파의 종류에 따라서 데이터가 빨리 가는지 천천히 가는지 결정 -
진폭 편이 변조(ASK, Amplitude Shift Keying)
반송파의 진폭을 2개 혹은 4개로 정해놓고, 데이터가 1 or 0 으로
변하면 미리 약속된 진폭의 반송파를 수신 측으로 전송하는 방식
오류가 많음. 효율이 좋지 않아 거의 사용하지 않음. 잡음이나 신호 변화에 약함.
가격이 저렴. -
주파수 편이 변조(FSK, Frequency-shift keying)
반송파의 주파수를 높은 주파수와 낮은 주파로 미리 정해 놓은 후
데이터가 0이면 낮은 주파수를, 1이면 높은 주파수를 전송하는 방식 -
위상 편이 변조(PSK, Phase Shift Keying)
송신 측에서 반송파의 위상을 2등분, 4등분, 8등분 등으로 나눠
각각 다른 위상에 0 또는 1을 할당하거나 2나 3비트로 한꺼번에 할당하여
수신 측에 전송 -
진폭 위상 편이 변조
진폭 편이 + 위상 편이 변조 방식을 혼합한 방식
- 아날로그 변조 : 아날로그 -> 아날로그
주로 라디오, TV 같은 방송에서 많이 사용.
- 진폭 변조 (AM, Amplitude Modulation)
전국 방송 -
주파수 변조 (FM, Frequency Modulation)
지역 방송 - 위상 변조 (PM, Phase Modulation)
아날로그 정보를 아날로그 신호로 바꾸는 이유.
신호를 멀리 보내기 위해 세기를 조절함.
정보 전송의 다중화
- 다중화 (Multiplexing)
전송로 하나에 데이터 신호 여러 개를 중복시켜 고속 신호 하나를 만들어 전송.
하나의 통신로를 여러 가입자가 동시에 이용할 때 사용하는 방법.
이용 효율이 매우 높다.
공사비가 절감된다. 유지보수에 용이하고 경제적이다.
CCU (Comunication Control Unit)
- 주파수 분할 다중화 (FDM, Frequency-division multiplexing)
하나의 커다란 대역폭을 작은 대역폭(채널) 여러 개로 분할하여 여러 단말기가
동시에 이용할 수 있게 하는 방식.
정보를 똑같은 시간에 전송하려고 별도의 주파수 채널을 설정해 이용한다.
구조가 간단, 비용 저렴.
수도관 파이프, 고속도로에 비유.
차선마다 다닐 수 있는 차를 나눔.
- 시분할 다중화 (TDM, Time-division multiplexing)
전송로 대역폭 하나를 시간 슬롯으로 나눈 채널에 할당하여
채널 몇 개가 한 전송로의 시간을 분할해서 사용
-
동기식 시분할 다중화 (STDM, Synchronous Time-division multiplexing)
전송로 대역폭 하나를 시간 슬롯으로 나눈 채널에 할당함으로써 채널 몇 개가 전송로
1개의 시간을 분할하여 사용.
시간폭 낭비가 있다. -
비동기식 시분할 다중화 (ATDM, Asynchronous Time-division multiplexing)
통계적 시분할 다중화 방식 또는 지능형 다중화 방식이라고도 함.
실제로 전송 요구가 있는 채널에만 시간 슬롯을 동적으로 할당하여 전송 효율을 높임.
똑같은 시간에 많은 양의 데이터 전송
- 코드 분할 다중화 (Code-division multiplexing)
옛날 휴대폰에서 자주 사용하던 방식.
주파수의 개념이 아닌 코드의 개념으로 접근.
암호 신호로 변환시켜 수신 전에 다시 복구.
- 직교 주파수 분할 다중 접속 (OFDMA, Orthogonal Frequency-division Multiple Access)
동시에 변조 및 다중화를 수행.
대역폭에 관계없이 동일한 기저대역 연산 구조를 유지하는 것이 가능.
마찬가지로 안쓰는 부분이 상대적으로 낭비가 될 수 있음.
주요 활용분야
| 분야 | 내용 |
|---|---|
| 무선 LAN | 802.11a (와이파이) |
| 이동전화 분야 | Beyond IMT02000(4G LTE) |
| 디지털 방송 분야 | 유럽식, 미국식, 일본식 |
- 비직교 다중 접속(Non-Orhogonal Multiple Access)
동일한 시간, 주파수, 공간 자원 상에 두 대 이상 단말에 대한
데이터를 동시에 접속하는 방식.
5G 통신망에서 사용.
직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 단점을 보완. 시간폭 낭비를 줄임.
하나의 신호에 여러 사용자마다 받을 신호를 한 번에 넣되, 전력의 레벨을 나누었음.
4장 정리 (가장 중요한 파트! 이후에서 베이스로 깔고 가는 내용)
정보 전송 시스템의 기본 요소
통신 회선의 전송 방식고 교환 방식
부호화, 변조 방식, 다중화 방식
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