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[정보통신망] 데이터 전송

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By Dain Kang
14 min read

데이터 교환 방식

회선 교환

  • 회선(circuit): 설정된 통신경로의 집합
  • 연결지향형 전송
    • 연결 -> 데이터 전송 -> 연결 해제
  • 전송 경로 점유 (전용선처럼 회선을 사용)
  • 경로설정에 따른 전송 지연이 있음
  • 연속적인 대용량 데이터 전송에 적합

패킷 교환

  • 메시지를 일정한 크기로 분할하여 전송하는 방법
  • 패킷(packet) = 제어 정보(header, tail) + 데이터(payload)
  • 각 패킷마다 헤더가 붙기 때문에 오버헤드가 있음
  • 주기억장치를 사용하여 저장 후 전달하므로 전송 지연을 줄일 수 있음
  • 짧은 실시간 전송에 주로 사용
  • 연결지향형 방식인 가상회선 방식, 비연결형 방식인 데이터그램 방식이 있음

메시지 교환

  • 데이터 크기에 관계 없이 데이터를 그대로 전송
  • 헤더(목적지 주소) 필요
  • 패킷 교환 방식보다 오버헤드가 적음
  • 각 노드에서 수신 후 보조기억장치에 저장하면서 적절한 선로를 찾아 송신함
  • 전송 지연이 길어서 실시간 서비스에는 부적절함
  • 전송 중 오류가 발생하면 전체 메시지를 재전송해야 하므로 대역폭의 낭비가 발생함
  • 대용량 데이터 전송에 적합

데이터 교환 방식 비교

종류전송 방식용도특징
회선 교환연결형대용량 데이터 전송메시지 분실 가능성 있음
가상회선 패킷 교환연결형실시간 소용량 데이터 전송메시지 재구성이 불필요함
데이터그램 패킷 교환비연결형실시간 소용량 데이터 전송메시지 재구성이 필요함
메시지 교환비연결형대용량 데이터 전송- 메시지 분실 가능성 없음
- 전송 시간이 김

다중화 (Multiplexing)

  • 여러 단말기들이 하나의 통신 선로의 용량을 나누어 쓸 수 있도록 해주는 방법
  • 하나의 물리적 통신 선로를 여러 개의 논리적 채널로 나누어 공유
  • 전송 자원 이용의 효율성 증가 및 통신망 구축 비용의 절감

시분할 다중화 방식

  • Time Division Multiplexing (TDM)
  • 복수 개의 데이터를 각각 일정한 시간(time slot)으로 분할하여 복수의 디지털 채널로 공유
  • 낮은 속도의 데이터를 모아 높은 속도의 채널로 전송
  • 비동기식 시분할 다중화, 통계적 시분할 다중화 방식이 있음

주파수 분할 다중화 방식

  • Frequency Division Multiflexing (FDM)
  • 여러 개의 낮은 속도의 데이터를 각각 다른 반송파 주파수에 변조하여 복수의 아날로그 채널로 공유
  • 라디오 방송에 주로 사용

파장 분할 다중화 방식

  • Wavelength Division Multiplexing (WDM)
  • 광섬유의 고속 데이터 전송률을 이용하기 위해 설계됨
  • 신호가 빛이라는 점 이외에는 주파수 분할 다중화와 동일한 개념

동기화 (Synchronization)

  • 송신자와 수신자 사이에 데이터를 송수신하는 시점을 일치시킴으로써 데이터를 정확하게 송수신할 수 있게 하는 통신 방법
  • 서로 다른 시점에 데이터를 송수신하여 발생되는 오류 문제를 해결함
  • 송수신자가 서로 동일한 속도로 데이터를 송수신하도록 해줌
  • 송수신자 사이의 표본화 펄스의 정확한 위치를 맞춤

비트 동기

  • 두 지국이 독립된 각자의 클록을 가지고 있는 경우:
    • 제어지국의 동기정보를 이용하여 종속지국의 클록 속도를 수정함
  • 한 지국만 클록을 가지고 있는 경우:
    • 송신하는 데이터 앞에 동기를 맞출 수 있도록 동기 신호를 함께 송신함
    • 종속지국은 이 동기 신호를 이용하여 표본화 위치를 결정함
  • 두 지국이 모두 클록을 가지고 있으나, 종속지국에서 초기 몇 비트 동안만 클록을 사용하는 경우:
    • 클록을 동기시키고 난 뒤 종속지국은 자기의 클록을 사용함
  • 송신지국의 클록은 시작신호에 의해서 시작되고, 몇 비트의 동기전송 후 정지신호를 보내 전송을 멈추게 한다.

프로세스 동기

두 개의 비동기 프로세스에 대해서 프로세스끼리 연관이 있어 순서가 보장되어야 하는 경우, 프로세스 간격을 조정하여 동기화한다.

주소 지정

  • 컴퓨터 통신망에서 사용자를 식별하는 방법
  • 문자 또는 수를 이용
  • 주소 지정 기준
    • 계층의 수
    • 부 네크워크가 제공하는 주소 서비스의 종류 (논리/물리 주소)
      • 논리 주소: ex) 203.232.172.105 (32비트, 10진수)
      • 물리 주소: ex) 00:13:77:52:67:78 (48비트, 16진수)
    • 같은 주소를 갖는 지국의 수
    • 주소 할당 모드

오류

  • 송신 데이터와 수신 데이터가 일치하지 않는 경우
  • 송신 데이터가 주어진 시간 안에 수신측에 도착하지 못한 경우
  • 오류 발생 이유: 열, 자기장, 간섭, 고장 등
  • 잔류오류율(RER): 오류가 있는 비트 수 / 전송된 총 비트 수

오류 제어

  • 잔류오류율을 주어진 한계 이내로 유지하는 기능
  • 후진 오류 제어: 오류 검출 후 재전송
  • 전진 오류 정정: 오류 검출 및 수정
  • 오류 검출 방식: 패리티 검사, 검사합 검사, 순환 잉여 검사

패리티 검사

데이터 앞에 패리티 비트를 붙여서 전송

단순 패리티 검사 (홀수 패리티 이용)

  • 1의 개수를 홀수로 맞춤
  • 문자 1의 데이터에 1의 개수가 짝수이므로 홀수로 맞추기 위해 패리티 비트를 1로 전송
  • 데이터에 짝수 개의 비트 오류가 있는 경우 오류 검출이 불가능 (ex. 문자 1의 1 데이터 2개가 0으로 잘못 전송된 경우)

2차원 패리티 검사 (짝수 패리티 이용)

  • 2차원으로 패리티 검사
  • 1의 개수를 짝수로 맞춤
  • 2차원적으로 짝수 개의 비트 오류가 있는 경우 오류 검출이 불가능 (ex. 하이라이트 된 데이터가 각각 0->1, 1->0으로 잘못 전송된 경우)

검사합 검사

데이터 뒤에 검사합(Check Sum) 값을 붙여서 전송

검사합 생성

  1. 데이터를 세그먼트로 분할
  2. 각 세그먼트를 2진수로 간주하여 합침 (캐리 비트가 있다면 같이 합침)
  3. 합친 결과를 1의 보수로 만듦 (check sum)
  4. 3의 검사합을 데이터 뒤에 붙여서 전송

검사합 검사

  1. 수신된 데이터를 세그먼트로 분할
  2. 각 세그먼트를 2진수로 간주하여 합침 (캐리 비트가 있다면 같이 합침)
  3. 합친 결과를 1의 보수로 만듦
  4. 이 결과가 0이라면 오류가 없는 것

순환 잉여 검사 (CRC)

  • 데이터를 블록 단위로 검사
  • 블록 끝에 오류 제어 정보를 붙여서 전송 (BCC)
  • 수신된 BCC를 동일한 생성다항식으로 나누어 나머지가 없으면 오류가 없는 것
  • Block Check Character(BCC) 생성 과정
    • 비트의 다항식 M(X) 표현
    • 생성다항식 G(X)에 의한 부호화
  • 사진, 소리, 영상 등의 데이터에 활용

다항식 M(X) 표현

  1. 전송한 비트를 X를 미지수로 하는 다항식으로 표현한다.
  2. 가장 낮은 자리의 비트를 X0으로 표시하고 한 자리씩 올라갈 때마다 미지수 X의 차수를 1씩 올려주는 방식으로 표현한다.

생성다항식 G(X)에 의한 부호화

오류 검사 과정

귀환 오류 제어

  • 송수신지국 사이의 역방향 채널을 이용하는 오류 제어 방법
  • 오류 검출 장치의 위치에 따라 결정귀환, 정보귀환, 복합귀환으로 분류

결정 귀환

  • Automatic Repetition reQuest (ARQ)
  • 수신 측에서 오류 검출
  • 오류 제어를 위해 가장 많이 사용되는 방법
  • 정지-대기(stop-and-wait) ARQ
    • 1개의 데이터 프레임을 송신하고 기다림
    • ACK를 수신하면 다음 프레임을 송신 후 기다림
    • REJ를 수신하면 처음 프레임을 재송신 후 기다림
  • 연속적(continuous) ARQ
    • 여러 개의 데이터 프레임을 송신하고 기다림
    • go-back-N ARQ
      • sliding window 프로토콜을 사용
    • Selective-Repeat ARQ
      • REJ가 수신된 프레임만 재전송
  • 적응적(adaptive) ARQ
    • 프레임의 길이를 동적으로 변화시키는 방법
    • 오류 발생률이 높으면 짧은 프레임으로 전송

정보 귀환

  • 송신 측에서 오류 검출

복합 귀환

  • 양측에서 오류 검출
  • 효율성이 낮고 복잡함

전진 오류 정정

  • 송신측이 전송할 프레임에 부가적인 정보를 첨가하여 전송함으로써 수신측에서 오류 검출 및 정정까지 할 수 있는 방식
  • 연속적인 데이터의 흐름이 필요하고 역방향 채널의 제공이 어려울 때 사용 (ex. 지구에서 목성 탐사선에 데이터를 전송할 때)
  • 데이터 프레임에 잉여 비트를 추가하여 오류 정정 코드를 전송
    • 해밍(Hamming) 코드
    • 리드-뮬러(Reed-Muller) 코드
    • 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 코드
  • 잉여 비트의 크기만큼 전송 효율이 떨어지는 단점이 있음
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