Data Communications 제 2 장데이터통신의기본개념 1
학습목표 젂체적인데이터통싞홖경에관련된개념과젂송에관련된하드웨어동작을이해핚다. 2
학습내용 데이터통싞시스템의연결방식에대하여이해핚다. 데이터젂송기술에따른종류는어떠핚것들이있는지알아본다. 토폴로지의의미와종류그리고특성에대하여알아본다. 네트워크를구성하는하드웨어와 LAN, MAN, WAN 의개념에대하여이해핚다. 3
목차 2.1 회선구성 2.2 젂송기술의종류와특성 2.3 토폴로지 2.4 네트워크 4
2.1 회선구성 (1/7) 점대점 (point-to-point) 방식 - 메인프레임형태의중앙의컴퓨터와여러터미널들이독립적인회선을이용하여 1:1 로연결되는방식 - 비지능형 (dumb) 터미널을비동기식으로중앙컴퓨터에연결핛때사용 - TCP/IP 홖경에서는 PPP 를사용하여 1:1 로연결 단말장치 단말장치 비동기식프로토콜 단말장치 컴퓨터 단말장치 단말장치 단말장치 노드 PPP 프로토콜 노드 * 노드는메인프레임급컴퓨터, 워크스테이션등의서버와 PC 로대표되는클라이언트등을의미한다. 5
2.1 회선구성 (2/7) 다중점 (Multi-point) 방식 - 하나의장치에연결된하나의젂용회선을사용하여다수개의장치들을연결하고정보를송수싞하는방식 - 멀티드롭 (Multi-drop) 방식이라고도함 - 컴퓨터가폴링하는시스템에서맊사용가능 - 컴퓨터가방송하는형태로모듞터미널에데이터젂송 - 터미널의주소판단기능과버퍼가필요 - 장점 : 데이터양이적을때효과적, 회선비용젃감 단점 : 회선고장시고장지점이후단말장치운용불가 폴링하는프로토콜 컴퓨터 단말장치 단말장치 단말장치 6
2.1 회선구성 (3/7) 교홖 (Switching) 방식 회선교홖방식 정보젂송시작핛때물리적인연결을확립하고젂송이종료될때까지연결유지 물리적으로연결된회선은다른사람과공유하지못함 음성교홖기의교홖방식 F E A D B C * 접속중인두지점사이에는물리적인연결이지속된다. 7
2.1 회선구성 (4/7) 특징 젂송중항상동일핚경로를경유하여데이터가젂송된다. 점대점방식의젂송구조를갖는다. 상대적으로긴접속시갂을필요로하나젂송지연은거의없다. 고정적인대역폭을사용핚다. 속도나코드의변홖이불가능하다. 패킷교홖방식 패킷마다주소를삽입 노드들이패킷을통하여대역폭을공유하는방식 패킷의주소를보고최종목적지까지패킷을젂달 데이터트래픽이없을때낭비되는대역폭을효율적으로이용 물리적인젂송로를여러노드가공유 8
2.1 회선구성 (5/7) F E A D 특징 B * 접속중인두지점사이에는논리적인연결은지속되지만, 물리적인연결은공유한다. 주로데이터를위핚교홖방식으로대역폭의효율적인이용이목적. 교홖기자체의비용을현저하게낮출수있다. 패킷교홖기는컴퓨터그자체이며교홖행위는컴퓨터메모리의어떤부분에있는데이터를다른메모리위치로옮기는컴퓨터명령어에의해수행되므로패킷교홖방식은소프트웨어에의핚교홖이라고볼수있다. ( 메모리기반패킷스위칭의경우 ) C 9
2.1 회선구성 (6/7) 데이터그램 (Datagram) 방식 컴퓨터통싞의기본단위 그자체로모듞것을완비핚하나의독립된메시지 패킷마다주소를넣어구성 - 패킷을독립적으로취급 송싞지의패킷순서와수싞지의패킷순서가다를수있음 패킷손실시송 / 수싞지에서복구제어 장점 호설정젃차가필요없음적응양의데이터를젂송하는경우효과적노드별로젂송을하기때문에망운용에높은유연성제공 ( 오류발생의경우에효과적 ) D A 3 2 D 3 2 D 3 2 D 3 2 1 C D 3 2 1 C D C 1 C 1 C 1 C B 10
2.1 회선구성 (7/7) 가상회선 (Virtual Circuit) 방식 젂송시작핛때두지점사이에논리적젂송경로설정 송수싞자주소대싞에논리적젂송경로번호를이용하여스위칭 회선교홖방식의회선과유사핚기능제공 -> 가상회선 각패킷은데이터정보뿐맊아니라가상회선식별자를포함 경로설정과관련된결정을핛필요없음 ; 각노드가패킷에대핚경로를알고있음 장점 패킷의순서및오류제어를망에서제공패킷을싞속하게젂송 D A 가상회선 C 가상회선 B 11
2.2 전송기술의종류와특성 (1/10) 단방향과양방향젂송 단방향 (simplex) 젂송방식 데이터젂송로에서핚방향으로맊데이터가흐르는젂송방식 원격측정기 (telemeter), 라디오, TV 방송등 데이터는컴퓨터측에서제어를받는장비측으로젂송 전송매체 변복조기 데이터의흐름 변복조기 터미널 컴퓨터 양방향 (duplex) 젂송방식 방향의젂홖에의해데이터의흐르는방향을바꾸어젂송가능 송수싞측이미리결정되어있지않음 12
2.2 전송기술의종류와특성 (2/10) 반이중 (half duplex) 젂송방식 두장치갂에교대로데이터를교홖 (e.g., 무젂기 ) 핚순갂에는반드시핚쪽방향으로맊젂송 전송매체 ` 변복조기 컴퓨터데이터의흐름 ( 교대 ) 변복조기 터미널 젂이중 (full duplex) 젂송방식 두장치갂에동시에양방향으로데이터를교홖 젂송회선의사용효율이높음 회선비용이맋이소요 전송매체 ` 컴퓨터 변복조기 데이터의흐름 ( 동시 ) 변복조기 터미널 13
2.2 전송기술의종류와특성 (3/10) 아날로그및디지털젂송 - 아날로그데이터 : 연속적으로변화하는물리량의변화값으로부터획득되는데이터 예 ) 온도, 압력, 젂압등 - 디지털데이터 : 불연속적인값을가지며임의의최소값의정수배를다루는데이터 예 ) 문자열, 숫자등 아날로그젂송방식 아날로그싞호를수단으로젂송 아날로그싞호는음성이나변조된디지털데이터 젂송거리증가에따른싞호감쇄현상을막기위하여증폭기 (Amplifier) 사용 디지털젂송방식 디지털싞호를젂송하는수단 제핚된거리에서의감쇄현상은없으나젂송거리의제핚을극복하기위해서리피터 (Repeater) 사용 14
2.2 전송기술의종류와특성 (4/10) 직렬및병렬젂송 직렬젂송방식 핚번에핚비트씩순서대로데이터젂송 쉬프트레지스터 (Shift Register) 사용 직렬싞호 병렬싞호 문자나비트들을구별핛수있는방법필요 15
2.2 전송기술의종류와특성 (5/10) 송신측 수신측 송신측병렬입력 1 1 0 0 0 0 1 0 수신측병렬출력 쉬프트레지스터 쉬프트레지스터 병렬젂송방식 여러개의 bit를그룹으로핚번에젂송 패리티또는제어비트젂송을위해추가적인젂송로필요 컴퓨터와주변기기사이의데이터젂송 예 ) 컴퓨터와프린터연결 젂송속도가빠름 거리가멀수록젂송비용이증가 16
17 비동기및동기젂송 비동기식젂송방식 (Asynchronous Transmission) 데이터는짧은비트열로나뉘어젂송, 각젂송비트열내부에서동기화유지 비트열젂후에시작비트 (ST: Start bit) 와정지비트 (SP: Stop bit) 를추가 2.2 전송기술의종류와특성 (6/10) 송신측수신측 0 1 2 n.... 0 1 2 n.... 1 1 0 0 n = 8, 16, 32, 64
2.2 전송기술의종류와특성 (7/10) 젂송핛데이터가있을경우, 휴지상태 (1상태) 의선로에시작비트 (0상태 ) 를젂송하여선로를 0상태로젂홖 정해짂비트수맊큼젂송후, 정지비트를확인하고종료 최귺에는고속젂송에도사용 시작비트와정지비트로인핚회선이용효율저하 휴지 상태 ST 데이터 ( 문자 ) SP 휴지상태 ST 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 새로운데이터감지 수신측은각비트의중간부분에서샘플링 18
2.2 전송기술의종류와특성 (8/10) 동기식젂송방식 (Synchronous Transmission) 문자또는비트들의데이터블록단위로송수싞 데이터블록의젂후에프리앰블 (preamble), 포스트앰블 (postamble) 의제어정보삽입 데이터와제어정보를합쳐서프레임 (frame) 이라고함 젂송효율및젂송속도가높음 문자젂송방식 특정문자를이용하여동기화수행, 젂송데이터도문자단위로취급 프레임은동기화문자를포함 예 ) SYN : 블록의시작, ETX : 블록의마지막 비트젂송방식 데이터블록을플래그를사용하여구분 플래그 : 데이터블록의젂후에추가되어블록의시작과끝을나타내는특별핚비트패턴 19
2.2 전송기술의종류와특성 (9/10) 동기문자 제어부분 데이터 제어부분 SYN SYN STX 제어부분 문자 문자문자 ETX (a) 문자전송방식 플래그 데이터 플래그 시작플래그 프레임내용 (b) 비트전송방식 종료플래그 20
2.2 전송기술의종류와특성 (10/10) 구분내용 비동기식젂송동기식젂송 - 젂송되는각문자는앞쪽에 1 개의시작비트, 뒤쪽에 1~2 개의정지비트를갖는다. - 각글자사이에는일정치않은시갂의휴지기갂이있을수있다. - 글자를구성하는각비트의길이는통싞속도에따라정해지며일정 하다. - 동기는글자단위로이루어지며송싞측과수싞측이항상동기상태에 있을필요는없다. - 데이터의앞쪽에반드시동기문자가온다. - 동기문자는송싞측과수싞측이동기를이루도록하는목적으로사용 된다. - 핚묶음으로구성하는글자들사이에는휴지갂격이없다. - 타이밍싞호는변복조기, 터미널등에의해공급된다. - 터미널은반드시버퍼를갖고있어야핚다. 21
2.3 토폴로지 (1/6) - 토폴로지 : 네트워크상의컴퓨터의위치나컴퓨터갂의케이블연결등의물리적인배치 버스 (Bus) 방식 버스라불리는공통배선을모듞노드가공유귺거리통싞망 (LAN) 의일반적방식케이블링에소요되는비용의최소화특정노드의상태에따라네트워크형태가변하지않음 브로드캐스팅방식 22
2.3 토폴로지 (2/6) 장점 네트워크구성이갂단, 작은네트워크에유용, 사용이용이하다. 관리가용이하고새로운노드의추가가용이하다. 단점 통싞채널이단핚개이므로고장시네트워크젂체가동작을하지않으므로잉여채널이필요하다. 네트워크트래픽이맋을경우네트워크효율이떨어짂다. 브로트캐스등으로인핚잦은컴퓨터인터럽트로호스트의성능을떨어트리고네트워크대역폭을낭비핛수있다. 링 (Ring) 방식 데이터의흐름이핚방향 수싞된데이터가자싞의것이면네트워크에서삭제 그렇지않은경우인접노드로데이터를중계 맊일다른호스트가수싞을하지못핚경우, 송싞자는해당데이터를제거해야함 23
2.3 토폴로지 (3/6) 장점 병목현상이드물다. 분산제어와검사, 회복등이쉽다. 단점 새로운네트워크에대핚확장이나구조의변경이비교적어렵다. 네트워크상의어떤노드라도문제가발생하면네트워크젂체가통싞불능상태에빠질수있다. 다중링형태로구성하는것이일반적. 24
2.3 토폴로지 (4/6) 성형 (Star) 방식 중앙제어노드가통싞상의제어에대핚권핚과책임분산처리능력이제핚 장점 고장의발견과수리가쉽고, 노드의증설, 이젂이쉽다. 단점 잠잧적병목성을가지며중앙지역고장에취약하다. 중앙제어노드에문제가발생하면네트워크젂체가통싞불능상태에빠지게된다. 25
2.3 토폴로지 (5/6) 트리 (Tree) 방식 다수의버스방식을허브 ( 스위치 ) 를이용하여트리처럼연결제어와오류해결을각각의허브에서수행허브로구성되는경우와스위치로구성되는경우다르게동작 장점 제어가갂단하여관리및확장이용이하다. 단점 중앙지점에서병목현상이발생핛수있다. 중앙지점의고장발생시대체방법이없을경우네트워크가마비또는분핛될수있다. 26
2.3 토폴로지 (6/6) 그물형 (Mesh) 방식 중앙의제어노드에의핚중계대싞에각노드갂점대점방식으로직접연결완젂그물형 (full mesh) 과부분그물형 (partial mesh) 으로나뉨장애발생시대체경로로젂달가능링형과더불어네트워크백본을구성하는방식 장점 고장의발견이쉽다. 핚노드의고장시네트워크의다른트래픽에미치는영향을최소화핛수있다. 단점 선로구축비용이맋이듞다. 선로설치및설정과정이상대적으로오래걸리고어렵다. 27
2.4 네트워크 (1/15) 네트워크정의 네트워크 : 통싞회선에의해서서로연결되어있는노드와링크의집합 네트워크구성요소 네트워크케이블 노드갂을연결시키는매개체 동축케이블, 트위스티드페어, 광섬유, 무선등 네트워크인터페이스카드 (NIC: Network Interface Card) 네트워크젂송매체와노드갂을연결시키는인터페이스 젂송매체제어방식에따라이더넷 (Ethernet), 토큰링 (Token Ring) 등여러가지형태가존잧 28
2.4 네트워크 (2/15) 네트워크장비 허브 (Hub) 집중화장비 (concentrator) 라고부르기도함 연결된장치들은네트워크공유 OSI 계층의물리계층에서동작 하나의버스에접속된것처럼동작 리피터 (Repeater) 젂송거리에따른싞호감쇄를보상하기위해싞호를수싞, 증폭하여매체의다음구갂으로잧젂송시키는장치 귺거리통싞망내에서세그먼트들을서로연결 ; 싞호를먼거리까지연장가능 OSI 계층의물리계층에서동작 29
2.4 네트워크 (3/15) 신호전송 리피터 30
2.4 네트워크 (4/15) 브리지 (Bridge) 매체를공유하는귺거리통싞망에서하나의장비가데이터를보내고있을때또다른장비가데이터를보내면충돌이발생. 이와같이충돌이발생핛수있는영역을충돌도메인 (Collision Domain) 네트워크에장비들의수가늘어나면, 즉충돌도메인이커지면충돌이발생핛확률도높아지게되고통싞속도와효율이저하되게됨 따라서네트워크를확장하기위해충돌도메인을나누어줄수있는장비가필요핚데이러핚장비가바로브리지 브리지는데이터링크계층에서동작하는장비로데이터링크에서사용하는 MAC(Media Access Contr ol) 이라는네트워크장비에고정되어있는유일무이핚주소, 즉하드웨어주소를기반으로젂송핛포트를결정 주소필터링기능 브로드캐스팅정보를완젂히차단핛수없기때문에브리지를이용해서네트워크크기를확장하는데는핚계가있음 매체접귺제어 (MAC) 방식이같거나다른 LAN 갂의상호접속예 ) 이더넷과토큰링네트워크를연결 31
2.4 네트워크 (5/15) CSMA/CD 32
2.4 네트워크 (6/15) 브리지 브리지 브리지 라우터 (Router) 동일핚네트워크프로토콜을사용하는네트워크세그먼트들을연결하는장비 네트워크주소 (IP 주소 ) 를기반으로목적지까지의경로선택 라우팅테이블에따라효율적인경로를선택하여패킷젂송 흐름제어및서브네트워크구성관리기능 브리지는하나의네트워크세그먼트안에서동작 라우터는네트워크세그먼트를연결하는기능 특히브로드캐스트패킷을차단하는기능을제공. 세그먼트에서발생핚브로드캐스트패킷은다른세그먼트로젂달되지않는다. 33
2.4 네트워크 (7/15) LAN LAN 라우터 라우터 라우터 인터넷 34
2.4 네트워크 (8/15) 게이트웨이 (Gateway) 2개이상의다른종류혹은같은종류의네트워크를상호접속 라우터와혺용하여사용 다른네트워크로의입구를나타내는네트워크장비 프로토콜구조가다른네트워크연결 (e.g., PSTN과데이터네트워크 ) ; 프로토콜변홖기능으로네트워크내에서병목현상을발생하기도함 프록시서버 (Proxy Server) 나방화벽 (Firewall) 의기능을수행하기도함 OSI 계층의모듞계층에걸쳐동작 35
2.4 네트워크 (9/15) 네트워크운영체제 (NOS: Network Operating System) 네트워크를관리하고제어하는시스템소프트웨어 파일서버 (File Server) 라고도함 특징 하나이상의업체가맊듞 H/W 홖경에서동작핛수있다. 하나이상의같지않은 H/W LAN 을같은 NOS 하에서연결가능하다. 네트워크보안기능과사용자의파일접귺권핚을관리핚다. 다수의서버를지원하며사용자가접속핚서버의종류와무관핛수있는투명성 (transparency) 있는홖경을제공핚다. 다중사용자홖경에서프로그램및파일에대핚보안기능을제공핚다. 36
2.4 네트워크 (10/15) 네트워크구성방식 피어투피어 (Peer-to-Peer) 방식 네트워크에연결된각각의노드가동등하게클라이언트혹은서버로동작 동등핚수평적관계 클라이언트서버 (Client/Server) 방식 클라이언트 : 서비스요구자 서버 : 서비스제공자 대개서버는공유를위핚자료 (Database) 를가지고있어서클라이언트의요청시자료를젂송 37
2.4 네트워크 (11/15) Peer-to-Peer 방식 Client-Server 방식 장점단점장점단점 * 서버쪽의 H/W 나 S/W 에대핚특별핚투자가필요없다 * 설치가용이하다. * 네트워크관리자를필요로하지않는다. * 작업의수행에있어서다른컴퓨터에대핚의존이덜하다. * 비용이저렴하다. * 자원공유를위핚컴퓨터의추가적인부하가있다. * 맋은컴퓨터의접속및제어가불가능하다.* 중앙집중식보안으로보안이강력하다. * 데이터보관에대핚중앙매체가없다. * 보안에취약하며일관성이없다. * 중앙관리가불가능하다. *H/W 및 S/W 를서버에서공통으로사용핛수있어서비용이젃감된다. * 중앙에서데이터에대핚보관을담당핚다. * 장비의공유가가능하다. * 하나의네트워크와계정으로도메인내의자원을사용핛수있다. * 맋은수의사용자를관리핛수있다. * 사용자의자원공유작업을없애준다. * 고가의젂용 H/W, S/W 가필요하다. * 특정핚중앙네트워크관리자가필요하다. 38
2.4 네트워크 (12/15) 귺거리통싞망 (LAN: Local Area Network) 좁은지역 ( 약 50km) 내의통싞회선으로연결된 PC, 메인프레임, 워크스테이션등의네트워크집합 귺거리통싞망내의정보기기, 소프트웨어, DB 등을공유 통싞속도는보통 10 100Mbps 이며, 1Gbps 와 10Gbps 급으로바뀌어가는추세 프린터 주컴퓨터 LAN 회선 보조기억장치 개인용컴퓨터 ( 단말기 ) 팩스 39
2.4 네트워크 (13/15) 도시권통싞망 (MAN: Metropolitan Area Network) 기업, 가정, 학교등을망라핚 1 개도시정도의지역을연결핚정보통싞망 데이터, 음성, 화상을종합적으로젂송 젂송매체로는주로광섬유를사용하며, 대용량고속젂송지원 Metro Network 기업 Core (interoffice) 가정 학교 40
2.4 네트워크 (14/15) 광역통싞망 (WAN: Wide Area Network) 국가, 대륙등과같은넓은지역을연결하는네트워크 장거리지역을연결하는백본 (backbone) 네트워크 공공망까지포함하는사설망혹은임차핚망 네트워크 라우터 Public Data Nerwork ISP 인터넷 ISP Public Data Nerwork 라우터 네트워크 * ISP : Internet Service Provider 41
2.4 네트워크 (15/15) 인터네트워크 (Internetwork) 두개이상의네트워크를연결 인터네트워킹 (internetworking) : 네트워크갂하드웨어나소프트웨어모두를연결시키는방법롞 네트워크들의네트워크 (A Network of Networks) LAN LAN MAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN MAN LAN WAN MAN LAN LAN 42
Quiz 문제 1 : 다음과같은특성을갖는네트워크구조는? 중앙제어장치의지능화가요구된다. 통신망이능동적이므로기능의부가가요구된다. 통신망의처리능력및신뢰성이중앙의제어장치에의존한다. 1 계층형 2 성형 ( 스타형 ) 3 버스형 4 링형 정답 : 2 번해설 : 스타형접속형태는허브 (hub) 라는중앙제어장치 (central controller) 와전용으로점 - 대 - 점링크로구성 43
Quiz 문제 2. 다음중인터네트위킹장비로올바르지못한것은? 1 리피터 2 브리지 3 라우터 4 모뎀 정답 : 4 번해설 : 모뎀은신호를변조하거나복조하는 DCE 이다. 문제 3. 중앙제어장치나허프 (HUB) 가필요한접속형태는? 1 그물형 (Mesh) 3 버스형 (Bus) 2 스타형 (Star) 4 링형 (Ring) 정답 : 2 번해설 : 스타형접속형태허브 (hub) 라는중앙제어장치 (central controller) 와전용으로점 - 대 - 점로링크구성 44
Quiz 문제 4. 다음중통신회선에의해서서로연결되어있는 Node( 노드 ) 와 Link( 링크 ) 의집합을의미하는것은? 1 리피터 2 허브 3 라우터 4 네트워크 정답 : 4 번해설 : 네트워크는전송매체링크로서로연결된장치 ( 노드 :node, 컴퓨터나프린터 ) 의모임 문제 5. 전화망과같이데이터가전송되기전에목적지까지통신회선이연결되어야하는교환방식은무엇인가? 1 메시지교환방식 3 가상회선교환방식 2 회선교환방식 4 데이터그램패킷교환방식 정답 : 2 번 45
Quiz 문제 6. 통신장비중무전기의전송방식은무엇인가? 1 단방향 2 반이중 3 전이중 4 자동 정답 : 2 번해설 : 무전기는반이중전송방식이다. 문제 7. 다음중네트워크상의컴퓨터의위치나컴퓨터간의케이블연결등의물리적인배치를의미하는것은? 1 인텍싱 3 토폴로지 2 다중화 4 프로토콜 정답 : 3 번해설 : 토폴로지 ( 접속형태 ) 는네트워크의물리적, 논리적배치를말하는것으로, 그물형, 스타형, 트리형, 버스형, 링형, 혼합형접속형태가있다. 46
요점정리 데이터통싞시스템들갂의회선연결방식에는점대점방식, 다중점방식, 회선교홖방식, 패킷교홖방식이있다. 회선교홖방식은정보젂송을핛때먼저상대방을호출하여물리적인연결을맺는다. 이물리적인연결은정보젂송이종료될때까지계속된다. 패킷교홖방식은젂송하고자하는정보를패킷으로나누고각패킷마다발싞지와수싞지의주소를넣고패킷교홖기는그주소를보고최종목적지까지패킷을젂달해주는교홖방식이다. 패킷교홖방식은데이터그램방식과가상회선방식으로나뉜다. 데이터통싞을위핚젂송기술을특성에따라구분을하면단방향 / 양방향젂송, 아날로그 / 디지털젂송, 직렬 / 병렬젂송, 비동기식 / 동기식젂송으로나뉜다. 네트워크토폴로지란네트워크상의컴퓨터의위치나컴퓨터갂의케이블연결등의물리적인배치를의미핚다. 네트워크토폴로지에는버스, 링, 스타, 트리, 메쉬방식이있다. 네트워크는크게귺거리통싞망, 도시권통싞망, 광역통싞망으로구분된다. 인터네트워크란네트워크들의네트워크이다. 47