부호화, 동기-비동기, 다중화방식

부호화

정의

• 신호를 파형의 변화로서 그림으로 나타내는 것

• 데이터 통신에서는 데이터, 정보, 신호를 통해 부호를 표현

• 맨체스터 코딩 방식이 가장 많이 사용됨

부호의 평가방식

1. 대역폭이 큰 것

2. 전력 소모가 없는 것

3. 회로 구성이 간단한 것

4. 가격이 싼 것

→ 이 조건에 가장 부합하는 평가방식이 맨체스터 코딩 방식

통신 태스크

1. 전송방식의 해석

• 송수신장치간에 데이터를 주고받을 때 고려해야할 사항(방향성, 묶음, 시간)
  • 배선의 형태는 어떻게 할 것인가?
  • 한 번에 몇 개의 데이터를 전송할 것인가?
  • 여러 개의 데이터를 묶어서 전송할 것인가?
  • 데이터 흐름의 방향은 어떻게 할 것인가?
  • 데이터를 하나씩 전송할 때는 어떤 방식을 사용할까?

2. 데이터 전송방식

• 데이터의 흐름에 따라 직렬전송방식과 병렬전송방식으로 구분함
  1. 직렬전송(serial)
     • 하나의 전송로를 통해 데이터를 순차적으로 송수신
     • 병렬전송에 비해 전송비용이 적음
     • 장거리 전송에 많이 사용(비용 때문에)
     • 동기식 / 비동기식 전송방식으로 구분됨
     • 컴퓨터 내부에서는 주로 병렬 입출력을 하기 때문에 외부 전송 시 전송방식 전환 필요
       • 정보 송신 시 내부 병렬정보 → 직렬정보로 변환
       • 정보 수신 시 직렬정보 → 병렬정보로 변환
  2. 병렬전송(parallel)
     • n개의 비트를 전송하기 위해서 n개의 회선을 사용하는 방식
     • 단위 전송속도가 같을 때 직렬 전송방식보다 빠르게 정보 전송
     • 복수 회선을 사용하기 때문에 전송비용이 많이 듦
     • 여러 통로를 통해 전달되는 데이터를 한 번 더 정렬해야 하기 때문에 짧은 거리 전송에 사용됨
  3. 데이터 전송 방식은 데이터의 흐름의 방향(전송방향)에 따라 단방향, 양방향 전송방식으로 나눌 수 있으며, 양방향 전송 방식은 다시 반이중, 전이중 전송방식으로 나눌 수 있다.

     

  4. 데이터 전송방식
     • 데이터의 흐름의 시간 설정에 따라 직렬전송의 비동기식 전송방식과 동기식 전송방식으로 나뉨
     1. 동기식 전송
        • 송수신측이 미리 약속한 패턴을 이용하여 데이터의 송수신 타이밍을 일치시키는 방식
        • 시작비트와 정지비트나 데이터 간 간격 없이 차례대로 비트를 전송 → 끊이지 않는(연속적인) 0과 1의 문자열로 전송
        • 정보를 묶음으로 수신한 후 바이트나 문자들로 분리하여 의미 있는 정보로 재구성
        • 전송 정보 외의 오버헤드가 적은 장점이 있음
        • 전송 정보가 일정한 시간 간격으로 발생될 경우에 주로 사용됨
          • 파일 업로드, 다운로드
        • 대용량, 속도 빠름, 쉬는 시간 없음, 순서보장
     2. 비동기식 전송
        • 송수신 간에 동기를 맞추지 않고 비트/문자 등 단위로 전송하는 방식
        • 시작 비트와 정지 비트를 사용하여 정보를 구분함
        • 정보가 연속적이지 않게 발생하는 경우에 주로 사용
        • 휴지시간(idle time)이 있으며, 그 간격을 데이터 전송에 다시 활용할 수 있음
          • 컴퓨터 통신 중 키보드 입력
     3. 비교
        • 동기
          • 대용량
          • 고속
          • 순서보장
          • 오버헤드 적음
          • 휴지시간 x
        • 비동기
          • 적은 용량(동기에 비해)
          • 저속(동기에 비해)
          • 시작/정지 비트 존재
          • 오버헤드 많음
          • 휴지시간 o

3. 다중화(Multiplexing)

1. 개요
   1. 필요성
      • 제한된 자원에 대하여 다수의 독립적인 사용자들에 의해 공유될 때 멀티 액세스 필요(제한된 용량을 갖는 통신 자원에 대해 다수의 독립적인 사용자들이 서로 공동의 자원으로서 채널을 공유)
   2. 정의
      • 몇 개의 DTE(Data Terminal Equipment)가 하나의 통신 회선을 통해 결합된 형태로 신호를 전송하고 이를 수신측에서 원래의 형태로 나누어주는 방식
      • 두 개 혹은 그 이상의 신호를 결합하여 물리적 회선이나 라디오 링크를 통해 전송해주는 방식
   3. 종류
      1. 주파수 분할 다중화(FDM: Frequency Division Multiplexing)
      2. 시분할 다중화(TDM: Time Division Multiplexing)
      3. 공간 분할 방식(SDM: Space Division Multiplexing)
      4. 통계적(지능) 다중화기(STDM 또는 ITDM: Statistical Time Division Multiplexer)

2. 다중화 방식
   1. 주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing)
      • 통신 선로의 주파수 대역을 몇 개의 작은 대역폭으로 나누어 여러 개의 저속도 장비를 동시에 이용하는 방식
      • 현재는 사용되지 않음
   2. 시분할 다중화(Time Division Multiplexing),
      • 한 전송로의 데이터 전송 시간을 일정한 시간 폭으로 나누어 각 부 채널에 차례로 분배하므로 몇 개의 저속 부 채널이 한 개의 고속 전송선을 나누어 이용하게 됨
      • 각 부 채널을 차례로 스캔(Round Robin 방식)하며 실제로 전송할 없는 부채널에도 시간 폭은 마찬가지로 배정됨(낭비 발생)
      • 동기 및 비동기식 데이터를 다중화하는 데 사용됨
      • 비트 전송을 할 때 주로 사용됨
      • 특징
        1. 고속
        2. 동기/비동기 둘 다 가능
        3. 보호 대역을 통해 채널 구분
        4. 회로 구성이 간단 → 구현 용이, 저렴
        5. 1:1, 1:N 연결에 유용함
        6. 빈 슬롯에 대한 융통성이 없어 빈 슬롯이 많으면 효율이 떨어짐

        

        

   3. 지능 다중화기(Statistical Time Division Multiplexer)
      1. 실제로 보낼 데이터가 있는 채널에만 동적인 방식으로 각 부채널에 시간폭을 할당함
      2. 보통의 다중화기가 동기식 다중화기인 반면 비동기식 다중화기, 통계적 다중화기
      3. 실제 데이터가 있는 부 채널에만 시간폭을 할당하므로 같은 시간에 더 많은 데이터의 전송이 가능
      4. 주소 제어, 메시지 보관, 흐름 제어, 오류 제어 등의 기능 제공
      5. 가격이 비싸고, 접속에 소요되는 시간이 길어짐(현재는 시간이 많이 단축됨)

      

전송속도가 1,544 Mbps가 되는 이유

• 시분할 다중화기법은 대표적으로 24개의 채널을 시분할 다중화하여 사용하는 DS-1 전송형식이다. 각 채널당 전송단위는 8개의 비트와 1개의 오류점검 비트로 구성되어 있다.

• 그러므로 24채널 * 8비트 + 1 비트 = 193비트가 된다.

• 샘플링은 초당 8000번을 하므로 193 * 8000 = 1,544 Mbps가 된다.

  

토폴로지(topology)

• 접속 자원을 연결(접속)하는 방식

  

  1. Start 방식(성형)
     • 특징
       • 중앙집중식 구조를 가짐
       • 즉, 중앙에 위치한 주 노드(허브)에 연결된 케이블로 다른 노드들을 연결
       • P2P 방식으로 회선을 연결하며, 모든 장치들은 중앙 컴퓨터를 통해 데이터를 교환
       • 장치가 고장나더라도 다른 장치에 영향을 주지 않음
     • 장점
       • 설치와 구성이 쉬움
       • 장애 발견 쉬움
       • 네트워크 관리 쉬움
       • 하나의 장애가 다른 네트워크 장비에 영향을 주지 않음
     • 단점
       • 허브가 고장났을 시 전체 네트워크가 충돌함
       • 많은 양의 케이블을 사용하므로 설치 비용이 비쌈
  2. Bus 방식(버스형)
     • 특징
       • 하나의 통신회선에 여러 컴퓨터를 연결하여 전송하는 방식
       • 신호와 관련있는 장치들만이 응답하고, 그 외 장치들은 무시
       • 서로 가까운 거리의 장치들을 연결할 때 적절함
     • 장점
       • 한 개의 통신 회선에 장치가 여러 대 연결되어 있는 간단한 구조
       • 장치의 추가/제거가 매우 용이
       • 장치가 고장나더라도 전체 네트워크에 영향을 주지 않음 → 신뢰성 높음
       • 가장 적은 양의 케이블 사용
       • 비용 적음
     • 단점
       • 장애 발생 시 추적이 어려움
       • 한 번에 한 컴퓨터만 전송할 수 있음(단선 등 단순한 장애가 전체 네트워크에 영향을 줌)
       • 연결된 컴퓨터의 수에 따라 네트워크 성능이 좌우됨
       • 거리 제약이 심함
  3. Ring 방식(링형)
     • 특징
       • 컴퓨터를 하나의 원을 이루도록 연결하몀, 각 장치는 고유한 주소를 가짐
       • 케이블로 고리를 형성하고 이 고리에 네트워크 장비들을 설치
       • 정보흐름(신호)은 단방향(시계방향)으로 원을 따라 흐름
       • 개별 컴퓨터들이 리피터처럼 신호를 강화하여 다음 컴퓨터로 전송
       • 인접한 노드와 연결되어 원형을 이루는 형태
       • 각 노드는 데이터의 송수신을 제어하는 토큰을 보유
       • 토큰 패싱이라는 방법을 통해 데이터 전송
       • 장애 발견 시 데이터가 왔던 경로로 되돌아감
     • 장점
       • 모든 장비에 똑같은 접속 기회 제공
       • 단방향 통신으로 신호 증폭이 가능하여 거리 제약이 적음
       • 네트워크 전송상 충돌 없음
       • 노드의 숫자가 증가해도 충돌 없음
     • 단점
       • 많은 양의 케이블을 사용하므로 설치 비용이 비쌈
       • 하나의 장치에 이상이 생기면 전체 네트워크에 문제가 생김
       • 노드의 추가 삭제가 쉽지 않음
       • 노드에 문제 발생 시 전체 네트워크가 중단될 수 있음

• 하이브리드 토폴로지
  • 성형+버스형, 버스형+링형 등으로 세 가지 방식 중 두 방식을 혼용한 토폴로지를 의미
  • 버스형+링형 혼용이 대부분이지만 이게 곧 하이브리드 토폴로지는 아님

 

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