디지털 전송 기초

디지털 전송의 장점

• 아날로그 신호에 비해 비용이 절감되고 잡음에 강하다.

아날로그 및 디지털 신호

• 아날로그 신호: 주파수에 따라 다양한 매체를 통해 전송되며, 연속적으로 변하는 전자기파이다.
• 디지털 신호: 매체를 통해 전송되는 일련의 전압 펄스이다.

비트와 보오

• 비트(bit): 단위 시간당 전송되는 정보의 기본 단위이다.
• bps: 초당 전송되는 비트 수이다.
• 보오(baud): 초당 신호 변화 횟수를 나타내는 신호 속도 단위이다.
• 1비트가 1개의 신호로 표현될 때, bps와 baud는 동일하다.
• 2, 3비트가 모여 하나의 신호를 나타낼 경우, 보오 속도는 bps의 1/2, 1/3 등으로 계산된다.

부호화 및 복호화

• 부호화: 전송 매체에 적합한 신호 형태로 정보를 변환하는 작업이다.
• 복호화: 변환된 신호를 원래의 정보 형태로 복원하는 과정이다.

디지털-디지털 부호화 방식

• 단극형: 하나의 전압 준위 값만 사용한다 (0 또는 1). 실제로는 직류 성분 및 동기화 문제로 잘 사용되지 않는다.
• 극형: 양과 음의 전압 준위를 사용, 직류 성분 문제를 완화시킨다. NRZ-L과 NRZ-I 방식이 있다.
• 양극형: 양, 음, 0 세 가지 전압 준위 사용, 0은 이진수 0, 양/음 전압은 교대로 이진수 1을 표현한다. AMI 방식이 이에 해당한다.

PAM(Pulse Amplitude Modulation)

• 아날로그 신호를 양자화하여 PAM 신호로 변환한다.
• PAM은 아날로그 정보를 펄스열 형태로 나열하는 방법이다.
• 펄스의 디지털 레벨 비트 수만큼 이진 코드로 변환한다.
• 변환된 이진수 값을 펄스로 표현한다.

디지털-아날로그 변조 방식

• Amplitude Shift Keying (ASK): 신호의 진폭을 변경한다.
• Frequency Shift Keying (FSK): 신호의 주파수를 변경하며, 진폭과 위상은 일정하게 유지된다. 하나의 baud 당 1비트 전송. 진폭 편이 변조보다 잡음에 강하다.
• Phase Shift Keying (PSK): 신호의 위상을 변경한다. 진폭과 주파수는 일정하게 유지되며, 잡음이나 주파수 제한에 영향을 적게 받는다.
• Quadrature Amplitude Modulation (QAM): ASK와 PSK를 조합하여 신호 변화에 더 많은 비트를 표현한다 (예: 4-QAM, 8-QAM, 16-QAM).
• 진폭 변조: 신호 진폭 변화에 따라 반송파의 진폭이 변조된다.
• 주파수 변조: 신호의 전압 변화에 따라 반송파의 주파수가 변조된다.
• 위상 변조: 신호의 전압 레벨 변화에 따라 신호의 위상이 변조된다.

패킷 지연 (Packet Delay) 유형

• Nodal Processing: 비트 오류를 확인하고 출력 링크를 설정한다.
• Queueing Delay: 출력 링크에서 전송 대기 시간으로, 라우터 혼잡 수준에 비례한다.
• Transmission Delay: 전송 지연은 패킷 길이(L)를 연결 대역폭(R)으로 나눈 값이다 (d_trans = L/R).
• Propagation Delay: 전파 지연은 물리적 링크 길이(d)를 전파 속도(s)로 나눈 값이다 (d_proc = d/s).

Throughput, Routing, Forwarding

• Throughput (처리량): 송신자와 수신자 간 데이터 전송률 (bits/time unit)이다.
  • 순간 처리량: 특정 시점의 처리량 측정한다.
  • 평균 처리량: 네트워크의 일반적인 성능을 나타낸다.
• Routing (라우팅): 패킷 전송 경로를 결정한다.
• Forwarding (포워딩): 라우터 입력을 적절한 출력으로 전달한다.

패킷 스위칭 (Packet Switching) 과 회선 스위칭 (Circuit Switching)

• 패킷 스위칭: 데이터를 패킷으로 나누어 전송하며, 목적지에서 재조립한다. 패킷은 출발지/목적지 정보 포함.
• 회선 스위칭: 통신 전에 회선을 설정, 연결을 통해 데이터 전송한다. 지연 시간은 짧지만, 연결 유지 동안 지속적인 리소스 소모 발생, 유연성 부족.

OSI 7 Layer Model

• Application Layer: 사용자가 네트워크에 접근하도록 인터페이스 제공 (FTP, SMTP, HTTP).
• Presentation Layer: 데이터 표현 형식 변환, 암호화, 압축 등을 수행한다.
• Session Layer: 동기화, 체크 포인팅, 데이터 교환 등을 한다.
• Transport Layer: 데이터 전송을 담당한다 (TCP, UDP).
• Network Layer: 데이터 패킷을 올바른 목적지로 라우팅한다.
• Link Layer: 인접 네트워크 요소 간 데이터 전송을 한다.
• Physical Layer: 물리적 매체를 통해 데이터 비트를 전송한다.

오실로스코프

• 전자 장비 검증 또는 디자인 시 사용되는 계측 장비이다.
• 전기적 신호를 화면에 표시한다.

코덱 (Codec)

• 데이터를 압축하여 저장 공간을 절약 (Encoder)
• 다시 재생 가능한 형태로 복원 (Decoder)

ARP (Address Resolution Protocol) Request, Reply Header 정보

• ARP Request 헤더
  • 송신자 IP 주소, 물리적 네트워크 주소 - 대상 IP 주소, 물리적 네트워크 주소 (unknown)
• ARP Reply 헤더 - 송신자, 대상 IP 주소 - 송신자, 대상 물리적 네트워크 주소

RARP (Reverse Address Resolution Protocol) Request, Reply Header 정보

• RARP Request 헤더
  • 송신자 물리적 네트워크 주소 OR
  • 대상 IP, 물리적 네트워크 주소 (unknown)
• RARP Reply 헤더
  • 서버 IP, 물리적 네트워크 주소 - 대상 IP, 물리적 네트워크 주소

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 실행 단계

• DHCP Discover: 호스트가 DHCP 서버를 찾는다.
• DHCP Offer: DHCP 서버가 호스트에 IP 주소를 제안한다.
• DHCP Request: 호스트가 제안된 IP 주소를 요청한다.
• DHCP ACK: DHCP 서버가 호스트에 IP 주소를 할당한다.

VPN (Virtual Private Network) 터널링 장단점

• 장점
  • 이기종 네트워크 간 투명한 패킷 전송을 지원한다.
  • 암호화 결합 시 안전성 우수하다.
  • 모바일 라우팅에 용이하다.
  • 미지원 프로토콜이나 서비스를 지원하는 네트워크 구간을 통과할 수 있다.
• 단점
  • 캡슐화로 인해 패킷 크기가 커진다.
  • 캡슐화 및 해제에 추가적인 처리 시간 소요된다.
  • 터널을 인식하는 라우터에서 관리가 필요하다.

서브네팅 (Subnetting)

• 동일 서브넷 여부 확인 방법: IP 주소와 서브넷 마스크를 AND 연산하여 서브넷 주소가 일치하는지 확인한다.

근거리 통신망 (LAN) 정의

• 제한된 영역 내에서 컴퓨터 및 기타 장치를 연결하여 데이터 교환이 가능한 네트워크 시스템

근거리 통신망 Star, Bus, Tree, Ring 형 토폴로지 정의

• 스타형(Star): 중앙 제어 장치에 각 장비가 점대점으로 연결된다.
• 버스형(Bus): 모든 장비가 하나의 케이블에 연결된다.
• 트리형(Tree): 스타형의 변형으로, 트리 형태의 노드에 전송 제어 장치 연결.
• 링형(Ring): 장비들이 링 형태로 이웃 장비와 점대점으로 연결된다.

매체 접근 제어 (Medium Access Control) 정의

• 방송형 네트워크에서 채널 동시 사용 시, 사용 시점을 결정하는 방식 (채널 할당 문제 해결)
• CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection): 채널 상태 감지 후 충돌을 회피하는 방식.
• CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance): 무선 LAN에서 사용되며, 충돌 회피를 위해 확인 신호를 사용한다.

토큰 링 (Token Ring)

• 토큰이라는 짧은 프레임을 사용하여 데이터 전송 권한을 제어하는 방식.
• 전송할 데이터가 없으면 토큰을 이웃 노드로 전달한다.

토큰 버스 (Token Bus)

• 토큰 링과 이더넷 결합 형태이다.
• 물리적으로는 버스 형태, 논리적으로는 토큰 링 방식을 사용한다.

리피터 (Repeater)

• 전송 매체에서 신호를 증폭하여 다음 구간으로 재전송하는 장치이다.
• 신호 감쇠를 보상하고 통신 거리를 연장한다.

브리지 (Bridge)

• 근거리 통신망에서 장치 간 충돌 발생 시, 충돌 도메인을 분리하여 관리하는 장치이다.

스위치 (Switch)

• 브리지와 유사하게 데이터 링크 계층에서 동작하며, 충돌 도메인을 분리한다.
• 브리지보다 데이터 처리 속도가 빠르다.

게이트웨이 (Gateway)

• 서로 다른 종류의 네트워크를 연결하여 정보를 교환할 수 있도록 한다.
• 프로토콜 변환 기능을 수행한다.

PAN (Personal Area Network)

• 개인 영역 네트워크. 휴대용 정보 단말기를 이용하여 필요한 정보를 처리할 수 있도록 구성한 통신망으로, LAN보다 소규모이다.

CAN (Controller Area Network)

• 계측 제어기 통신망. 차량 내의 전자 장비 간 통신을 제공하는 차량용 네트워크다.

MAN (Metropolitan Area Network)

• 대도시 통신망. 도시 지역을 연결하며 백본 네트워크와 LAN을 연결한다.

SDN (Software Defined Network)

• 소프트웨어 정의 네트워킹. 소프트웨어 기반 컨트롤러에서 네트워크 트래픽 제어/관리.

광 네트워크

• 빛을 사용하여 데이터를 전송한다.

B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network)

• 광대역 종합 정보 통신망. 기존 ISDN보다 넓은 대역폭 제공한다.

이동 통신망 사업자 (MNO) 정의 및 특징

• 자체 통신망을 소유하고 이동 통신 사업을 한다 (예: SKT, KT, LGT).

가상 이동 통신망 사업자 (MVNO) 정의 및 특징

• MNO의 망을 빌려 이동 통신 서비스를 제공한다.

E-Line, E-LAN, E-Tree 서비스 특징