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전송 방식 / 전송 제어 본문
통신방식
데이터의 전송 방향에 따라 단방향 통신, 양방향 통신으로 구분되며, 양방향 통신은 다시 반이중 통신과 전이중 통신으로 세분화됩니다.
단방향(Simplex) 통신
데이터가 한쪽 방향으로만 전송 가능한 통신 방식.
수신자는 데이터를 받을 수만 있고, 송신자는 데이터를 보낼 수만 있음.
특징:
단방향으로만 데이터가 이동.
양방향 통신이 필요하지 않은 환경에서 사용.
예시:
라디오 방송
TV 방송
양방향(Bidirectional) 통신
데이터가 양방향으로 전송 가능하며, 두 가지 방식으로 구분됩니다.
-반이중(Half-Duplex) 통신
데이터를 양방향으로 전송할 수 있지만, 동시에 양쪽에서 전송할 수 없는 통신 방식.
특징:
한 번에 한쪽 방향으로만 데이터가 전송됨.
송신과 수신을 교대로 수행.
2선식 선로를 사용.
예시:
무전기 (송신 후 "오버"로 신호를 교환)
모뎀을 이용한 데이터 통신
-전이중(Full-Duplex) 통신
데이터를 동시에 양방향으로 전송할 수 있는 통신 방식.
특징:
송신과 수신이 동시에 가능.
4선식 선로를 사용하며, 주파수 분할을 통해 2선식 선로도 가능.
전송량이 많고, 전송 매체의 용량이 클 때 사용.
예시:
전화
전용선을 이용한 데이터 통신
| 단방향(Simplex) | 한쪽 방향으로만 전송 가능한 방식 | 송신 또는 수신만 가능 | 라디오, TV |
| 반이중(Half-Duplex) | 양방향 전송 가능하나, 동시에 전송 불가 | 송신과 수신을 교대로 수행, 2선식 선로 사용 | 무전기, 모뎀 데이터 통신 |
| 전이중(Full-Duplex) | 동시에 양방향 전송 가능한 방식 | 송신과 수신이 동시에 가능, 4선식 또는 2선식 선로 사용 | 전화, 전용선 데이터 통신 |
2선식 선로: 한 쌍의 전송선을 통해 송신과 수신을 번갈아 수행.
4선식 선로: 두 쌍의 전송선을 사용하여 송신과 수신을 독립적으로 수행.
동기식/ 비동기식 전송
동기식 전송 (Synchronous Transmission)
미리 정해진 수만큼의 문자열을 한 블록(프레임)으로 만들어 일시에 전송하는 방식.
특징:
블록과 블록 사이에 휴지시간(Idle Time)이 없음.
프레임 단위 전송으로 전송 속도가 빠름.
시작/종료 비트가 없고, 휴지시간이 없으므로 전송 효율이 좋음.
주로 원거리 전송에 사용.
버퍼 기억장치가 반드시 필요.
장점:
높은 전송 효율.
대량 데이터 전송에 적합.
단점:
버퍼와 동기화 장치가 필요하므로 시스템이 복잡.
사용 사례:
고속 데이터 통신, WAN(Wide Area Network) 등.
비동기식 전송 (Asynchronous Transmission)
한 문자를 나타내는 부호(문자 코드) 앞뒤에 **시작 비트(Start Bit)**와 **정지 비트(Stop Bit)**를 붙여 바이트 단위로 전송.
특징:
문자 단위로 전송하며, 문자와 문자 사이에 휴지시간(Idle Time)이 존재.
각 문자의 시작과 종료를 알리기 위한 2~3비트(오버헤드)가 추가.
오류 검출을 위한 패리티 비트(Parity Bit)를 추가 가능.
저속, 단거리 전송에 적합(2,000bps 이하).
전송 효율이 낮음.
많은 데이터를 한꺼번에 전송하면 프레이밍 에러(Framing Error) 가능성 증가.
장점:
단순한 구현.
동기화 필요 없음.
단점:
낮은 전송 효율.
고속 데이터 전송에 부적합.
사용 사례:
키보드 입력, 터미널 통신 등.
| 구분 | 동기식 전송 (Synchronous) | 비동기식 전송 (Asynchronous) |
| 전송 단위 | 블록(프레임) 단위 | 문자(바이트) 단위 |
| 휴지시간 | 없음 | 문자 사이 불규칙적인 휴지시간 존재 |
| 오버헤드 | 없음 (시작/종료 비트 없음) | 시작 비트, 정지 비트, 패리티 비트 추가 |
| 전송 효율 | 높음 | 낮음 |
| 속도 | 고속 | 저속 |
| 거리 | 원거리 전송에 적합 | 단거리 전송에 적합 |
| 구현 복잡성 | 상대적으로 복잡 (버퍼 및 동기화 장치 필요) | 단순 |
| 사용 사례 | 고속 통신, WAN | 키보드 입력, 터미널 통신 |
전송 제어(Transmission Control) 절차
데이터가 정확하고 원활하게 흐를 수 있도록 입출력 제어, 회선 제어, 동기 제어, 오류 제어, 흐름 제어 등을 수행하는 절차입니다.
OSI 7계층 참조 모델의 **데이터 링크 계층(2계층)**에서 수행되는 기능입니다.
전송 제어에 사용되는 프로토콜을 전송 제어 프로토콜 또는 데이터 링크 제어 프로토콜이라고 합니다.
특징
효율적인 데이터 흐름을 보장.
오류 검출 및 복구를 통해 데이터 무결성 유지.
흐름 제어로 송수신 속도를 조절.
주요 프로토콜: HDLC, PPP, Ethernet 등.
전송 제어 절차의 5단계
| 연결 설정 단계 | 송신 측과 수신 측 간에 논리적 연결을 설정. |
| 데이터 전송 단계 | 연결된 경로를 통해 데이터를 프레임 단위로 전송. |
| 오류 제어 단계 | 데이터 전송 중 발생한 오류를 검출하고, 필요 시 수정하여 데이터의 무결성 유지. |
| 흐름 제어 단계 | 송신 속도를 수신 측의 처리 용량에 맞게 조절하여 오버플로우 방지. |
| 연결 해제 단계 | 데이터 전송이 완료된 후 논리적 연결을 종료하여 자원을 반환. |
연결 설정 단계 (Connection Establishment)
송신 측과 수신 측 간의 논리적 연결을 설정.
핸드셰이크:
양측 간에 데이터 송수신 준비를 확인.
예: SYN-ACK 핸드셰이크.
목적:
데이터 송수신 전 경로와 상태를 확인.
동기화 및 전송 준비.
데이터 전송 단계 (Data Transmission)
설정된 연결을 통해 데이터를 전송.
특징:
데이터는 프레임 단위로 전송.
송신 측과 수신 측 간의 동기화 유지.
흐름 제어:
데이터 송수신 속도를 조절하여 효율적인 전송 보장.
오류 제어:
오류 검출 및 재전송(예: ARQ).
오류 제어 단계 (Error Control)
데이터 전송 중 발생할 수 있는 오류를 검출 및 복구.
오류 검출:
CRC(Cyclic Redundancy Check), 패리티 검사.
오류 수정:
NAK(Negative Acknowledgment) 기반 재전송.
목적:
데이터의 정확성과 무결성 보장.
흐름 제어 단계 (Flow Control)
송신 측 데이터 전송 속도를 조절.
기법:
Stop-and-Wait: 하나의 프레임씩 전송 후 확인.
Sliding Window: 여러 프레임을 한꺼번에 전송 가능.
목적:
오버플로우 방지.
데이터 손실 최소화.
연결 해제 단계 (Connection Termination)
데이터 전송이 완료된 후 논리적 연결을 종료.
특징:
Graceful Termination: 정리된 종료.
Abrupt Termination: 비정상 종료.
목적:
자원 낭비 방지.
| 연결 설정 | 송수신 간 논리적 연결 설정 및 상태 동기화. |
| 데이터 전송 | 데이터 프레임 송수신, 흐름 제어 및 오류 제어 수행. |
| 오류 제어 | 전송 중 오류 검출 및 수정, 데이터 무결성 보장. |
| 흐름 제어 | 송신 속도를 조절하여 수신 측의 처리 용량 초과 방지. |
| 연결 해제 | 데이터 전송 완료 후 논리적 연결 해제, 자원 반환. |
HDLC(High-level Data Link Control)
비트(Bit) 위주의 프로토콜로, 각 프레임에 데이터 흐름을 제어하고 오류를 보정할 수 있는 비트열을 삽입하여 전송.
OSI 2계층의 데이터 링크 계층에서 사용
특징
다양한 네트워크 구성:
포인트 투 포인트(Point-to-Point), 멀티포인트(Multipoint), **루프 방식(Loop)**에서 사용 가능.
다양한 통신 방식 지원:
단방향(Simplex), 반이중(Half-Duplex), 전이중(Full-Duplex) 통신 지원.
동기식 전송 방식:
데이터를 블록(프레임) 단위로 전송하며, 효율성과 안정성 제공.
오류 제어:
Go-Back-N ARQ와 선택적 재전송(Selective Repeat ARQ) 사용.
흐름 제어:
슬라이딩 윈도우 방식 사용.
비트 투과성(Bit Transparency):
전송 제어상의 제한 없이 자유롭게 비트 정보를 전송 가능.
전송 효율과 신뢰성:
높은 데이터 전송 효율과 신뢰성 보장.
HDLC 프레임 구조
플래그(Flag)
프레임의 시작과 끝을 나타내는 고유한 비트패턴(01111110)
프레임의 시작과 끝을 구분, 동기 유지(통화로의 혼선을 방지하기 위해), 비트 투과성을 이용한 기본적인 오류 검출 등의 기능 수행
주소부(Address Field)
송수신국을 식별하기 위해 사용
모든 수신국에 전송되는 방송용은 '11111111'
임의로 지정된 수신국에만 전송되는 시험용은 '00000000'
제어부(Control Field)
프레임의 종류를 식별하기 위해 사용
정보프레임(Information Frame) : 사용자 데이터를 전달
감독 프레임(Supervisory Frame) : 오류 제어와 흐름 제어를 수행
비(무)번호 프레임(Unnumbered Frame) : 회선의 설정, 유지 및 종결을 담당
정보부(Infomation Field)
실제 정보 메시지가 들어있는 부분
FCS(프레임 검사 순서 필드) :
프레임 내용에 대한 오류 검출을 위해 사용되는 부분
일반적으로 CRC코드가 사용
| 플래그(Flag) | - 프레임의 시작과 끝을 나타내는 고유 비트 패턴 01111110. |
| - 동기 유지 및 프레임 경계 표시, 통신 혼선 방지. | |
| 주소부(Address Field) | - 송수신국 식별. |
| - 방송용: 11111111, 시험용: 00000000. | |
| 제어부(Control Field) | - 프레임의 종류 식별. |
| - 정보 프레임(I-Frame): 사용자 데이터 전달. | |
| - 감독 프레임(S-Frame): 오류 제어와 흐름 제어 수행. | |
| - 비번호 프레임(U-Frame): 회선 설정, 유지, 종결. | |
| 정보부(Information Field) | - 실제 정보 메시지가 들어 있는 부분. |
| FCS(프레임 검사 순서 필드) | - 오류 검출을 위한 필드, 일반적으로 CRC 코드 사용. |
HDLC의 데이터 전송모드 :
| 표준(정규) 응답 모드 (NRM) | - 주국(Primary Station)이 모든 제어를 담당하고 종국(Secondary Station)은 응답만 수행. |
| - 마스터-슬레이브 구조. | |
| 비동기 응답 모드 (ARM) | - 종국(Secondary Station)이 송신할 데이터를 보유한 경우 주국의 명령 없이도 응답 가능. |
| 비동기 균형(평형) 모드 (ABM) | - 모든 장치가 대등한 역할 수행. |
| - 양방향 통신 가능, 네트워크 효율이 가장 높음. |
HDLC의 주요기능
오류 제어:
Go-Back-N ARQ, Selective Repeat ARQ.
FCS를 통한 오류 검출 및 복구.
흐름 제어:
슬라이딩 윈도우를 사용해 데이터 흐름 조절.
데이터 투명성:
비트 정보 전송 시 전송 제어 제한 없음.
프레임 동기화:
플래그 필드를 사용해 프레임 경계 지정.
오류 발생 원인
전송 과정에서 오류가 발생하는 주요 원인 및 현상은 다음과 같습니다
감쇠: 신호가 약화되어 도달하지 못함.
지연왜곡: 신호의 주파수 성분별 전달 속도 차이로 왜곡 발생.
백색 잡음: 전자적 배경 소음으로 제거 불가.
상호 변조 잡음: 여러 신호 간 간섭으로 불필요한 주파수 생성.
누화 잡음: 인접 채널 또는 회선 간의 신호 혼선.
충격성 잡음: 순간적인 강한 방해 신호로 데이터 손상.
| 감쇠(Attenuation) | 신호가 전송 매체를 따라 이동하면서 에너지를 잃어 약화되는 현상. | - 전송 거리가 길어질수록 신호 감쇠 증가. - 예: 장거리 전화 신호 약화. |
| 지연왜곡(Delay Distortion) | 신호의 각 주파수 성분이 전송 매체를 통과하는 데 걸리는 시간이 달라 발생하는 왜곡. | - 고속 데이터 전송 시 문제 발생. - 예: 네트워크의 신호 왜곡. |
| 백색 잡음(Thermal Noise) | 전자기적 특성으로 인해 발생하는 백색 소음, 주파수 대역 전체에 걸쳐 균일하게 발생. | - 원천적으로 제거가 불가능. - 예: 무선 통신의 배경 소음. |
| 상호 변조(Intermodulation Noise) | 여러 주파수 신호가 결합되어 새로운 불필요한 주파수 성분을 생성하는 현상. | - 주파수 공유 환경에서 발생. - 예: 라디오 방송 간섭. |
| 누화 잡음(Crosstalk) | 인접한 회선이나 채널 간에 신호가 누출되어 혼선이 발생하는 현상. | - 전화 회선 간 잡음. - 예: 한 통화 내용이 다른 회선에서 들리는 경우. |
| 충격성 잡음(Impulse Noise) | 갑작스럽게 발생하는 고에너지 짧은 신호로 인해 데이터 오류를 유발하는 잡음. | - 번개, 스위치 동작, 전력선 간섭 등으로 발생. - 예: 전기 신호의 순간적 방해. |
자동 반복 요청(ARQ : Automatic Repeat ReQuest)
오류 발생 시 수신 측은 송신 측에 오류 발생 여부를 통보하며, 송신 측은 해당 오류가 발생한 데이터를 재전송하여 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 방식입니다.
유형
정지-대기(Stop-and-Wait ARQ):
가장 단순한 방식.
저속, 단거리 네트워크에 적합.
연속(Continuous ARQ):
슬라이딩 윈도우를 사용하여 다수의 블록을 전송.
고속 네트워크에서 효과적.
GO-Back-N ARQ와 선택적 재전송 ARQ로 세분화.
적응적(Adaptive ARQ):
채널 상태를 기반으로 데이터 블록 길이를 조정.
전송 효율은 높지만, 구현 복잡성과 비용으로 인해 현재는 잘 사용되지 않음.
| 정지-대기(Stop-and-Wait ARQ) | - 송신 측에서 한 번에 하나의 데이터 블록(프레임)을 전송하고, 수신 측의 응답(ACK/NACK)을 기다린 후 다음 블록을 전송. | - 구현이 단순. - 전송 효율이 낮음(대기 시간이 길어짐). |
| 연속(Continuous ARQ) | - 여러 데이터 블록을 연속적으로 전송하며, ACK/NACK에 따라 재전송 여부를 결정. | - 슬라이딩 윈도우 기법 사용. - 전송 효율이 높음. - 고속 네트워크에서 효과적. - GO-Back-N ARQ와 선택적 재전송(Selective Repeat ARQ로 구분됨. |
| 적응적(Adaptive ARQ) | - 채널 상태에 따라 데이터 블록 길이를 동적으로 조정하여 전송. | - 전송 효율이 가장 높음. - 구현이 복잡하며, 비용이 많이 들어 현재는 거의 사용되지 않음. |
연속ARQ 세부유형
| GO-Back-N ARQ(Go-Back-N Automatic Repeat reQuest) | - 오류가 발생한 블록 이후의 모든 블록을 재전송. | - 구현이 단순. - 데이터 손실 가능성이 낮음. - 대역폭 낭비 가능성 있음. |
| 선택적 재전송 ARQ(Selective Repeat ARQ) | - 오류가 발생한 특정 블록만 재전송. | - 효율적이며, 대역폭 낭비를 최소화. - 구현이 복잡함. |
오류 검출 방식
오류 검출은 송신 측에서 전송 데이터에 오류 검출 코드를 추가하여 전송하고, 수신 측에서 이를 확인해 오류를 검출하는 방식입니다.
주요 오류 검출 방식
| 패리티 검사(Parity Check) | - 데이터 블록에 1비트의 검사 비트(패리티 비트)를 추가하여 오류를 검출. - 가장 간단한 방식. |
- 2개의 비트에서 동시에 오류 발생 시 검출 불가. - 오류 검출만 가능, 수정은 불가. - **짝수(우수)**와 홀수(기수) 패리티 존재. |
| 해밍코드(Hamming Code) | - 수신 측에서 발생한 오류를 검출하고, 직접 수정하는 전진 오류 수정(FEC) 방식. - **자기 정정 부호(Self-Correcting Code)**로도 불림. |
- 1비트 오류만 수정 가능. - 잉여 비트가 추가로 필요. - 2n 번째 비트를 패리티 비트로 사용. |
| 순환 중복 검사(CRC: Cyclic Redundancy Check) | - 데이터 비트를 생성 다항식으로 나누고 나머지를 송신 데이터에 추가. - 수신 측에서 동일한 방식으로 검출. |
- 데이터 블록의 오류 검출률이 높음. - 오류 검출 전용 방식. - 하드웨어 구현에 적합. |
패리티 검사 (Parity Check)
동작 방식:
송신 측: 데이터 비트에 패리티 비트 추가.
수신 측: 수신 데이터의 비트 수를 합산해 짝수/홀수를 확인.
유형:
짝수 패리티(Even Parity): 데이터 비트의 1의 개수가 짝수가 되도록 설정.
홀수 패리티(Odd Parity): 데이터 비트의 1의 개수가 홀수가 되도록 설정.
단점:
비트 이상의 오류 발생 시 검출 불가.
데이터 수정 불가.
해밍코드 (Hamming Code)
동작 방식:
송신 측: 데이터에 패리티 비트를 추가(위치: 2n 번째 비트).
수신 측: 수신 데이터의 패리티 비트를 이용해 오류 비트 위치 계산.
오류 비트 수정 가능.
특징:
1비트 오류 수정, 2비트 오류 검출 가능.
정보 비트 외에 추가 잉여 비트 필요.
순환 중복 검사 (CRC: Cyclic Redundancy Check)
동작 방식:
송신 측: 데이터 비트를 생성 다항식으로 나누고, **나머지(R)**를 송신 데이터에 추가.
수신 측: 수신 데이터와 동일한 생성 다항식으로 나누어 나머지가 0인지 확인.
특징:
오류 검출률이 높음.
복잡한 데이터 구조에도 적합.
오류 검출 방식 비교
| 방식 | 검출능력 | 수정능력 | 추가특징 |
| 패리티 검사 | 1비트 오류 검출 가능 | 불가 | 단순하고 빠르지만, 다중 오류 검출 불가. |
| 해밍코드 | 2비트 오류 검출, 1비트 오류 수정 | 가능 | 잉여 비트 추가 필요, 자기 정정 기능 제공. |
| CRC | 다중 오류 검출 가능 | 불가 | 오류 검출률이 높고, 하드웨어 구현에 적합. |
출저및참고
정보처리 산업기사 시나공(기본서)
