정보처리기사 필기 무료강의 제5과목[DC-04강] 정보(데이터) 전송매체와 전송방식

[DC-04강] 정보(데이터) 전송매체와 전송방식

 

[DC-04강]정보(데이터)전송매체와전송방식.pdf

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학습내용
1. 다중화기와 정보(데이터) 전송 기술 
학습목표
1. 다중화기에 대한 개념과 종류를 이해할 수 있다. 2. 정보(데이터)전송 기술에 대해 이해 할 수 있다. 학습내용
1. 정보(데이터) 통신 시스템 구조도

 

2. 데이터 전송 매체
(1) 유선 매체
1) 꼬임선(이중나선, Twisted Pair Wire) 

① 전기적 간섭현상을 줄이기 위해서 균일하게 서로 감겨있는 형태의 케이블 
② 하나의 케이블에 여러 쌍의 꼬임선들을 절연체로 피복하여 구성
③ 가격이 저렴하고, 설치가 간편한 이점을 가짐
④ 고속 전송이 어려움
⑤ 다른 전기적 신호의 간섭이나 잡음에 영향을 받기 쉬움
⑥ PC용 LAN에서 주로 사용 
2) 동축 케이블(Coaxial Cable)

① 내부의 단일 전선과 이를 감싸고 있는 원통형의 외부 도체로 구성
② 폭넓은 주파수 범위를 허용
③ 아날로그와 디지털 신호 전송에 모두 사용
④ 신호의 감쇠 현상을 막기 위해 일정한 간격마다 중계기를 설치해야 함
⑤ CATV 분배 망 등에 사용되며 데이터 전송률이 500Mbps 정도까지 가능한 전송 매체 
3) 광섬유 케이블(Optical Fiber Cable) 

① 유리를 원료로 하여 제작된 광섬유를 여러 가닥 묶어 케이블의 형태로 만든 것
② 신호의 보안성이 좋을 뿐 아니라 대역폭이 가장 커서 다양한 서비스가 가능한 전송 매체
③ 안정된 통신 및 누화방지
④ 전기적 잡음 영향을 받지 않기 때문에 전송 손실이 극히 적고(낮은 감쇠율) 신뢰성 우수

 

⑤ 광을 이용하여 전송하기 때문에 보안성이 뛰어남
⑥ 동축케이블에 비해 무게와 크기에서 이점을 가짐(경량성)
⑦ 설치, 보수용이 및 비용 절감 
⑧ 전기적 무유도성 및 초 광대역성
⑨ 내구성이 강하고 장거리 전송이 가능
⑩ 기계식 접속자를 이용한 접속이 가능
⑪ 설치비용이 비싸지만 고속 ․ 대용량 ․ 고품질의 전송이 가능하여 단위 비용은 저렴함
 ⑫ 리피터(repeater)의 스페이싱(spacing)거리가 커서 그 소요가 적음
⑬ 동선류의 전송매체에 비해 멀티드롭 접속이 어려움
⑭ 전송 모드는 빛의 전파 형태에 따라 단일모드와 다중모드 광섬유로 분류되고, 코어의 
 굴절률 분포에 따라 계단형(Step Index)과 언덕형(Gradient Index) 광섬유로 분류 
⑮ LAN의 전송 매체 중 가장 우수하고 성형, 링형의 형태에도 사용 가능
(2) 무선 매체
1) 라디오파 : 통신 장비의 빈번한 이동이나 통신 회선을 이용하기 어려운 지역 간의 통신에 이용
 하도록 무선 주파수를 사용하는 방식 
2) 지상 마이크로파 : 3 ~ 40GHz의 주파수 대역을 사용하고, 라디오파와 같이 장거리 전송에 유리
3. 데이터 전송방식
(1) 아날로그 및 디지털 전송
1) 아날로그 전송
① 아날로그 신호 형태로 전송되는 방식
② 신호 감쇠 현상이 심하고 에러가 발생할 가능성이 높음
2) 디지털 전송 
① 디지털 신호 형태로 전송되는 방식
② 디지털 신호 변환에 의해 아날로그나 디지털 정보의 암호화가 쉽게 구현 가능
③ 전송 용량을 다중화 함으로써 효율성이 높음
④ 디지털 전송의 각 재생기는 잡음이 없는 새로운 펄스를 재생할 수 있어, 원래의 신호와
 동일한 신호의 전달이 가능
⑤ 장거리 전송 시 데이터의 감쇠 및 왜곡 현상을 방지하기 위해서 리피터(Repeater)를 사용
⑥ 적당하게 재생기(리피터)만 설치되면 장거리 전송이 용이
⑦ 패킷전송방식이 주로 이용
⑧ 국과 국간의 전송로는 디지털 방식으로 구성
⑨ LSI, VLSI로 이어지는 기술의 진보로 더욱 발전
⑩ 디지털 기술의 발전으로 전송 장비의 소형화가 가능하며, 가격도 저렴화 되고 있음
⑪ 전송매체는 M/W(Micro Wave), 광케이블, UTP 케이블 등이 있음
⑫ 신호변환기로 DSU 혹은 코덱을 사용함
(2) 직렬 및 병렬 전송
1) 직렬 전송
① 정보를 구성하는 각 비트들이 하나의 전송 매체를 통하여 한 비트씩 순서적으로 전송되는 형태
② 전송 속도가 느리지만 전송매체의 구성비용이 적게 듦
2) 병렬 전송
① 정보를 구성하는 각 비트들이 여러 전송 매체를 통하여 동시에 전송되는 형태

② 컴퓨터와 주변기기 사이의 데이터 전송을 위해 주로 이용되는 전송방식 
③ 전송 속도는 빠르지만 전송매체의 구성비용이 많이 듦
(3) 통신방식에 따른 종류 
1) 단방향(Simplex) 통신 
① 한쪽 방향으로만 전송이 가능한 방식
② 현재의 라디오나 공중파 TV방송에 적용되는 통신 방식 
2) 반이중(Half-Duplex) 통신 
① 2선식 선로를 송신과 수신을 교대로 바꿔가며 전송 하는 방식
② 데이터를 양쪽방향으로 모두 전송할 수 있으나 동시에 양쪽방향에서 전송할 수 없는 통신방식
③ 한 통신로를 이용하여 송신과 수신 중 한 가지 기능만으로 사용하되, 송 ․ 수신 기능을 
 번갈아 사용함으로써 상호정보를 교환하는 방법
④ 예 : ON-OFF 무전기 
3) 전이중(Full-Duplex) 통신 
① 송수신 쌍방향으로 동시에 통신이 가능한 전송방식 
② 전송량이 많고 통신 회선의 용량이 클 때 사용 
(4) 동기식 전송과 비동기식 전송
1) 동기식 전송 
① 문자 또는 비트들의 데이터 블록(프레임)을 송 ․ 수신 하는 방식으로 동기를 유지하기 
 위해 동기 문자를 계속적으로 전송함
② 비트 동기 방식과 블록 동기 방식이 있으며 블록 동기 방식은 프레임 형식에 따라 다시 
 문자 위주 동기 방식, 비트 위주 동기 방식으로 나뉨
③ 문자 위주 동기 방식은 실제 데이터 전송 중 제어가 가능한 특정문자를 삽입하여 문자열 동기화
④ 비트 위주 동기 방식은 제어신호 비트에 의한 동기방식으로 시작과 끝부분에 플래그(flag)
 신호를 삽입하여 동기화
⑤ 제어정보의 앞부분을 프리앰블, 뒷부분을 포스트앰블이라 함
⑥ 타이밍 신호는 모뎀, 터미널 등에 의해 공급됨
⑦ 전송 효율과 전송 속도가 좋고 주로 원거리 전송에 사용
⑧ 블록과 블록 사이에 휴지 기간(Idle Time)이 없음
⑨ 단말기는 반드시 버퍼기억장치를 내장하여야 함
⑩ BSC(문자 위주 동기 방식), HDLC ․ SDLC(비트 위주 동기방식)등의 프로토콜에서 이용
2) 동기식 전송의 일반적인 형식 
① 문자 위주 동기 방식의 일반적인 프레임 형식

② 비트 위주 동기 방식의 일반적인 프레임 형식

※ 프레임(Frame) : 전송할 자료를 일정한 크기로 분리한 것으로 동기식 전송의 전송단위이며, 
 동기 문자와 제어정보, 데이터 블록 등으로 구성 되는 형식을 말함 
① 프레임 동기(Framing) : 데이터를 송신할 때 데이터 블록 구간을 플래그 순서로 식별하고 
 그림과 같은 형태로 플래그가 구성 

② 프레임 동기의 목적 : 각 통화로의 혼선 방지
3) 비동기식 전송

① Byte와 Byte를 구분하기 위하여 스타트(START)와 스톱(STOP) 비트를 붙여 전송하는 방식 
② Stop 비트는 1비트 또는 1과 1/2비트 또는 2비트가 사용됨 
③ 한 번에 문자 한 개씩 전송
④ 비트 열이 전송되지 않을 때는 휴지 상태가 되기 때문에 휴지 기간(Idle Time)이 불규칙함
⑤ 실제 전송 시 잉여 bit의 상승률이 커짐
⑥ 저속 전송에 적합

 

4. 신호 변환
(1) 개요
1) 데이터의 형태에는 아날로그 데이터와 디지털 데이터가 있음
2) 신호의 형태에도 아날로그 신호와 디지털 신호가 있음

 

3) 따라서, 신호 변환 시 모두 4가지 유형이 나타날 수 있음 
① 아날로그 데이터 ⇨아날로그 신호
② 아날로그 데이터 ⇨디지털 신호
③ 디지털 데이터 ⇨아날로그 신호
④ 디지털 데이터 ⇨디지털 신호
※ 변조(Modulation) : 입력 신호파 fs와 fc의 주파수를 가진 반송파를 결합시켜 
 fc±fs 의 대역폭을 갖는 신호 fo(t)를 생성하는 과정 
(2) 베이스 밴드 전송 방식 
1) 원래의 신호(펄스 파형, 디지털 데이터)를 다른 주파수대역으로 변조하지 않고 전송하는 방식 
2) 정보를 0과 1로 표시하고, 이것을 직류의 전기 신호로 전송 
3) 단거리 전송에 적합
4) 베이스 밴드 전송 방식의 유형
① 단류 NRZ(Non Return to Zero)
 신호 1에 대해 양(+)의 전압을 주고, 0이면 전압을 주지 않음

② 복류 NRZ : 0은 음(-), 1은 양(+)의 전압을 표현

③ 단류 RZ(Return to Zero)
 신호 1에 대해 양(+)의 전압을, 신호 0이면 전압을 주지 않고 신호 간에는 반드시 전압이 0

④ 복류 RZ : 신호 1에 대해 양(+)의 전압을, 신호 0에 대해 음(-)의 전압을 주어 신호 간에는 
 반드시 전압이 0의 상태를 취하는 방식

⑤ Bipolar(바이폴라, 양극성) 방식 : 신호 0에 대해서는 0V를 유지하고, 1일 때는 양(+), 음(-)을 교대로 표현 

⑥맨체스터(Manchester) 
 • 신호 0에 대해서는 음(-)에서 양(+)으로, 1일 때는 양(+)에서 음(-)으로 상태가 변화는 방식
 • IEEE 802.3의 CSMA/CD LAN에서의 전송부호로 사용됨
 • 신호 준위 천이가 매 비트 구간의 가운데서 비트 1에 대해서는 고 준위에서 저 준위로 천 이하이며
 비트 0은 저 준위에서 고 준위로 천이함

⑦ CMI(Code Mark Inversion)

(3) 아날로그 데이터를 아날로그 신호로 변환(아날로그 변조) 
1) 진폭 변조(AM, Amplitude Modulation) 
 - 변조 파형에 따라 진폭을 변조하는 방식
2) 주파수 변조(FM, Frequency Modulation)
 - 변조 파형에 따라 주파수를 변조하는 방식
3) 위상 변조(PM, Phase Modulation)
 - 변조 파형에 따라 위상을 변조하는 방식
(4) 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변환 
1) 펄스 변조 : 펄스파의 진폭, 위상 등을 변화시키는 변조 방식으로 아래와 같이 분류됨 
① 연속 레벨(아날로그) 변조 전송 방식
•AM (펄스 진폭 변조, Pulse Amplitude Modulation) •WM (펄스 폭 변조, Pulse Width Modulation) •PM (펄스 위치 변조, Pulse Position Modulation)
② 불연속 레벨(디지털) 변조 전송 방식
•NM (펄스 수 변조, Pulse Number Modulation) •CM (펄스 코드 변조, Pulse Code Modulation)
2) 펄스 코드 변조(PCM, Pulse Code Modulation)
 - 화상, 음성, 동영상 비디오, 가상현실 등과 같이 연속적인 시간과 진폭을 가진 아날로그 
 데이터를 디지털 신호로 변환하는 것
3) 펄스 코드 변조 순서 : 표본화(Sampling) ⇨양자화(Quantizing) ⇨부호화(Encoding)
① 표본화(Sampling) : 연속적인 신호 파형을 일정 시간 간격으로 검출하는 단계

• 샤논의 표본화 이론
 - 어떤 신호 f(t)를, f(t)가 가지는 최고 주파수의 2배 이상으로 채집하면, 
 채집된 신호는 원래의 신호가 가지는 모든 정보를 포함한다는 이론 • 표본화 횟수 : 2 × 최고 주파수 • 표본화 간격 : 1 / 표본화 횟수 

② 양자화(Quantizing) : 표본화에 의해 얻어진 신호를 평준화 시키는 단계 

• 양자화 레벨 : PAM 신호(표본화에 의해 검출된 신호)를 부호화할 때 2진수로 표현할 수 있는 레벨
 • 양자화 레벨 = 2표본당전송비트 
③ 부호화(Encoding) : 펄스 진폭의 크기를 디지털량으로 변환하는 것 
④ 디지털 신호를 부호화하는 이유 
 •신호의 동기화
 •신호의 에러 검출
 •신호의 잡음 영향 감소
⑤ 복호화(Decoding) : PCM 신호를 PAM 신호로 되돌리는 것 
※ DM(델타 변조, Delta Modulation)
 - 펄스 코드 변조의 하나로 입력 신호를 표본화하여 바로 앞의 표본치와 진폭을 비교했을 때 
 입력 신호가 크면 1을 출력하고 입력 신호가 작으면 0을 출력하여 1비트의 디지털 부호화 
 신호를 생성하는 변조 방식
(5) 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환(브로드밴드(Broadband) 변조 방식) 
1) 진폭 편이 변조(ASK, Amplitude Shift Keying)
 - 2진수 0과 1을 각각 서로 다른 진폭의 신호로 변조하는 방식 

2) 주파수 편이 변조(FSK, Frequency Shift Keying)
 - 2진수 0과 1을 각각 서로 다른 주파수로 변조하는 방식 

 

3) 위상 편이 변조(PSK, Phase Shift Keying) 

① 일정 진폭 및 위상을 상호 변환하여 신호를 싣는 변조 방식 
② 비트 전송률을 높이기 위해 각각의 벡터를 위상 변화뿐만 아니라 진폭 변화도 시키는 방식 
③ 반송파의 위상과 진폭을 상호 변환하여 신호를 전송함으로써 4개의 위상과 2개의 진폭으로
 한번에 3비트가 전송 가능한 방식
④ 고속데이터 전송에 이용되며, 주로 9600[bps]의 속도에서 운용되는 변조방식 
※ 진폭 위상 편이 변조 방식의 위상 진폭에 따른 전송 비트 수 구하는 방법
 - 예를 들어 4위상이라면 22 = 4(위상)이므로 2bit이고, 2진폭은 21 = 2(진폭)이므로 1bit 임. 
 따라서 한 번에 전송할 수 있는 비트 수는 3bit(2bit+1bit)임
(6) 디지털 데이터를 디지털 신호로 변환 
1) 디지털 데이터를 디지털 회선을 통해 전송하기 위해 디지털 형태로 변환하는 것
2) DSU를 이용
※ 변․복조의 개념
① 변조 : 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 과정
② 복조
• 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정
• 피변조파 즉 변조된 파형으로부터 원래의 신호파를 만드는 것

요점정리
1. 다중화기에 대한 개념과 종류에 대해 정리합니다. 2. 정보(데이터) 전송 기술에 대해 정리합니다. 다음차시예고
수고하셨습니다. 다음 5주차에서는 “전송 제어 방식”에 대해서 학습하도록 하겠습니다.