제 3 장 데이터 통신 시스템

3.1 개요

데이터 통신시스템은 데이터전송과 데이터처리를 가변적으로 결합하여 어떤 데이터의 통신이건, 이를 전송하고 처리하기 위한 기능을 수행하는 시스템이다. 본 장에서는 이러한 데이터 통신시스템을 구성하고 있는 구성요소들을 다룬다. 즉, 통신시스템이라고 하면 보통 정의된 바와 같이 크게 정보의 이동을 위한 "데이터 전송계"와 정보의 가공, 처리 및 보관 등을 담당하는 "데이터 처리계"로 나눌 수 있다. 여기서는 이들 각각의 구성요소의 역할 및 기능과 각 물리적 장치를 이용하기 위한 동신 소프트웨어에 대해서 알아본다.

* 데이터 통신시스템은 원거리에서 발생하는 정보를 접속된 컴퓨터로 이동(데이터 전송계)시키고 이를 처리하는 (데이터 처리계)시스템이다.

* 이를 위해서 통신시스템은 [그림 3.1]과 같은 기본 장치요소들로 구성된다.

* [그림 3.1]에서 주목할 것은 이 통신시스템 구성은 컴퓨터와 컴퓨터간 통신이 아니라, 단말장치와 컴퓨터의 온라인 통신을 기본으로 하는 시스템 구성이라는 것이다.

* [그림 3.2]는 통신시스템의 구성요소들에 대해서 요소별로 분류한 것이다.

3.2 데이터 통신 시스템 구성요소

3.2.1 단말장치(terminal)

* 데이터 통신 시스템에서 최종적으로 데이터를 송신하거나, 수신하는 기능의 장 치 이다.

* 입출력 기능, 전송 제어 기능, 기억 기능 등으로 구성된다.

* 입출력 기능은 외부로부터 데이터를 받아들이고, 역으로 데이터 통신 시스템에서 처리한 결과를 외부에 출력하는 기능이다.

* 전송 제어 기능은 장치간의 정확한 데이터의 송수신을 행하기 위한 전송제어 절차를 수행하는 기능으로, 송수신 제어 기능과 오류 제어 기능을 수행한다.

* 기억기능은 송수신 정보의 일시적 저장 또는 정보의 국부 처리 기능이다.

3.2.2 데이터 전송회선

* 단말 장치로부터 통신 제어장치까지의 데이터 전송로로서, 신호변환장치와 통신회선으로 구성된다.

* 신호 변환 장치

# 아날로그회선 사용할 때에는 변복조기(모뎀)가 이에 해당된다.

# 디지털회선 사용할 때에는 디지털 서비스장치(DSU : Digital service Unit) 가 이에 해당된다.

* 통신 회선

# 단말장치와 컴퓨터를 연결하는 물리적 통신 전송 매체이다.(3.4절 참조)

3.2.3 통신 제어 장치(CCU:Communication Control Unit)

* 컴퓨터와 통신 회선 사이에 위치하여, 공통의 통신회선에 대한 관리기능을 수 행 한다.

* 단말장치와의 통신에서 컴퓨터 측의 통신용 제어 기능을 담당한다.

* 단말장치와의 통신을 위한 제어기능을 컴퓨터와 분담한다.

* 고도의 통신제어기능을 갖는 통신장치를 "통신제어 처리장치(CCP:Communica- tion Control

Pocessor)"라고 한다.

* 기능

# 데이터 전송회선과의 전기적 인터페이스(interface)

# 문자의 조립 및 분해

# 버퍼링(bufferring)

# 오류 검출, 오류 제어용 확장 비트의 부가

# 전송 제어

# 회선의 감시, 접속 제어

* 이러한 기능의 예로는 제 Ⅱ부에서 기술하는 컴퓨터 통신의 규약(Protocol)에서 표준화된 OSI의 제 2 계층(데이터링크 계층)의 BASIC 제어절차, 또는 HDLC(High Level Data Link Control)전송제어 절차의 기능에도 포함된다.

* 구성

# 회선 접속부(인터페이스부)는 신호의 형식을 맞추어 접속조건을 갖추고 수 신 데이터의 비트들에 대해서 샘플링을 수행한다.

# 회선 제어 부는 수신된 비트들을 문자로 조립하고 오류를 검사하며, 메시지를 조립하여 컴퓨터로 전송한다.

3.3 통신 소프트웨어

이제 까지 통신시스템에 대한 물리적 장치를 알아보았다. 그러나, 일반적으로 데이터 통신시스템의 하드웨어만으로는 사용자의 다양한 통신 요구사항을 만족 시킬 수 없을 뿐만 아니라, 융통성 있는 시스템을 구성하기 어렵다. 그러므로, 이러한 하드웨어를 이용하여 시스템 사용자들의 다양한 통신 응용들을 달성할 수 있도록 하기 위해서 하드웨어 구성요소와 사용자의 통신 응용을 연결해 주는 통신 소프트웨어가 존재한다.

3.3.1 기능

* 장치간에 내장된 소프트웨어들 간의 약속된 데이터 전송(프로토콜)을 위한 데이터 송수신기능을 수행한다.

* 통신 소프트웨어에서 통신 H/W(통신제어장치와 단말의 전송제어부)와의 제어 신호 및 데이터를 송수신 하는 구동기(Driver)로서의 기능을 수행하는 통신 하드웨어의 제어기능을 담당한다.

* 이용자(또는 통신용 응용프로그램)와의 연결(interface)제어기능을 수행한다.

3.3.2 프로토콜(Protocol)

* 데이터통신 시스템간의 상호통신 약속(또는 통신 규약)이다.

* 즉, 어떤 시스템이 다른 시스템과 통신을 원할하게 수행할 수 있도록 해주는 통신 규약이다.

* 통신망에서 사용되는 프로토콜에 대해서는 제8장에서 상세히 다룬다.

* 일반적으로, 우리가 가장 많이 사용하고 있는 전화를 사용하는 절차 등과 같은, 가장 간단한 프로토콜(통신규약)의 예를 생각해 보자(NOTE 참조).

여러분이 전화할 때를 생각해 보자. 송신자는 먼저 수화기를 들고, 상대방의 전화번호를 돌린다. 그리고 상대방이 수화기를 들 때까지 기다린다. 상대방이 수화기를 들면 정보를 주고받고 난 후, 용건이 끝나면 수화기를 내려놓는다. 이러한 절차가 전화시스템과 사용자와의 통신규약인 프로토콜이다. 그러나, 만일 이러한 통신 규약을 지키지 않고, 예를 들어, 수화기를 들기도 전에 전화번호를 누른다고 생각해 보자. 생각하나 마나 전화를 할 수 없다는 것을 분명히 알 것이다. 그러므로, 통신약속을 지키지 않고는 어떠한 통신도 할 수 없는 것이다. 이것은 데이터통신시 시스템에서도 마찬가지이다. 통신분야에서, 이렇게 송수신자간에 정상적인 통신을 위해서 지켜야할 일종의 통신약속을 소위 "통신 프로토콜"이라고 한다.

3.4 전송매체

데이터 통신시스템에서 가장 기본적 것은 통신시스템들 간의 물리적 전송로를 연결하는 것이다. 이러한 물리적 전송로를 전송매체(Transmission Medium)이라고 한다. 여기서는 이러한 전송매체의 종류와 각각의 특성에 대해서 다룬다.

* 전송매체는 일반적으로 유도(guided)와 비유도(Unguided)전송매체로 나눌 수 있다. 이들 모두는 반송파(carrier)로서 전자파의 형태로 통신한다.

* 유도 전송매체는 물리적 통로에 따라 유도되는 것으로 꼬임선(twisted-pair), 동축 케이블 또는 광섬유 케이블 등의 유선 통신로를 의미한다.

* 비유도 전송매체는 유도되지 않는 전자파를 송신하는 방법을 제공하는 것으로 물리적으로 제한되지 않는 공기, 진공 및 해수 등이다.

3.4.1 꼬임선(Twisted-pair)

* 절연된 두 가닥의 구리선이 상호 전기적 간섭현상을 줄이기 위해서 균일하게 서 로 감겨있는 형태의 케이블로서, 하나의 케이블에 여러 쌍의 꼬임선들을 절연 제로 피복하여 구성한다.

* 하나의 쌍이 하나의 통신경로 역할을 한다.

* 용도

# 디지털과 아날로그 전송에 가장 많이 사용된다.

# 전화시스템의 근간을 형성하고 있을 뿐만 아니라, 근거리 데이터 통신수단 (LAN)에서도 많이 사용된다(UTP케이블).

* 특성

# 다른 전송매체에 비해서 거리, 대역폭 및 데이터 전송율 면에서 다소 제한적이다.

# 그러나, 가격이 저렴하고, 설치가 간편한 이점을 가지고 있다.

* 종류

(a) 피복 없는 꼬임선(UTP : Unshiedlded Twist-pair)

# 동일한 하나의 외부피복에 4쌍의 케이블을 엮어 놓은 것이다.[그림 3.3]

# 일명 UTP 케이블이라고 한다.

# 전화선이나 이더넷(Ethernet)형 근거리통신망(LAN)용 케이블로 이용된다.

# 장치들간의 연결은 얇은 프라스틱 잭인 RJ-11(전화선 용)또는 RJ-45커넥터를 이용한다.

(b) 피복된 꼬임선(Shiedlded Twist-Pair)

# 하나의 외부피복내에 외부 전류로부터 고도의 보호를 위해서 각 쌍들마다 은박지로 싼 형태이다.

# 일반적으로 토큰링(Token-ring)형의 LAN에서 사용된다.

# 장치들간의 연결은 IBM 데이터커넥터를 사용한다.

# LAN의 각 형태는 제 13 장에서 다룬다.

3.4.2 동축케이블(Coaxial cable)

* 동일한 중앙의 동축심을 외부의 전류로부터 보호하기 위해서 플라스틱 절연체를 씌우고 그 위에 그물모양의 구리망을 두른다[그림 3.4].

* 일반적으로 이더넷형태의 LAN의 연결 표준, 장거리 전화망, 케이블 TV들에 사용된다.

* 이를 장치들 간에 연결하기 위해서 BNC커넥터나 또는 T자형 커넥터(일명 T- 커넥터)를 이용한다.

* 특성

# 아날로그와 디지털 모두의 신호전송에 사용된다.

# 더 넓은 범위의 주파수 대역폭을 제공한다.

# 그러므로, 많은 데이터 전송이 가능하다.

# 신호의 감쇠나 전송지연의 변화가 상대적으로 적다.

3.4.3 광섬유(Optical Fiber)케이블

* 여러 겹의 유리(2 - 125마이크로미터 두께)와 플라스틱으로 구성된 빛의 펄스 형태로 데이터를 전송하는 케이블이다[그림 3.5].

* 원통형이고 코어(core), 클래딩(Cladding), 자켓 등으로 구성된다.

* 클래딩은 유리섬유의 주위를 강력한 힘에 견디게 하기 위한 케블라(Kevlar) 섬유이다.

* 주성분이 유리 섬유의 빛 펄스이므로 외부전류에 의해 방해받지 않는다.

* 사용된 유리의 순도가 높을 수로 데이터의 손상이 적으나, 가격이 비싸다.

* 광케이블의 연결은 ST광섬유 커넥터를 이용한다.

* 특성

# 넓은 대역폭 : 2Gbps 전송율로 수십 Km의 거리 전송이 가능하다.

# 작은 크기와 적은 무게

# 보다 적은 감쇠도 : 다른 전송 매체에 비해 현저히 낮은 감쇠도를 가진다.

# 전자기적 격리 : 외부적 전자기장에 영향을 받지 않으며, 도청되기 어렵다.

# 보다 넓은 리피터(Repeater)설치 간격: 중계기의 설치 간격이 111Km거리에 서 5Gbps 전송율을 보장한다.(독일표준)

* [그림 3.5]는 공통신에 사용되는 광케이블의 구성을 보인 것이다.

* [표 3.1]은 유선 전송매체들의 특성들을 보여 준다.

[표 3.1] 유선 전송매체들의 특성

전송매체	총 데이터 전송율	대역폭	리피터 설치간격
트위스트-페어	1 Mbps	250 KHz	2 - 10 Km
동축 케이블	500 Mbps	350 KHz	1 - 10 Km
광 케이블	2 Gbps	2 GHz	10 - 100 Km

3.4.4 지상 마이크로파(terrestrial microwave)

* 1 Gbps에서 십수Gbps 전송율의 전자기파이다.

* (백열등과 같이)사방으로 균일하게 퍼질 수도 있고, (조명등과 같이) 방향성을 가질 수도 있는 직진성 무선전송이다.

* 용도

# 장거리 통신서비스용으로 사용된다.

# 텔레비젼 또는 음성전송(장거리 전화)에 사용된다.

3.4.5 위성 마이크로파(satellite microwave)

* 35,860 Km 상공의 정지 궤도에서 시간당 10,000Km의 속도로 지구 궤도를 돌 고 있는 위성체를 이용하여 지상의 지구국들과 교신하는 위성 무선통신이다.

* 지구의 자전속도로 하루 23시간 56분의 주기로 서쪽으로 운행하기 때문에 지구 의 현위치 상공에서 고정되어 있는 것처럼 보인다. 그러므로, 지구국의 안테나는 한 위치에 고정되어 있다.

* 최상의 주파수 범위는 1 -10 Gbps이다.

* 1 Gbps이하에서는 자연 즉, 우주, 태양 또는 대개에 의해서 심각한 잡음이 발생할 수 있으며, 10 Gbps이상에서는 대기의 흡수와 강우에 의한 감쇠가 심각해진다.

* 통신 위성의 특징

# 수천 개의 음성급 통신채널을 하나의 위성국에서 처리할 수 있는 큰 통신용 량을 제공한다.

# 넓은 지리적 지역에 대한 방송기능을 제공할 수 있다.

# 전송비용은 지구상의 거리에 무관하다. 즉, 통신거리가 100Km이든, 1000Km 이든 차이가 없다.

# 송수신시 30,000Km상공의 위성체를 통해서 통신하므로 최소한 240 ms의 통신지연을 가지며, 중간에 다른 장비를 거치면 더욱 늦어지는 심각한 전파 지연이 존재한다.

# 위성안테나 아래의 모든 지구국에서 방송을 받을 수 있으므로 심각한 보안 문제(security)가 존재한다.

* 위성의 발전

# 1957년 10월 4일 Sputnik I 로켓을 발사(소련:통신위성은 아님)

# 1958년 1월 1일 탐사선 Explorer I을 발사(미국)

# 1959년 12월 18일 미국에서 최초의 순수 통신위성 SCORE를 발사.

# 1965년 4월 6일, 세계 최초의 상업위성 Early Bird를 발사.

# 1974년 첫 번째 미국 국내 위성 WESTAR 발사.

# 1976년 해상선박을 위한 최초의 통신 위성시스템 COMSAT발사

# 이외에도 현재까지 우주에 무수히 많은 위성들이 발사되고 있다.

# 1994년 한국의 우리별 I호 발사

# 1995년과 1996년 한국의 상용 통신위성 무궁화호 발사

# [그림 3.7]은 점대점과 방송 링크 형식의 위성통신의 구성을 보인 것이다.