제 4 장 데이터 전송 기술

4.1 병렬 및 직렬 전송

데이터통신시스템의 각 장치들은 전송매체를 통해서 기본적으로 전송할 데이터를 한 번에 한 비트씩 전송하는 직력 전송(Serial Transmission)과 여러 비트들을 동시에 전송하는 병렬 전송(parallel Tprnsmission)을 사용할 수 있다.

4.1.1 병렬 전송

* 복수의 비트를 합쳐 블릭 버퍼를 이용하여 한 번에 전송하는 방식이다.

* 이것은 송수신 문자들 간의 간격을 식별하는 스트로브(Strobe)신호를 사용하여 문자들을 식별한다.

* 수신측이 현재 데이터를 수신 중에 있다는 것을 송신측에 알리기 위해서 비지 (busy)신호를 사용하며, 이것은 송신측이 다음문자의 송신시기를 알 수 있도록 하는 것이다.

* 예를 들어, 이것은 컴퓨터와 주변기기 사이(컴퓨터와 프린터 연결)의 데이터 전 송에 이용된다.

* 거리가 멀면 전송비용이 커지므로 단말장치의 연결에서는 거의 사용하지 않는 다.

* [그림 4.1]은 병렬 전송방식을 보인 것이다.

4.1.2 직렬 전송

* 한 비트씩 순서대로 데이터를 전송하는 방식이다.

* 단말장치 또는 컴퓨터는 복수의 비트들로 처리하는 것이 일번적이므로 송신  의 병렬신호를 직력신호로 변환하여 전송로에 전송하고, 수신측에서는 직렬신 호를 병렬신호로 다시 변환해야 한다.

* 이때 변환은 쉬프트 레지스터(Shift Register)를 이용한다.[그림 4.2]

* 문자와 문자의 간격, 그리고 비트와 비트의 간격을 식별하기 위한 방식이 필요 하다. 이를 위해서 다음 절의 동기 전송방식이 요구된다.

4.2 동기 방식

데이터를 교환하기 위해서 전송매체로 연결되는 두 장치 사이에는 많은 협력이 요구된다. 전형적으로 데이터는 전송매체의 관점에서 보면 한 번에 한 비트씩 전송된다. 이때 송신측과 수신측의 비트들에 대한 타이밍(전송율, 전송 시간, 또는 간격 등)이 정확히 맞아야 한다. 이를 위한 전송방식을 송수신에 대한 동기방식 이라고 한다.

* 동기는 데이터 통신에서 매우 중요한 문제이다.

* 데이터를 정확하게 송수신하기 위해서는 송신측에서 송신한 비트열을 수신측에 서 정확히 복원할 필요가 있다. 이를 위해서는 수신측에서 수신신호의 타임슬 롯(time slot: 1비트 시간)의 간격을 어떻게 식별하는가 하는 문제가 발생한다. 이를 동기 문제라고 한다.

* 즉, 동기는 통신당사자(장치)간에 송수신 식별 방식으로, 양단간의 타임슬롯의 속도가 다를 경우 이들이 신호를 주고 받는데 발생할 수 있는 표본화 (Sampling)의 타이밍 일치성을 보장하는 것이다.

* 동기화 방식에는 비동기방식과 동기방식 등이 있다.

4.2.1 비동기방식

* 기본적인 개념을 길지 않은 비트열을 전송하도록 하여 타이밍 문제를 피하도록 하는 것이다. 즉, 데이터는 한 번에 짧은 비트열을 전송하고 동기화는 각 전송 비트열의 내무에서만 유지하도록 한다. 이 때 각 문자열 내부의 타이밍은 송수 신기의 내부적인 타이밍슬롯을 이용한다.

* 이를 위해서 일정한 길이의 데이터(예를 들어, 8비트의 한 문자)전후에 스타트 비트(ST: Start Bit)와 스톱 비트(SP: Stop bit)를 첨가하여 전송한다.

* 어떤 비트열도 전송되지 않을때는 송수신기의 회선은 휴지상태(idle: 항상 1의 상태)가 된다.

* 전송할 내용이 있을 경우에는 스타트비트(0상태)를 전송하여 회선을 1에서 0상 태로 변화하게 한다. 수신측에서는 타임슬롯의 1/2 시간동안 0상태를 유지함을 감지하여 데이터의 수신을 준비한다(즉, 이때 부터 한 문자가 전송될 것임을 알고 샘플링(Sampling)을 시작한다).

* 이 때 타임슬롯이 다소 어긋날 수 도 있으나 전송속도가 빠르지 않고 샘플링 대상의 데이터가 그다지 많지 않을 경우는 타임슬롯의 중간에서 샘플링이 가능 하다.

* 송신측의 송신클럭에 관계없이 수신신호 클럭으로 타임슬롯의 간격으로 비트를 식별한다.

* 결정된 수만큼(예,8비트)의 샘플링이 완료되면 최후의 스톱비트를 확인하고 종 료된다.

* 300 - 2400 bps정도의 비교적 지 속의 데이터 전송에 사용된다.

* 단점은 실제 의미있는 전송데이터 중 ST와 SP비트로 인해서 약 20%의 전체 회선의 이용효율을 저하시킨다.

* [그림 4.3]은 하나의 문자씩 전송하는 비동기 전송방식의 예를 보여 준다.

4.2.2 동기방식

* 기본적인 개념은 비동기방식의 회선 이용효율을 증가 시키기 위해서 문자 또는 비트들의 데이터 블록을 송수신하도록 하는 것이다.

* 이를 위한 간단한 방법은 전송회선을 데이터와 클럭신호선으로 별도로 분리하 는 방법이지만, 이것은 많이 사용되지는 않는다.

* 또 다른 방법은 데이터 블록의 전후에 특정한 제어정보를 삽입하는 방법이 있 다.

* 이때 사용되는 데이터의 앞부분의 제어정보를 프리앰블(preamble)이라고 하며, 블록 뒤의 제어벙보를 포스트앰블(postamble)이라고 한다. 또한 전송 데이터와 제어정보를 합해서 프레임(frame)이라고 한다.

* 이 제어정보들은 제 9장에서 논의할 데이터링크의 제어 절차에서 사용되는 다 른 제어정보들로 사용될 수 있다.(HDLC 등)

* 이 방식은 전송효율과 전송속도가 높으며, 이 방식에서 프레임의 정확한 형식 은 전송구조가 문자 위주인지 또는 비트위주 인지에 따라 구분된다.

(1) 문자 위주 동기방식

* 특정문자를 블록의 선두에 붙여 동기를 취하는 방식으로, 전송 데이터 블록을 일련의 문자(보통 8비트 문자)들로 취급한다.

* 모든 제어정보도 문자형태로 구성된다. 즉, 한 프레임에는 한 개 이상의 동기화 문자(SYN, ETX 등)으로 시작된다.

* 이 동기화문자는 수신측에게 블록의 시작을 알리는 비트패턴(SYN), 블록의 마 지막을 알리는 비트패턴(ETX)등오로 구성된다.

* 이것은 제 Ⅱ 부의 BASIC 전송제어절차에서 사용된다.[그림 4.4(a)]

(2) 비트위주의 동기방식

* 데이터의 블록구간을 일련의 특별한 플래그(Flag

sequence(open, close flag))를 사용하여 식별하는 방식으로, 데이터 블록을 일련의 비트들로 취급한다.

* 여기서 플래그는 데이터 블록의 전후에 한 블록의 시작과 끝을 알리는 특별한 비트 패턴이다.

* 문자위주의 동기전송방식과의 차이점은 제어정보의 내부형식과 이를 해석하는 방법에 있다.

* 제 Ⅱ 부의 HDLC 전송 제어절차에서 사용된다.[그림

4.4(b)]

4.3 통신방식

일반적으로 정보를 교환하는 방식은 강의실에서 교수가 학생들에게 강의하는 것과 같이 일방적으로 전달하는 형태(단방향(simplex))가 있는가 하면, 동시에 쌍방이 주고 받는 대화(전이중(full-duplex))나 또는 회의에서 처럼, 한 사람이 얘기할 때 들어 주고 그 사람의 말이 끝나면 다른 사람이 얘기하는 등의 형태(반이중(half-duplex))가 있을 수 있다. 이러한 정보전달 개념은 데이터 통신의 통신방식에서도 이용된다.

* 분리된 두 장치간의 데이터 통신을 행할 때, 데이터 전송의 방향을 결정하기 위한 방식을 "통신방식"이라고 한다.

* 통신방식의 종류에는 정보 교환의 방향에 따라 다음과 같이 분류된다.

# 단방향(simplex)통신방식

# 반이중(half_duplex)통신방식

# 전이중(full_duplex)통신방식

4.3.1 단방향(simplex)통신방식

* 데이터 전송로에서 한쪽 방향으로만 데이터가 흐르도록 하는 통신방식으로, 예 를 들어, 원격측정기(Telemeter)같은 것이 있다.

* 즉, 이것은 마치 일방 통행도로와 같은 것이다.

4.3.2 반이중(half_duplex)통신방식

* 접속된 두장치간에 한 번씩 교대로 데이터를 교환하는 통신방식(2회선식)이다.

* 이것의 예로, 1차선의 도로에서 상호통행이 있으며, 무전기 등의 통신방식도 이 것의 예이다.

4.3.3 전이중(full_duplex)통신방식

* 접속된 두장치간에 데이터가 동시에 양방향으로 흐를수 있도록 하는 방식이다.

* 4선식 회선이 사용되나, 2선식회선에서 주파수분할로도 전이중 통신이 가능하 다.

* 이것의 예로는 상호동시 통행이 가능한 전화통신을 들수 있으며, 통신회선의 효율이 가장 높다.

4.4 회선 구성방식

* 데이터 통신 시스템들간의 회선 연결 형식에는 다음과 같은 방식이 있다.

# 점대점 방식(point-to-point)

# 멀티포인트 방식(multi-point)

# 교환방식

# 집선 방식(Line connection)

# 회선다중 방식(Line Multiplexing)

4.4.1 점대점 방식(point-to-point)

* 두 장치들(예, 중앙 컴퓨터와 단말기)이 일대일로 독립적으로 연결되는 가장 단순한 방식(언제나 데이터 전송 가능)이다.

* 이것은 일반 전화 회선에서도 사용된다.

4.4.2 멀티 포인트(Multi-point)방식

* 멀티 드롭(Multi_drop)방식이라고도 한다.

* 하나의 장치(예, 컴퓨터)에 연결된 하나의 전용회선으로, 다수개의 장치들(예, 단말장치)이 정보를 송수신하는 방식이다.

* 이것은 제어용 컴퓨터가 주국(Server)이 되고, 단말장치들이 종국(client)의 형 태가 된다.

* 이때의 데이터 전송은 주국에서 항상 감시하는 폴링(polling)기법과 이때 전송 할 데이터가 있는 장치에게 전송 권리를 주는 선택(selection)기법에 의해 수행 된다.

* [그림 4.9]는 멀티포인트 접속방식을 보인 것이다.

* 각 단말장치에서 송수신할 데이터양이 적을 때 효과적이며, 회선을 공유하기 때문에 회선의 사용료를 줄일수 있으나, 회선의 고장시 고장 지점 이후의 단말 장치들은 모두 운용이 불가능해지는 단점이 있다.

4.4.3 교환방식

* 교환망(전화 교환망, 패킷 교환망)을 통하여 데이터를 송수신하는 방식이다.

[그림 4.10].

* 이 방식은 송수신 상대를 마음대로 선택하여 통신이 가능한 방식이다.

* 이 교환방식의 종류 및 교환망에 대해서는 제 7장에서 상세히 다루기도 한다.

4.4.4 집선방식(Line connection)

* 일정 지역내에 다수의 단말장치들의 설치되어 있는 경우 지역 중심에 집선 장 치를 설치하여 여러개의 단말장치들로 부터 비교적 지속으로 전송되는 데이터 를 집선장치에 축적 한 후 이를 모아 고속으로 컴퓨터로 보내는 방식이다.[그 림 4.11]

4.4.5 회선 다중방식(Line Multiplexing)

* 일정 지역내의 중심에 다중화 장치

(Multiplexer : MUX)를 설치하고, 다중화 장 치와 컴퓨터 간을 대 용량 회선으로 연결하는 방식(다중화방식은 4.6 절에서 설명한다).[그림 4.12]

4.5 통신회선 접속방식

여기서는 데이터 통신시스템에서 두 장치간의 통신, 특히 컴퓨터와 단말 장치 사이를 상호 연결 하는 방식을 다룬다.

* 이것은 단말장치(더미(dummy)터미날은 물론, 일반적인 지능형 단말기)를 컴퓨 터에 연결하는 방식이다.

* 통신 시스템의 회선 접속방식에는 다음과 같은 것들이 있다.

# 직결(Direct)

# 변복조기(MODEM)에 의한 접속

# 자동호출장치(ACU: Automatic Calling Unit)

# 음향결합기(Acoustic coupler)

# DUS(Data Service Unit)

4.5.1 직결(Direct)

* 단말기와 컴퓨터의 위치가 짧은 경우(수백 m)에 이들을 직접접속하는 방식으 로, 일반적으로 앞에서 기술한 RS-232C 인터페이스를 사용한다.[그림 4.13].

* 이것은 다음 장에서 기술할 베이스밴드(base-band)전송방식을 이용한다.

* 전기에너지의 감쇠로 원거리(장거리)전송에는 부적당하다.

4.5.2 모뎀(MODEM: 변복조기)에 의한 접속

* 아날로그 회선(예, 전화회선)으로 컴퓨터와 단말장치를 연결할 때 사용한다.

* 모뎀은 컴퓨터 또는 단말장치의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변조하거나 회 선에서 수신되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 복조하는 기능을 수행한다.

* 모뎀은 변조방식, 전송속도, 선로의 주파수, 단말 장치와의 인터페이스 등의 차 이에 따라 여러 가지 종류가 있다.[그림 4.14]

4.5.3. DSU(Data Service Unit)에 의한 접속

* 디지털 통신회선(디지털 회선교환망)과의 연결에서 사용된다.

* DUS는 컴퓨터나 또는 단말장치로 부터의 디지털 신호를 디지털회선에 맞는 반송신호로 부호화하는 장치이다.

* DUS는 전송속도와 단말장치와의 인터페이스 등의 차이에 따라 다양한 종류가 있다.

* [그림 4.15]는 DSU에 의한 회선 접속을 보인것이다.

4.6 다중화방식(Multiplexing)

일반적으로 두 통신장치 간에 점대점(Point-to-point)연결에서 전체 회선의 용량을 다 사용하는 경우는 거의 없다. 그러므로, 이러한 값비싼 전송설비를 여러 장치들이 공유하는 방식이 대두되었다. 이렇게 하나의 통신회선을 여러 장치들이 교유하도록 하는 기법을 다중화(Multiplexing)라고 한다.

* 한 개의 물리적전송로에서 복수의 데이터 신호를 중복시켜서 전송하는 방식이 다.

* [그림 4.16]은 다중화장치를 사용하여 여러 단말장치들과 컴퓨터를 하나의 전송 로를 이용하는 경우를 보여 주고 있다.

* 여기서 다중화방식에 사용되는 장치를 다중화 장치(일명, MUX)라고 한다.

* 일반적으로 근거리 통신망(LAN)에서 사용된다.

* 다중화의 예로는 다수의 시스템(예, 단말장치들)과 하나의 시스템(예, 컴퓨터)이 하나의 동일한 회선을 공유하는 멀티포인트(멀티드롭)회선 구성방식의 경우가 있다.

* 다중화방식은 다중화를 구현하는 방법에 따라 다음과 같은 종류로 분류할 수 있다.

# 시분할 다중화(TDM: Time Division Multiplexing)

- 동기식 TDM

- 비동기식 (또는 통계) TDM

# 주파수 분할 다중화(FDM: Frequency Division Multiplexing)

4.6.1 시분할 다중화(TDM: Time Division Multiplexing)방식

* 시분할 다중화방식은 하나의 회선을 공유하고 있는 장치들에게 서로 동일한 일 정한 시간(타임슬롯)을 할당하여 주어진 시간동안에만 데이터를 송수신할 수 있도록 함으로서 하나의 물리적전송로를 공유하는 방식이다.

* 여기에는 각 통신 채널에 시간폭(타임슬롯)을 할당하는 방법에 따라 다음의 두 가지 방식으로 다시 분류된다.

# 동기 시분할 다중화 방식(Synchronous

TDM)

# 비동기식(또는 통계(statistics))시분할 다중

화방식

(1) 동기식 시분할 다중화방식(Synchronous TDM)

* 한 전송로의 대역폭을 일정한 타임슬롯으로 나누어 각 채널에 정적으로 할당함 으로서 몇 개의 채널로 구분하는 방식으로, 일반적으로 매체의 전송율(대역폭) 이 전송되는 디지털신호의 데이터 전송율을 능가하게 빠른 전송매체를 사용하 는 경우에 가능하다.

* 예를 들면, [그림 4.17]에서 6개의 단말장치를 수용하는 다중화장치에서 각 단 말 장치에 연결된 입력 회선이 9.6kbps의 전송속도를 가지는 경우에 전송로의 전송속도는 적어도 57.6kbpl를 가져야 한다는 것이다. [그림 4.17]임

* 여기서 "채널(channel)"이란 타임슬롯에 의해 논리적으로 형성되는 전송로를 의미한다. 즉, 하나의 단말기에 전용되는 일련의 타임슬롯을 의미한다.

* [그림 4.18]은 동기 TDM의 기본적인 동작을 보여주고 있다(NOTE 참조).

각 단말장치로 부터 입력되는 다수의 신호들[mi(t), i=1,n]은 동일한 전송매체로 다중화되며 이들은 각각 전송되기 전에 일시적으로 버퍼에 저장된다. 이때 각 버퍼는 한비트 또는 한문자 단위를 가질수 있다. 이 버퍼들은 순간적으로 스캔되어 다중화된 혼성의 데이터 스트림(m(t))을 구성하여 전송한다. 이때 단말장치에서 전송할 데이터가 있을 수도 없을 수도 있다. 그러나 실제로 전송할 데이터가 없는 경우에도 마찬가지로 타임슬롯은 할당된다. 그러므로, 데이터가 없는 버퍼에 대해서 할당된 타임슬롯 만큼 무의미하게 스캔하는 결과가 된다. 이렇게 만들어진 m(t)는 [그림 4.18](b)와 같은 형식을 가지게 된다. 여기서, 다중화된 m(t)가 비트를 삽입한 것 인지, 문자버퍼를 이용하여 문자들을 삽입한 것인지에 따라 각각 "비트삽입식(bit-interleaving)"과 "문자삽입식(Character Interleaving)"이라고 한다.

* 문자 삽입식은 각 채널에 할당되는 타임슬롯의 크기가 한 문자 단위에 주어지 는 방식이다. 이것은 문자를 재구성하는데 걸리는 시간지연이 없다는 장점이 있다.

* 비트 삽입식은 각 채널에 할당되는 타임 슬롯의 크기가 한 비트 단위에 주어지 는 방식이다. 이것은 해당 버퍼의 크기가 작아도 된다는 장점이 있다. 보통 이 방식을 많이 사용한다.

* 그러나, 사용 단말장치가 모두 비동기형 방식인 경우에는 문자삽입방식이 더 효율적이다.

* 이것은 동기 TDM장치로 입력되는 비동기데이터에서 서타트와 스톱비트를 전 송하기 전에 제거하고 전송한 다음에 수신측에서 이 비트들을 다시 붙여 회선 의 전송효율을 높일 수 있기 때문이다.

(2) 비동기 시분할 다중화 방식(Asynchronous TDM)

* "지능형(Intelligent)TDM" 또는 "통계(statistical) TDM"이라고도 한다.

* 동기 시분할 다중화방식이 정적으로 타임슬롯을 할당하여 많은 타임슬롯들을 낭비하는 반면에, 이것은 실제로 보낼 데이터가 있는 단말장치에만 동적으로 각 채널에 타임슬롯을 할당하는 방식이다.

* 이 방식은n개의 단말장치 입출력 회선에 대해서 k개 (k <n)의 타임슬롯만   TMD프레임을 위해서 사용된다. 입력을 위한 기능으로는 각 버퍼를 조사하여 프레임이 다 찰 때 까지 데이터를 모은 뒤에 전송한다.

* [그림 4.19]는 동기 TDM와 비동기 TDM를 비교한 것이다. 여기서 그 차이를 분명히 알 수 있을 것이다.

* [그림 4.19]에서 단말장치 A는 타임슬롯 t와 t□에서, B는 t, t□에서, C는 t□ 과 t□에서, D는 t□에서 실제로 보낼 데이터가 존재할 경우, 동기 TDM와 비 동기 TDM간의 프레임의 차이를 알 수 있다.

* 또한 여기서 중요한 점은 비동기 TDM의 프레임의 구조에서 각 단말장치의 데 이터들은 서로 다른 타임슬롯에서 할당될 수 있는 것이며 특정 시간대에 전송 된 서로 다른 데이터의 송신 단말장치를 구분할 수 있는 형태가 필요하다. 그 러므로 각 데이터에 주소영역을 삽입해야 한다.

* [그림 4.20]은 비동기 TDM의 프레임의 구조를 보여 준다.

* 이 방식은 추후에 논의될 HDLCL전송제어 절차에서 채택하고 있다.

4.6.2 주파수 분할 다중화(FDM: Frequency Division Multiplexing)방식

다중화 방식중 대표적인 다른 하나는 특정 전송로의 주파수 대역폭을 작은 대역폭으로 분할하여 이를 공유할 수 있도록 하는 주파수 분할다중화 방식이다. 이것은 물론 전송하려는 신호의 필요한 주파수 대역폭보다 전송매체의 유효 대역폭이 클 때 가능한 것이다.

* 이 방식은 전송하려는 각 신호를 서로다른 반송(carrier)주파수로 변조할 때, 각 신호의 주파수 대역폭을 서로 중첩되지 않도록 서로 충붕한 간격을 두고 변조 된 신호들을 동시에 전송하는 방식이다.[그림 4.21]

* [그림 4.21]에서 6개의 단말장치들의 각 신호들이 다중화 장치에 들어가고 이 신호들이 서로다른 반송 주파수(f1,...., f6)에서 변조된다. 이 방식에서 이렇게 변조된 신호들의 반송 주파수의 대역폭이 앞에서 말한 채녈이 된다.

[표 4.1] 방송 TV채널의 주파수 할당

채널번호		주파수대역(MHz)
2 3 4 5 6 A B C D E F G H I 7 8 9 10 11 12 13 J K L M N O P Q R S T U V	Low Band Mid Band High Band Super Band	54 - 64 60 - 66 66 - 72 76 - 82 82 - 88 120 - 126 126 - 132 132 - 138 138 - 144 138-144 144-150 150-156 156-162 162-168 168-174 174-180 180-186 186-192 192-198 198-204 204-210 210-216 216-222 222-228 228-234 234-240 240-246 246-252 252-258

* 여기서 이 채널들은 상호간섭을 막기 위해서 완충지역으로 보호 밴드(gaurd band)가 필요하다. 그러나, 이 보호 밴드는 대역폭의 낭비를 초래하게 된다.

* 또한 이 방식은 아날로그 신호의 전송매체들에서 사용된다. 그러나, 단말장치에 서 되는 신호들은 제 5장에서 논의될 데이터 변환방법에 의해서 전송로의 아날 로그 신호로 적절하게 변조된다.

* 이 방식의 장점은 다음과 같다.

# 비교적 간단한 구조이므로 실제 전송가격이 저렴하다.

# 주파수분할 다중화장치 자체가 (제 5장의 )주파수편이 변복조기의 역할을 수행하므로 별도의 모뎀이 필요치 않다.

# [표 4.1]은 방송 TV채널의 주파수를 할당하는 예를 보여 주고 있다.