정보처기기능사 - 15. 정보 전송 방식

정보 전송 방식

직렬/병렬 전송

직렬 전송

• 하나의 전송 매체를 통하여 정보를 구성하는 각 비트들을 순서대로 전송되는 형태
• 하나의 전송 매체만 사용하므로 전송 속도가 느리지만 구성 비용이 낮음
• 원거리 전송에 적합, 대부분의 데이터 통신에 사용

병렬 전송

• 여러 개의 전송 매체를 통하여 정보를 구성하는 각 비트들을 동시에 전송되는 형태
• 여러 개의 전송 매체를 사용하므로 전송 속도가 빠르지만 구성 비용이 높음
• 근거리 전송에 적합하여 주로 컴퓨터와 주변장치 사이 데이터 전송에 사용

통신 방식

단방향(Simplex) 통신

• 한쪽 방향으로만 전송이 가능한 방식
• ex) 라디오, TV

반이중(Half-Duplex) 통신

• 양방향 전송이 가능하시만 동시에 양쪽 방향에서 전송할 수 없는 방식
• 2선식 선로를 사용, 송신과 수신을 번갈아 전송
• ex) 무전기, 모뎀을 이용한 데이터 통신

전이중(Full-Duplex) 통신

• 동시에 양방향 전송이 가능한 방식
• 4선식 선로를 사용, 주파수 분할을 이용할 경우 2선식도 가능
• 전송량이 많고, 전송 매체의 용량이 클 때 사용
• ex) 전화, 전용선을 이용한 데이터 통신

동기 전송(동기화)

동기식 전송

• 미리 정해진 수만큼의 문자열을 한 블록(프레임)으로 만들어 일시에 전송하는 방식
• 송, 수신 양쪽의 동기를 유지하기 위해 타이밍 신호(클럭)를 계속적으로 공급하거나 동기 문자를 전송
• 블록과 블록 사이에는 휴지 시간(Idle Time)이 없고 비동기식 보다 전송 효율이 높음
• 프레임 단위로 전송하므로 전송 속도가 빠름

비동기식 전송

• 전송하는 문자(정보 비트) 앞뒤에 시작 비트(Start Bit)와 정지 비트(Stop Bit)를 붙여서 Byte와 Byte를 구별하여 전송하는 방식
• 문자와 문자 사이 휴지 시간(Idle Time)이 불규칙하며 동기식 보다 효율이 떨어짐
• 2,000bps(약 2Kbps) 이하의 저속, 단거리 전송에 사용

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신호 변환 방식

주파수와 대역폭

주파수

• 단위 시간(주로 1초) 내에 신호 파형이 반복되는 횟수를 의미, 단위는 (Hz)
• 고주파: 파형의 가로폭이 좁은 것으로, 고속 전송에 사용하고 전송 거리가 짧음
• 저주파: 파형의 가로폭이 넓은 것으로, 저속 전송에 사용하고 전송 거리가 김

출처: http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/whatisrf.php3

데이터	주파수
가청	20 ~ 20,000Hz
HF(High Frequence)	3 ~ 30MHz
VHF(Very High Frequence)	30 ~ 300MHz
UHF(Ultra High Frequence)	300 ~ 3,000MHz
SHF(Super High Frequence)	3,000 ~ 30,000MHz

대역폭(Bandwidth)

• 주파수의 변화 범위, 즉 상한 주파수와 하한 주파수의 차이를 의미
• ex) HF의 대역폭은 30 - 3 = 27MHz

아날로그 변조 방식

• 아날로그 변조란 아날로그 데이터를 아날로그 회선을 통하여 전송하기 위해 아날로그 형태로 변조하는 것을 의미

변조 방식	설명
전폭 변조 (AM: Amplitude Modulation)	- 변조 파형에 따라 진폭을 변조하는 방식 - 피크 투 피크(Peak to Peak, 진폭의 최대, 최소값) 전압이 변하는 형태 - 회로가 간단하고 비용이 적게 듬 - 잡음에 약하고, 전력 효율이 나쁨
주파수 변조 (FM: Frequency Modulation)	- 변조 파형에 따라 주파수를 변조하는 방식 - 변조된 신호는 대역폭을 넓게 차지하지만 잡음에 강함
위상 변조 (PM: Phase Modulation)	- 변조 파형에 따라 위상을 변조하는 방식 - 번조된 신호는 대역폭을 넓게 차지하지만 고속 전송이 가능하고 잡음에 강함 - AM, FM 방식에 비해 회로가 복잡 - ex) 4개의 위상을 갖는 신호 → 4 = 22 → 2비트 전송 가능

디지털 변조 방식

• 디지털 변조란 모뎀(MODEM)을 이용하여 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 것을 의미

변조 방식	설명
전폭 편의 변조 (ASK: Amplitude Shift Keying)	- 2진수 0과 1을 서로 다른 진폭의 신호로 변조하는 방식 - 모뎀 구조가 간단하고, 가격이 저렴 - 신호 변동과 잡음에 약하여 데이터 전송용으로는 거의 사용되지 않음
주파수 편의 변조 (FSK: Frequency Shift Keying)	- 2진수 0과 1을 서로 다른 주파수로 변조하는 방식 - 모뎀 구조가 간단하고 대역폭을 넓게 차지 - 신호 변동과 잡음에 강하고, 1,200bps 이하의 저속도 비동기식 모뎀에서 사용
위상 편이 변조 (PSK: Phase Shift Keying)	- 2진수 0과 1을 서로 다른 위상을 갖는 신호로 변조하는 방식 - 일정한 진폭 또는 주파수를 갖는 정현파의 위상을 180, 90, 45도 단위로 2, 4, 8등분했을 때의 각 위치에 신호를 할당하여 전송 - 중, 고속의 동기식 모뎀에 사용
직교 진폭 변조, 진폭 위상 변조 (QAM: Quadrature Amplitude Modulation)	- 진폭과 위상을 상호 변환하여 신호를 얻는 변조 방식 - 제한된 전송 대역 내에서 고속 전송이 가능(9,600bps)

펄스 코드 변조(PCM: Pulse Code Modulation)

• 펄스 코드 변조란 코덱(CODEC)을 이용하여 화상, 음성, 동영상 비디오, 가상현실 등과 같이 연속적인 시간과 진폭을 가진 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변환하는 것을 의미
• 누화의 영향을 거의 받지 않고 레벨 변동이 거의 없으며 점유 주파수 대역폭이 큼(광대역 O, 협대역 X)

변조 방식	설명
펄스 진폭 변조 (PAM: Pulse Amplitude Modulation)	- 펄스의 진폭을 변화시키는 변조 방식
펄스 폭 변조 (PWM: Pulse Width Modulation)	- 펄스의 폭을 변화시키는 변조 방식
펄스 위상 변조 (PPM: Pulse Phase Modulation)	- 펄스의 위치(위상)을 변화시키는 변조 방식
펄스 수 변조 (PNM: Pulse Number Modulation)	- 펄스의 수를 변화시키는 변조 방식

펄스 코드 변조 순서

1. 표본화(Sampling): 음성, 영상 등의 연속적인 신호 파형을 일정 시간 간격으로 검출하는 단계, 샤논의 표본화 이론을 바탕으로 함
   • 샤논(Nyquist Shannon)의 표본화 이론: 어떤 신호 f(x)가 의미를 지니는 최고의 주파수보다 2배 이상의 속도로 균일한 시간 간격 동안 채집된다면, 이 채집된 데이터는 원래의 신호가 가진 모든 정보를 포함
     • 적당 표본화 횟수 = 최고 주파수의 2배, 간격(주기) = 1 / 적당 표본화 횟수
     • ex) 최고 주파수가 W[Hz]일때 적당한 표본화 횟수는 2W, 주기는 1/2W
2. 양자화(Quantizing): 표본화된 PAM 신호를 유한 개의 부호에 대한 대표값으로 조정하는 과정
3. 부호화(Encoding): 양지화된 PCM 펄스의 진폭 크기를 2진수(1, 0)로 표시하는 과정
4. 복호화(Decoding): 수신된 디지털 신호, 즉 PCM 신호를 PAM 신호로 되돌리는 과정
5. 여과화(Filtering): PAM 신호를 원래의 입력 신호인 아날로그 신호로 복원하는 과정

💡 외우기
변조: Modulation(아날로그 변조)
편의 변조: Shift Keying(디지털 변조)
진폭: Amplitude
위상: Phase
진폭 + 위상 : Quadrature Amplitude
주파수: Frequency
폭: Width
수: Number
펄스 코드 변조의 순서는 표 · 양 · 부 · 복 · 여

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전송 제어 방식

전송 제어 절차

1. 데이터 통신 회선의 접속(회선 연결): 통신 회선과 단말기를 물리적으로 접속하는 단계
2. 데이터 링크의 설정(링크 확립): 접속된 통신 회선상에서 논리적 경로를 구성하는 단계
3. 정보 메시지 전송(전문 전달): 설정된 데이터 링크를 통해 데이터를 수신 측에서 전송하는 단계
4. 데이터 링크 종결(링크 단절): 송, 수신 측 간의 논리적 경로를 절단(해체)하는 단계
5. 데이터 통신 회선의 절단(회선 단절): 통신 회선과 단말기 간의 물리적 접속을 절단(해제)하는 단계

전송 제어 문자

전송 제어 문자란 링크 관리, 프레임의 시작 및 끝의 구별과 오류 제어 등의 기능을 하는 것을 의미

• SYN(SYNchronous idle): 문자 동기
• SOH(Start Of Heading): 헤딩의 시작
• STX(Start of TeXt): 본문(텍스트)의 시작 및 헤딩의 종료
• ETX(End of TeXt): 본문(텍스트)의 종료, 최종 블록에 들어갈 문자
• ETB(End of Transmission Bloack): 블록의 종료
• EOT(End Of Transmission): 전송 종료 및 데이터 링크의 해제
• ENQ(ENQuiry): 상대편에 데이터 링크 설정 및 응답 요구
• DLE(Data Link Escape): 전송 제어 문자 앞에 삽입하여 전송 제어 문자임을 알림
• ACK(ACKnowlege): 수신된 메시지에 대한 긍정 응답
• NAK(Negative AcKnowlege): 수신된 메시지에 대한 부정 응답

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오류 제어 방식

오류 발생 원인

오류 발생 원인	현상
감쇠(Attenuation)	전송 신호 세력이 전송 매체를 통과하는 과정에서 거리에 따라 약해지는 현상
지연 왜곡(Delay Distortion)	하나의 전송 매체를 통해 여러 신호를 전달했을 때 주파수에 따라 그 속도가 달라짐으로써 생기는 오류
백색 잡음(White Noise)	전송 매체 내부에서 온도에 따라 전자의 운동량이 변화함으로써 생기는 잡음
누화 잡음 = 혼선(Cross Talk Noise)	인접한 전송 매체의 전자기적 상호 유도 작용에 의해 생기는 잡음
충격성 잡음(Impulse Noise)	- 외부적인 충격 또는 통신 시스템의 결함이나 파손, 불량 등의 기계적인 충격에 의해 생기는 잡음 - 순간적으로 일어나는 높은 진폭의 잡음으로, 비연속적이고 불규칙적인 진폭을 갖음 - 디지털 데이터를 전송하는 경우 중요한 오류 발생 요인이 됨
위상 지터 잡음(Phase Jitter Noise)	전송 네트워크에서 전송 신호의 위상이 연속적으로 일그러지는 현상
위상 히트 잡음(Phase Hit Noise)	전송 네트워크에서 전송 신호의 위상이 불연속적으로 순간 변화가 일어나는 현상

자동 반복 요청(ARQ: Automatic Repeat reQuest)

• 오류 발생 시 수신 측에 오류 발생을 통보하고, 송신 측은 오류 발생 블록을 재전송하는 모든 절차를 의미
• 역채널이 존재해야 하며, 수신된 블록에 에러가 발생한 경우 인터럽트가 가능해야 하고, 전송 중인 메시지를 저장할 버퍼 기억장치 필요

정지-대기(Stop-and-Wait) ARQ

• 송신 측에서 한 개의 블록을 전송한 후 수신 측으로부터 응답을 기다리는 방식
• 수신 측의 응답이 긍정 응답(ACK)이면 다음 블록을 전송, 부정 응답(NAK)이면 앞서 송신했던 블록을 재전송

연속(Continuous) ARQ

• Go-Back-N ARQ: 여러 블록을 연속적으로 전송하고, 수신 측에서 부정 응답(NAK)을 보내오면 송신 측이 오류가 발생한 블록 이후의 모든 블록을 재전송
• 선택적 재전송(Selective Repeat) ARQ: 여러 블록을 연속적으로 전송하고, 수신 측에서 부정 응답(NAK)을 보내오면 송신 측이 오류가 발생한 블록만 재전송

적응적(Adaptive) ARQ

• 전송 효율을 최대로 하기 위해 데이터 블록의 길이를 채널의 상태에 따라 그때그때 동적으로 변경하는 방식으로 전송 효율이 제일 좋음

전진(순방향) 오류 수정(FEC: Forward Error Correction)

• 데이터 전송 과정에서 발생한 오류를 검출하여 검출된 오류를 재전송 요구 없이 스스로 수정하는 방식
• 송신 측에서는 문자나 프레임에 오류 검출을 위한 부가 정보를 추가시켜 전송하고, 수신 측에서 이를 활용하여 수신한 데이터에 존재하는 오류를 발견하고 수정
• 재전송 요구가 없기 때문에 역채널이 필요 없고, 연속적인 데이터 흐름이 가능
• 오류 검출과 수정을 위한 방식에는 해밍 코드 방식과 상승 코드 방식이 존재

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오류 검출 방식

패리티 검사

• 전송 비트들 중 값이 1인 비트의 개수가 짝수 또는 홀수가 되도록 패리티 비트를 부여
• 가장 간단한 방식으로 오류만 검출할 수 있고, 수정은 하지 못함
• 두 개의 비트에 동시에 오류가 발생하면 검출 불가능
• 저속 비동기 방식에서 주로 사용
• 참고) 패리티 검사 코드(Parity Check Code)

해밍 코드(Hamming Code) 방식

• 수신 측에서 오류가 발생한 비트를 검출한 후 직접 수정하는 방식(자기 정정 부호)
• 1비트의 오류만 수정이 가능하며 정보 비트 외에 잉여 비트가 많이 필요
• 전송 비트 중 2n(1, 2, 4, 8, 16, 32 ... )번째를 오류 검출을 위한 패리티 비트로 사용(위치 변화 X)
• 송신한 데이터와 수신한 데이터의 각 대응하는 비트 중 서로 다른 비트의 수를 해밍 거리(Hamming Distance)라고 함
• 정정 가능 최대 오류 수(tc): dmin(최소 해밍 거리) - 1 / 2
• 참고) 해밍 코드(Hamming Code)

순환 중복 검사(CRC: Cyclic Redundancy Check)

• 다항식 코드를 사용하여 오류를 검출하는 방식
• 집단 오류를 검출할 수 있고, 검출률이 높으므로 가장 많이 사용
• 동기식 전송에서 주로 사용되며 SDLC, HDLC 프레임의 FCS(프레임 검사 순서 필드)에 사용되는 방식