Dive into Computer communication, Introduction of Computer science, 7강

Goals:

• 컴퓨터 통신에 대해 이해하고, 통신 방식을 설명할 수 있다.

• 패킷교환 네트워크와 회선교환 네트워크 방식의 차이를 설명할 수 있다.

• 이동통신의 발전과정을 살펴보고 5G 이동통신의 특징을 설명할 수 있다.

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컴퓨터 통신이란?( What is Computer communication?)

• 컴퓨터 통신은 컴퓨터나 다른 디지털 장치 간에 데이터를 교환하고 정보를 전송하는 과정을 뜻한다. 정보 전송 기술과 컴퓨터에 의한 정보 처리 기술을 결합하여 정확한 정보를 원하는 사람들에게 전달한다.

컴퓨터 통신의 구성(Component of computer communication)

• 컴퓨터신 구성? 컴퓨터나 다른 디지털 장치 간에 데이터를 주고 받는 방법. 송신자와 수신자를 이어주는 물리적인 경로이다. 전화기, 컴퓨터 단말기 등 다양한 단말 장치가 존재한다.

• • 1) 유선 전송 매체(Wired Communication): 전화선, 랜케이블, 동축케이블, 광섬유케이블 등

    • 2) 무선 전송 매체(Wireless Communication): 라이오 파, 마이크로파, 적외선 등

    • 3) 인터넷 통신((Internet Communication): 인터넷을 통해 이메일, 웹 페이지, 파일 공유, 온라인 게임 등을 할 수 있다. 이것은 주로 TCP/IP 프로토콜을 기반으로 패킷 스위칭 네트워크를 사용하여 데이터를 전송한다.

컴퓨터 통신 용어(Computer communication Terminology)

컴퓨터 통신 방식(Computer networking method)

DTE(Data Terminal Equipment)란? 통신망에서 네트워크의 끝에 붙은 장비들을 총칭한다. 일반적으로 컴퓨터를 지칭하고 컴퓨터 외에 프린터, 단말기등을 통틀어 DTE라고도 한다.

1. 단방향 통신 (One-Way Communication/Simplex): 정보가 한 방향으로만 흐르는 통신 형태이다. 송신자가 데이터를 전송하고 수신자가 데이터를 받는 것으로만 이루어진다. 송신자는 정보를 전달하는 역할만을 수행하고, 수신자는 정보를 받아들이기만 한다. 일반적인 컴퓨터의 데이터 통신에는 없고 TV, 라디오 같은 방송용으로 쓰임

2. 양방향 통신 (Two-Way Communication/Half-Duplex): 전이중/반이중(Full-Duplex/Half-Duplex) 형식으로 나뉜다.

   • 전이중(Full-Duplex): 두 DTE가 동시에 송신과 수신(receive and send at the same time)이 가능하다(온라인 채팅 처럼) 송신과 수신을 위한 독립적인 채널(independent channel is needed)이 필요하다.

   • 반이중(Half-Duplex): 통신하고 있는 두 DTE가 시간적으로 교대로 데이터를 교환(exchange the data)하는 방식의 통신을 뜻한다. 무전기같이 한 번에 한 방향(one way)으로만 통신한다.

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Before getting into network... What is network?

• 통신망 정의(definition): 통신 시스템들을 통신 회선으로 연결하여 통신이 가능하도록 한 시스템

  • 통신망의 분류: 거리와 소유자에 따라 구분된다.

    • 거리(distance)에 따른 구분: 근거리통신망(LAN) & 원거리 통신망(WAN)

      • 근거리통신망(local area network)

        1) 사무실, 공장, 연구소, 학교등 비교적 가까운 지역 내 설치되어있는 컴퓨터를 네트워크로 구성한다.

        2) 거리가 가깝기 때문에 지연시간이 낮다.

        3) 컴퓨터 이외에도 프린터 서버같은 장비와의 자유로운 연결을 제공한다.

        4) 고품질의 전용 회선을 별도로 설치하여 사용한다.

        5) 이더넷(Ethernet)을 사용하는 경우 10Mbps ~ 100Mbps의 속도가 나온다.

        6) 버스(bus)형, 링(ring)형, 스타(start)형이 있다.

        7) 패킷 교환 방식을 데이터 교환 방식으로써 사용한다.

      • 원거리통신망(wide area network)

        1) 넓은 지역에 걸쳐 분포하고 많은 교환노드(switching node)들과 DTE들로 구성된다.

        2) LAN과 LAN을 연결하는 수단으로 사용된다.

        3) WAN은 통신 회사에 의해 공중망 형태로 운영된다.

        4) 호주의 NBN(National Broadband Network)가 이 네트워크를 이용한다.

    • 소유자(owner)에 따른 구분: 사설 통신망(private network), 공중통신망(public network)

통신망의 분류에는 여러가지가 있지만 오늘은 대표적인 회선교환 네트워크, 패킷교환 네트워크에 대해서 공부하였다.

통신망의 전송 방식(Network method): 회선교환 네트워크란(Circuit switching network)?

• 전화망과 같은 원리로 운영이 된다.

• 한번 연결이 이루어지면 다른 가입자들에 대한 연결이 폐쇄되기 때문에 폐쇄회로 네트워크라고도 한다.

• A와 E가 정보를 주고 받으려고 연결이 되어 있을 경우 다른 C,B,D,E 회선은 통신이 불가능하다.

패킷교환 네트워크란(Packet switching network)?

• 회선교환 네트워크의 단점을 극복하였다

• 한 회선으로 여러대의 컴퓨터에서 동시에 통신이 가능하다

• '패킷(packet)'이라는 단위로 데이터가 전송된다.

• TDMA, ALOHA, Ethernet-CSMA/CD에서 패킷교환 네트워크 방식을 사용한다.

• 대역폭을 높이는데 기여할 수 있는 기술 중 하나이다.

패킷교환 네트워크, 회선교환 네트워크의 차이점은(difference between Packet switching network and Circuit switching network)?

• 전송방식의 차이

  • Packet Switching Network: 패킷 단위로 나뉘어 전송되고 독립적인 경로(independently over different paths)로 이동한다. 도착하는 순서와 상관없다.

  • Circuit Switching Network: 전용 회선(dedicated circuits are established)이 설정되어 있다. 데이터를 전송하려면 이 회선을 예약(must reserve)하고 사용해야하고 전송 중에만 유지된다.

• 자원 공유의 유무

  • Packet Switching Network: 다수의 사용자가 자원(대역폭, 라우터 등)을 공유(share resources)하고 동시에 사용이 가능하다.

  • Circuit Switching Network: 다른 사용자와 공유(not shared)하지 않는다. 동시에 사용이 불가능(Simultaneous usage is not possible)하다.

• 대역폭 활용

  • Packet Switching Network: 필요에 따라 대역폭이 동적으로 할당(dynamically allocated as needed)되기 때문에 자원을 효율적(efficient)으로 활용할 수 있지만 과도한 패킷이 발생(excessive packet generation)하면 네트워크 혼잡(network congestion)이 일어난다.

  • Circuit Switching Network: 예약된 회선은 다른 사용자가 사용 불가능하기 때문에 안정적인 전송(stable transmission)을 보장하지만 자원을 비효율적(resource utilization is inefficient)으로 사용하게 된다.

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Before deep diving into mobile communication development process... 유/무선 통신 (Wired/Wireless communication) needs to be discussed.

• 유/무선 통신

  • 유선 통신(wired communication)

    • ISDN(Integrated Services Digital Network): 기존 전화망을 통해 전화, 데이터를 동시에 보내고자 하는 통합된 디지털 통신 기술이다. 기존의 모뎀과 달리 전화, 데이터 전송을 위한 독립된 채널이다. 전화의 사용과 상관없이 통신이 가능하다.

    • ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line): 기존 전화선의 대역을 나누어 음성,데이터를 동시에 전송한다. 음성통화, 고속 인터넷 통신이 동시에 가능하다.

    • 두 기술 모두 디지털 전송 기술을 사용한 유선 통신 기술로, 주로 구리 케이블을 통해 데이터를 전송한다. 아날로그 전화 회선과 달리 디지털 신호를 사용한다.

  • 무선 통신(wireless communication)

    • 블루투스(Bluetooth): 1994년 에릭슨이 최초로 개발한 PANs(Personal Area Networks,개인 근거리 무선 통신)를 통한 산업표준이다. IEEE 802.15.1규격을 사용한다

    • 와이파이(WIFI): IEEE 802.11 기반의 무선 랜 연결과 장치 간 연결(와이파이 P2P), PAN/LAN/WAN 구성 등을 지원하는 일련의 기술, 근거리 통신망 기술

이동통신의 발전과정(mobile communication development process)

이동통신(mobile communication)이란? : 사용자가 자유롭게 이동하는 중에도 계속적인 통신이 가능하도록 해주는 통신 시스템이다. 무선통신 기술을 사용한다.

5G이동통신 특징

• 초당 1기가 비트 이상의 데이터가 전송되는 초고속 통신 서비스이다.

• 최대 1~10Gbps의 초고속 데이터 처리 속도를 가진다.

• 1밀리 초 이하의 저지연과 품질 안정성을 가진다.

• 수많은 디바이스가 동시에 연결가능하다 (그렇기 때문에 자율주행, 스마트시티 기술 구현이 가능한 이유)

• 저비용으로 경제성이 좋고 확장,운용,진화가 용이해서 유연하다.

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추가 설명(further references)

TDMA, ALOHA, Ethernet-CSMA/CD

• TDMA(Time Division Multiple Access) 시분할 다중 접속 방식: 패킷을 정해진 일정한 시간 동안만 전송하는 방식, 사용자가 거의 동시에 네트워크를 사용할수 있음, 무선통신&유선통신 모두 사용 가능

• ALOHA: 1970년 하와이 대학에서 구현된 최초의 임의 접근 네트워크, 2개이상의 DTE가 데이터를 보내 충돌이 발생할 때, 중앙에서 충돌을 감지해서 각 DTE에 통보하고, 그 2대의 DTE는 임의 수를 발생시켜 기다렸다가 다시 데이터를 전송하는 방법, 초기에 무선 통신에서 사용되었던 기술 중 하나이지만, 현재의 무선 통신 기술에서는 주로 다른 다중 접속 규약이 사용된다. 무선통신

• Ethernet-CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 이더넷: 가장 광범위하게 설치된 LAN기술로 IEEE 802.3의 국제 표준화 기구에 의해 표준으로 정의되었다. 각 장치들은 일정 시간 대기후 성공할 때까지 어느 횟수만큼 데이터를 재전송한다. 회선이 사용 중인지 감시하고 있다가 비어 있을 때 데이터를 전송한다. 유선통신(구리 케이블, 광섬유 케이블 사용)

대역폭(Bandwidth): 네트워크가 단위 시간당 전송할 수 있는 데이터의 양을 나타내는 지표이다. 일반적으로 대역폭이 클수록 추가 비용이 발생할 수 있지만 네트워크의 성능이 향상된다. 일반적으로 비트 단위로 표현된다 (킬로비트 Kbps, 메가비트 Mbps, 기가비트 Gbps)