정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 6. 데이터 전달방식

6. 데이터 전달방식

 

가. 통신회선의 구성 형태
단말 간을 연결하기 위해 사용되는 통신회선의 접속방식은 [그림 1-12]와 같이 점대
점(point-to-point) 방식, 다중점(multipoint) 방식 및 교환(switching) 방식으로 대
별할 수 있다. 점대점 방식은 두 단말장치가 일대일로 독립적으로 연결되어 있는 방식
으로서, 데이터를 송수신하는 2개의 단말 또는 컴퓨터 간에 전용회선이 항상 접속된
형태이며, 송수신하는 데이터의 양이 많을 경우에 적합하다. 이 방식은 언제나 통신이
가능하지만, 회선 비용이 많이 들고 회선 사용 효율이 낮다. 주 컴퓨터에 단말을 연결
시키는 성형 통신망과 허브(HUB) 장비를 이용한 LAN 등에 이용되고 있다.

 

통신회선 접속방식의 비교

한편, 멀티포트(multiport) 방식은 하나의 컴퓨터에 다수개의 단말이 각자의 전용
회선 즉, 점대점 방식으로 연결되어 있는 가장 단순한 형태로서, 성형 네트워크의 형
태이다. 이 방식은 전송되는 정보량이 많은 경우에 유리하며, 중앙의 컴퓨터에서 각
단말의 상태를 감시 및 제어할 수 있는 등 고장 시 유지보수가 용이하다.
다중점 방식은 하나의 회선에 여러 단말을 접속하는 방식으로서, 멀티포인트 또는
멀티드롭(multi-drop) 방식이라고도 하며, 각 단말에서 송수신하는 데이터량이 적을
때에 효과적이다. 대개 하나의 장치(server)에 연결된 하나의 전용회선으로 다수개의
장치(client)가 연결되는 형태이며, 폴링(polling)과 선택(selection) 기법에 의해 정보
의 송수신이 이루어진다. 이 방식은 하나의 케이블에 여러 대의 컴퓨터를 연결하므로
회선비용이 적게 들고 회선 사용 효율이 높지만, 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송
하는 경우에는 충돌(collision)이 발생하는 문제점이 있다.
충돌을 방지하기 위해 통신회선 액세스 제어가 필요하며, 멀티포인트 방식에 사용
되는 액세스 제어 기법으로는 주 컴퓨터가 회선 사용을 통제하는 방법으로서 폴링과
선택 방식이 있고, 각 컴퓨터들이 임의로 회선을 사용하는 경쟁식 방법으로서 LAN의
대표적 기술인 이더넷(Ethernet)의 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detection) 방식이 있다.
교환방식은 교환기를 통하여 연결된 여러 단말에 대해 데이터의 송수신을 행하는 방식으로서, 현재 많이 이용하는 전화망을 통한 데이터 전송이 해당된다. 이 방식은
통신상대를 자유로이 선택할 수는 있으나, 데이터를 전송하기 전에 교환기로 상대방을
접속하기 위한 절차가 요구된다. 단말 간 접속을 위한 교환방식으로는 데이터를 송수
신할 때의 회선 연결 및 데이터 교환 형태에 따라, 회선교환(circuit switching)과 패
킷교환(packet switching) 방식으로 대별된다. 이 방식은 전송할 데이터량이 적고 여
러 단말 간에 서로 접속해야 할 경우가 많을 때 경제적이며 적합한 방식이다.
나. 집선(Concentration) 방식과 다중화(Multiplexing) 방식
집선방식과 다중화방식은 둘 다 전송비용을 줄이기 위해 사용하는 방식으로서, [그
림 1-13]과 같이 여러 개의 저속 회선을 모아서 보다 적은 고속 회선으로 전환하는 것
이다. 다만, 입력단에 저속 회선의 전송효율(각 회선 속도의 합계)과 출력단에 고속 회
선의 전송효율인 경우, 집선방식은‘입력단>출력단’ 이고, 다중화 방식은‘입력단=출
력단’ 이다. [그림 1-13]에서 n과 m은 회선수를, 그리고 α와 β는 전송효율을 나타낸 것
이다.
이들 두 방식 모두 대역폭이 큰 용량을 갖는 전송 회선을 여러 대의 단말이 공유 가
능하며, 이때 집선방식은 이들 대역폭을 각 단말이 가변적인 형태의 동적(dynamic)
할당하여 사용할 수 있는데 반해, 다중화 방식은 대개 고정적인 형태의 정적(static)
할당하여 사용한다. 그리고 집중화기(concentrator) 또는 다중화기(multiplexer)로
구현되며, 수신측에서는 다중화된 회선을 원래대로 복원하기 위해 역다중화기
(demultiplexer)가 사용된다.

집선방식과 다중화방식의 기본개념

집중화기는 집선기라고도 하며 다수의 저속 단말을 집중화 시키는데 주로 사용하
고, 다중화기는 고속의 전송회선 상에서 전송회선의 수를 줄이기 위해 사용된다. 최근 에는 지능형 다중화기가 사용되고 있는데, 이 장치는 집선방식과 다중화방식을 모두
수용하고 있다. 즉 지능형 다중화기는 통계적 다중화기라고도 하는데, 각 단말의 대역
폭 사용량을 통계적인 방법으로 파악하여 상황에 맞게 정적 또는 동적으로 할당하는
방식이다. 집선방식으로 구현된 장치로서 허브가 있으며, 이 장치는 컴퓨터 네트워크
를 구성하는 네트워크 기기로서 많이 사용되고 있다.

다. 데이터 전송방향에 따른 전송방식
양 단말 간의 데이터 전송방향에 따른 전송방식으로는 [그림 1-14]와 같이 항상 한
쪽 방향으로만 전송이 가능한 단방향(simplex) 통신방식, 양방향 통신이 가능하지만
어느 한 순간에는 한 쪽 방향으로만 통신이 이루어지는 반이중(half-duplex) 통신방
식, 그리고 언제나 양방향 통신이 가능한 전이중(full-duplex) 통신방식이 있다.
즉, 단방향 통신방식은 송신측과 수신측이 고정되어 있고 한 쪽 방향으로만 데이터
가 전달되는 방식이다. 단방향 통신의 경우 전송로는 2선식으로 되어있으며, 이에 따
라 전기적으로 신호를 보내기 위해서는 송신측과 수신측을 연결하는 폐쇄회로(closed
circuit)를 구성해야 하므로, 전송로는 한 방향 전송일지라도 선로는 2개가 필요하다.
다만, 한 개의 회선을 땅에 접지하여 두면 1개의 선로만으로도 전송을 할 수 있으나,
신뢰성이 떨어지게 된다. 단방향 통신 형태로는 공중파 TV와 라디오, 무선호출 서비
스가 해당되며, 이들 서비스는 사용자가 제어할 수 없는 분배형 서비스로서, 오류 발
생에 대비하여 수신측에서 오류정정 기법이 요구된다.

데이터 전송방향에 따른 전송방식의 비교

반이중 통신방식은 송신측과 수신측을 서로 필요에 따라 교대하는 방식으로서, 양
방향 어느 쪽으로도 데이터를 전송할 수는 있으나 동시에 전송할 수는 없다. 전송로는
대개 2선식이며, 4선식 회선도 가능하다. 이 방식은 전송 반전시간(turn around
time)이 존재하게 되며, 전송량이 적고 통신 회선의 용량이 작은 경우에 사용한다. 반
이중 통신방식을 적용하는 장치로는 무전기, PC 통신 등이 해당되고, 전화와 자료 검
색 및 멀티미디어 회화 서비스 등에 이용될 수 있으며, 수신측에서 전송 오류를 검출
하면 송신측에 재전송을 요청할 수 있다.
전이중 통신방식은 양 쪽 방향으로 두개의 시스템이 동시에 데이터 전송이 가능한
방식이다. 양방향 전송을 위해 송신용과 수신용으로 모두 2쌍의 전송회선이 필요하기
때문에 주로 4선식 회선이 이용되나, 2선식 회선도 주파수분할방식(FDM :
Frequency Division Multiplexing)으로 이용 가능하다. 이 방식은 두 개의 시스템이
동시에 데이터 송수신이 가능하기 때문에 전송 효율이 우수하므로, 전송량이 많고 통
신회선의 용량이 클 때 주로 이용되며, 전화통신 등이 해당된다.

라. 아날로그(Analog) 전송과 디지털(Digital) 전송
아날로그 전송은 [그림 1-15]와 같이 전송내용에는 관계없이 아날로그 형태의 신호
로 전송하는 것이다. 이때, 음성과 같은 아날로그 데이터는 전화기를 이용하여 아날로
그 신호로 변화되거나, 또는 컴퓨터 단말에서 나오는 2진(binary) 펄스 형태의 디지털
데이터는 모뎀(MODEM)을 이용하여 아날로그 신호로 변환될 수 있다. 어떤 경우라도

아날로그 및 디지털 전송방식의 비교

아날로그 신호는 일정한 거리를 지나고 나면 그 세기가 감소하므로, 장거리의 전송에
서는 신호의 세기를 증폭해 주기 위해 일정 거리마다 증폭기(amplifier)를 사용해야
한다. 아날로그 전송은 전화, PC 통신, 모뎀을 이용한 장거리 데이터 통신 등에 이용
된다.
디지털 전송은 신호 형태와 관계없이 디지털 정보를 전송하는 경우이며, 전송신호
의 내용이 중요하다. 장거리 전송 시 데이터의 감쇠현상을 방지하기 위해서 재생중계
기라고 부르는 리피터(repeater)를 사용한다. 리피터는 디지털 전송에서 디지털 신호
로부터 디지털 데이터를 복원하여 깨끗한 신호를 생성하도록 잡음을 없애는 데도 사용
될 수 있다. 디지털 전송은 일반적으로 오차 발생률은 낮지만 전송선로에서 발생되는
감쇠현상으로 인해 심각한 오류가 발생될 수 있으며, 주로 제한된 거리에서만 사용되
지만, 리피터의 도입으로 점차 장거리 전송에도 사용되고 있다. 디지털 전송은 LAN과
같은 컴퓨터 네트워크에 주로 이용되며, 코덱(CODEC : COder & DECoder)을 이용
하여 음성 정보를 전달하는 디지털 장비 등에도 사용되고 있다.
일반적으로 디지털 기술은 모든 신호를‘0’ 과‘1’ 의 조합으로 표현하여 처리하며,
아날로그 기술에 비해 여러 가지 장점을 갖는다. 우선 아날로그 기술과 달리 채널 잡
음이나 매체 손상의 경우에도 오류(에러) 정정 기법에 의해 원래 신호를 재생할 수 있
다. 신호처리 관점에서는 디지털화함에 따라 데이터량이 크게 늘어나지만, 데이터 압
축을 비롯한 다양하고 효과적인 디지털 신호처리 기법을 활용할 수 있다. 또한 메모리
나 마이크로프로세서 등 디지털 IC들이 고성능화 및 저렴화 되고 있어 디지털 기술의
실용화를 촉진시키고 있다.
이밖에 아날로그 전송에 비해 디지털 전송을 선호하는 이유로는 디지털 기술(시스
템, 장치, 부품, 신호처리 등)의 발전으로 구현이 용이하고, 리피터를 사용하므로 장거
리 전송 시 데이터의 무결성(integrity)을 보장 가능하며, 고도의 다중화 기법을 이용
하여 광역의 대역폭을 수용 가능하기 때문이다. 뿐만 아니라 보안을 위한 암호화 기법
을 쉽게 사용할 수 있고, 모든 형태의 신호를 디지털로 통합 가능하며 각종 데이터 시
스템 및 단말기 등과의 정합(interface)이 용이하기 때문이다.
그러나, 데이터를 전송하고자 할 때 데이터의 특성, 데이터의 전송 도구, 수신되는
데이터의 용이한 인식 등을 고려하여 아날로그 성질과 디지털 성질에 따른 필요한 처
리를 해야 한다. 다만, 무선매체(전파, 마이크로파 등)와 광섬유에서는 물리적인 특성
상 신호가 전압펄스 형태로 전달될 수 없기 때문에, 이 경우에는 디지털 정보라도 아
날로그 신호로 변환되어야 한다.
아날로그 데이터(또는 신호)와 디지털 데이터(또는 신호) 상호간의 변환을 위해 전화기, 모뎀(MODEM), 코덱(CODEC), 디지털서비스장치(DSU : Digital Service
Unit) 등이 사용되고 있다. 여기서, DSU는 2진 펄스로 된 디지털 데이터를 장거리 디
지털 전송회선을 통해 전송하기 적합한 신호로 변환하는 장치이다.

마. 직렬(Serial) 전송과 병렬(Parallel) 전송
직렬전송은 [그림 1-16]과 같이 하나의 전송로를 통해 데이터를 구성하는 각 비트들
이 하나씩 순차적으로 전송하는 방식으로서, 단지 하나의 전송 채널이 필요하며, 대부
분의 데이터 전송에서 사용되고 있다. 송신측의 데이터는 전송하기 전에 직렬로 변환되
어야 하고, 수신측에서는 직렬 신호를 병렬데이터로 다시 변환하는 과정이 요구된다.
직렬전송은 하나의 회선이 사용되므로, 전송오류가 적고 장거리 전송에 적합하며
설치비용이 저렴하다. 하지만, 비트 단위로 전송하기 때문에 전송속도가 느리며, 송신
및 수신 장치 내에‘병렬/직렬(P/S)’및‘직렬/병렬(S/P)’변환을 위한 쉬프트 레지스
터(shift register)를 사용하는 인터페이스 변환기가 필요하고, 데이터의 문자 또는 비
트 단위의 간격을 식별하기 위해 송수신 장치 간의 타이밍을 일치시키기 위한 동기
(synchronization) 기능이 요구된다.

반면에, 병렬전송은 하나의 문자를 이루는 각 비트들이 각자 독립된 전송로를 통해
일시에 데이터를 전송하는 방식으로서, n개의 비트로 구성된 데이터인 경우 n개의 해 당 전송 채널을 통해 동시에 전송 가능하다. 이 방식은 고속 전송을 필요로 하는 컴퓨터
와 주변장치 간의 데이터 전송에 사용되고 있으며, 거리가 길어지면 통신회선 비용 등
의 전송비용이 증가하여 거의 이용되지 않는다. 원활한 병렬전송을 위하여 송신측에서
는 송수신 문자들을 식별하기 위해 스트로브(strobe) 신호를 사용하고, 수신측에서는
데이터가 수신되고 있음을 송신측에 알리기 위해 비지(busy) 신호를 사용할 수 있다.
병렬전송의 특징으로는 단위시간에 다량의 데이터를 고속으로 전송 가능하며, 직렬
전송 보다 장치의 구성이 간단하다. 다만, 장거리 전송 시 오류 발생 가능성이 높고 통
신 회선 설치비용이 증가되기 때문에, 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central
Processing Unit)와 주변장치 사이와 같이 주로 장치 내부 등 단거리 전송에 이용되
고 있다.
한편, 최근에는 직렬전송 형태로 범용 직렬 버스(USB : Universal Serial Bus)가
컴퓨터와 주변기기를 연결하기 위한 입출력 인터페이스 표준으로 많이 사용되고 있는
데, RS-232와 같은 단순한 직렬전송의 인터페이스 제공이 아니고, 버스 트랜잭션
(bus transaction) 프로토콜을 사용하는 독립적인 버스 시스템이다. 따라서, 실제적
인 USB 호스트(host)측과 USB 디바이스(device)들 간의 패킷 전송은 D+, D- 두개
의 회선을 통해서 이루어지며, 독립적인 전원 공급선을 별도로 제공한다. USB의 전송
속도는 초기에 저속이었지만, 최근에는 수십Mbps까지의 고속 전송이 가능하다.
USB는 다양한 기존의 직렬 및 병렬 전송방식의 연결을 대체하기 위하여 만들어졌
다. 키보드, 마우스, 게임패드, 조이스틱, 스캐너, 디지털 카메라, 프린터, 개인휴대정
보단말기(PDA : Personal Digital Assistance), 저장장치 등과 같은 다양한 기기를
연결하여 정보의 전달뿐만 아니라, USB의 전원 공급 기능을 이용하여 충전 용도로도
많이 사용되고 있다.
USB의 주 컨트롤러(host controller)인 호스트에는 나뭇가지 모양으로 주변 기기
를 최대 127개까지 연결할 수 있고, 사용 도중에 아무 때나 주변 장치를 연결하거나
제거할 수 있는 핫 플러그(hot plug) 방식이 제공되고 있으며, USB 방식으로 연결된
주변 기기에는 약간의 전력이 함께 공급되므로 외부 전원을 이용하지 않고도 쉽게 주
변 기기를 사용할 수 있다. 다만, USB의 호스트에 연결된 기기들 간에는 대역폭을 나
누어 쓰게 되므로, 디바이스가 늘어날수록 속도는 현저히 떨어진다.

바. 비동기(Asynchronous) 전송과 동기(Synchronous) 전송
데이터를 정확하게 송수신하기 위해서는 송신측에서 송신한 비트열(bit stream)을
수신측에서 정확히 복원할 필요가 있다. 이를 위해서는 수신측에서 수신신호의 비트 또는 문자(character) 단위인 타임슬롯(time slot)의 간격을 어떻게 식별하는가 하는
문제가 발생한다. 이를 동기 문제라고 한다. 즉, 동기는 통신당사자(장치) 간에 송수신
식별 방식으로서, 양 단말 간에 타임슬롯의 속도가 다를 경우 이들이 신호를 주고받는
데 발생할 수 있는 신호 추출(sampling) 시의 타이밍을 일치시키기 위해 필요하다.
이와 같은 동기는 결국 송수신측 상호간에 데이터 송수신 타이밍(전송률, 비트위치,
부호 선두위치, 비트간격 등)을 일치시키는 것으로서, 비트단위의 클록(clock)을 이용
하는 비트동기와 문자 단위의 클록을 이용하는 문자동기가 필요하며, 특히 문자의 첫
비트를 구별하는 방법에 따라 비동기식과 동기식으로 대별된다.
비동기식 전송방식의 기본적인 개념은 길지 않은 비트열을 전송하도록 하여 타이밍
문제를 피하도록 하는 것으로서, 전송할 데이터는 한 번에 짧은 비트열을 전송하고,
동기화는 각 전송 비트열의 내부에서만 유지하도록 하는 방식이다. 이때 각 문자열 내
부의 타이밍은 송수신기의 내부적인 타이밍을 이용한다. 이를 위해서 [그림 1-17]과
같이 일정한 길이의 데이터(예, 8비트의 한 문자) 전·후에 스타트 비트(ST : Start
bit)와 스톱 비트(SP : Stop bit)를 첨가하여 전송한다. 다만, 어떤 비트열도 전송되지
않을 때는 송수신기의 회선이 항상‘1’ 의 상태인 휴지(idle) 상태가 된다.
즉, 비동기식 전송은 신호의 타이밍을 고려하지 않고, 송수신측 상호간에 합의된 패
턴으로 정보를 송수신하는 방식이다. 따라서 각 문자의 앞쪽에는 스타트 비트를 그리
고, 뒤쪽에는 스톱 비트를 사용하여 구분하게 되며, 수신측에서 전송 오류를 검사하기

비동기 및 동기 전송방식의 비교

위해 패리티 비트검사 방식을 사용한다. 이 방식은 전송 효율이 낮아 저속 통신에 사
용된다.
그러나, 동기 전송방식의 기본적인 개념은 비동기 전송방식의 회선 이용효율을 증
가시키기 위해서 문자 또는 비트들의 데이터 블록을 송수신하도록 하는 것이다. 이를
위한 간단한 방법은 전송회선을 데이터와 클록 신호선으로 별도로 분리하는 방법이지
만, 이것은 많이 사용되지는 않는다. 또 다른 방법은 데이터 블록의 전·후에 특정한
제어정보를 삽입하는 방법이 있다. 이때 사용되는 데이터의 앞부분의 제어정보를 프리
앰블(preamble)이라고 하며, 블록 뒤의 제어정보를 포스트앰블(postamble)이라고
한다. 그리고 전송 데이터와 제어정보를 합해서 프레임(frame)이라고 한다.
이 방식에서 프레임의 정확한 형식은 전송구조가 문자기반(character-oriented)
인지 또는 비트기반(bit-oriented) 인지에 따라, 문자기반의 캐릭터(character) 동기
방식과 비트기반의 플래그(flag) 동기방식으로 대별된다. 캐릭터 동기방식은 프레임의
앞쪽에 특정의 동기문자(SYN 부호 :‘01101000’ )를 이용하는 방식이며, 전송 데이터
블록을 일련의 문자(보통 8비트 문자)들로 취급한다. SYN 부호가 2개 이상일 때 동기
를 취한다. 이 방식은 문자동기방식이라고도 하며, 프레임의 구성은 앞쪽부터‘동기문
자-제어문자-데이터문자-제어문자’순으로 이루어진다. 대표적인 문자기반 동기방
식을 적용하는 프로토콜로는 BSC(Binary Synchronous Communication) 방식이
있으나, 현재는 많이 사용되지 않는다.
플래그 동기방식은 프레임의 구간을 알리는 처음과 끝에 플래그( ‘01111110’ )를 부가
하여 식별하는 방식이며, 데이터 블록은 일련의 비트들로 취급한다. 또한 전송할 데이
터가 없어도 전송로에 항상 일정한 비트 패턴을 전송하여 송수신측 간에 타이밍을 계
속 취해야 하며, 데이터 길이가 길어도 전송이 가능하여 전송효율이 매우 높다. 이 방
식은 비트동기방식이라고도 하며, 프레임의 구성은 앞쪽부터‘동기필드-제어필드-데
이터필드-제어필드-동기필드’순서로 이루어지고, 대표적인 비트기반 동기방식을 적
용하는 프로토콜로는 HDLC(High-level Data Link Control) 방식이 가장 많이 사
용되고 있다.
동기식 전송은 수신측에서 정확하게 수신하기 위해 송신측과 수신측 간의 각 비트
가 동일한 타이밍이 되어야 하고, 이를 위해 송수신기 양쪽의 모뎀에서 타이밍 클록을
공급해야 한다. 특히, 비트를 그룹화 하는 것은 수신자가 담당하게 되며, 수신측에서
전송 오류를 검사하기 위해 대개 CRC(Cyclic Redundancy Check) 방식을 사용한다.
또한 송신측과 수신측은 동기화 시간을 설정하고 유지해야 하며, 이를 위한 타이밍 신
호는 모뎀이나 단말기 등에 의해 공급하고, 단말기는 반드시 데이터 저장을 위한 버퍼 기억장치를 구비해야 한다. 이 방식은 대부분의 디지털 전송방식에서 사용되고 있으
며, 컴퓨터 간 고속 전송을 위해 유용하다.