01. 데이터 통신 개요
"데이터 통신"은 멀리 떨어진 송신자 컴퓨터와 수신자 컴퓨터를 전기통신회선으로 서로 접속하여, 디지털 형태의 정보로 교신하는 것을 말합니다. 컴퓨터 통신이라고도 하며, 단순히 데이터의 교신 뿐 아니라 컴퓨터에 의한 데이터 처리까지 포함하여 정의하기도 합니다.
데이터 통신은 기술이 발전함에 따라 “고속화", “대용량화", “모바일화" 이 특징을 가집니다.
02. 네트워크 개요
1) 네트워크 개념
“네트워크"는 다수의 시스템을 전송 매체로 연결해 데이터를 교환하는 시스템의 집합으로, 네트워크를 이용하면 원하는 정보를 언제 어디서든 원하는 정보를 주고 받을 수 있습니다. 네트워크에서 데이터를 전송하기 위해서는 “하드웨어적 연결"과 “프로토콜" 이 두 가지를 충족해야 합니다.
2) 프로토콜
“프로토콜”은 컴퓨터 네트워크에서 데이터를 주고받을 때 수행되는 절차이며, 상호 연동되는 시스템이 전송 매체를 통해 데이터를 주고 받을 때 따르는 표준화된 규칙입니다. 이때, 프로토콜은 상하관계가 아닌 동등한 위치에 있는 시스템 간 규칙입니다.
프로토콜의 종류에는 “파일 전송 프로토콜 FTP”, “웹 페이지 사용 규약 HTTP”, “인터넷 표준 프로토콜 TCP/IP” 등이 있습니다.
3) OSI 7계층 모델
컴퓨터 네트워크는 외형상 “호스트 시스템"과 “전송 매체"로 구분됩니다. 외형상 분류 외에 내부 기능으로도 다양한 구조로 세분화할 수 있습니다. 그 중 “OSI 7계층 모델”은 국제 표준화 단체인 ISO에서 복잡한 네트워크 기능을 서로 연관 있는 그룹끼리 묶어 7계층으로 분할한 계층 모델입니다.
네트워크에 연결된 호스트들은 7개 계층으로 모듈화된 통신 기능을 갖춰야 합니다. 이때 각 계층은 다른 계층과 무관하게 독립적인 기능을 지원하여 한 모듈이 전체 모듈에 대한 영향이 최소화됩니다.
OSI 7계층 모델의 7계층으로는 “물리 계층”, “데이터 링크 계층", “네트워크 계층”, “전송 계층", “세션 계층", “표현 계층", “응용 계층”이 있습니다. 물리 계층이 가장 하위 계층이며 응용 계층이 가장 상단의 계층입니다.
(1) 물리 계층
물리 계층은 OSI의 1계층이며, 물리적 매체를 통해 비트 흐름을 전송하기 위한 필요한 기능을 조정하고, 호스트를 전송 매체와 연결하기 위한 인터페이스 규칙과 전송 매체의 특성을 다룹니다.
(2) 데이터 링크 계층
데이터 링크 계층은 OSI의 2계층이며, 중계 시스템 간의 데이터 전송을 원할하게 하여 오류 검출과 회복 기능을 제공합니다. 정확한 순서에 따라 인접한 노드 간의 데이터 전송을 실행합니다.
(3) 네트워크 계층
네트워크 계층은 OSI의 3계층이며, 응용 프로세스 간의 데이터를 전송할 때 정보의 경로 선택과 중계 기능을 수행합니다. 데이터가 전송될 때는 각종 네트워크를 이용하게 되는데, 이때 네트워크 내부나 다른 네트워크 사이를 중계합니다.
(4) 전송 계층
전송 계층은 OSI의 4계층이며, 정보를 상대방에게 보내는 운반, 운송 기능을 관리합니다. 송신 프로세스와 수신 프로세스 간의 연결 기능을 제공하여 프로세스 간의 안전한 데이터 전송을 지원합니다.
(5) 세션 계층
세션 계층은 OSI의 5계층이며, 전송 계층에서 제공하는 통신로를 사용하여 프로세스 간의 대화를 성립시키고, 대량의 데이터를 보내는 과정에서 필요한 동기점을 정하기도 합니다. 전송 계층의 연결 기능과 비슷해 보이나 더 상위의 논리적 연결을 지원합니다.
(6) 표현 계층
표현 계층은 OSI의 6계층이며, 응용 계층이 취급하는 정보를 데이터 표현 방식에 맞춰 전송하는 역할을 담당합니다. 통신 장치의 데이터 표현 방식 및 다른 부호 체계 간의 변화를 규정하는 것입니다. 프로세스 고유의 표현 방식으로 이뤄진 데이터를 표준 데이터 표현 방식으로 변환합니다. 암호화와 데이터 압축 또한 이때 이루어집니다.
(7) 응용 계층
응용 계층은 OSI의 최상위인 7계층이며, 정보를 처리하는 응용 프로그램, 프로세스의 인터페이스와 통신하기 위한 기본적인 응용 기능을 제공합니다. 실제 응용 기능을 지원함으로 사용자가 OSI 통신 환경을 사용할 수 있도록 합니다.
4) 데이터 전송 유형
데이터 전송은 유형별로 “전송 방향에 따른 분류”와 “회선 접속 방식”에 따른 분류로 나뉩니다.
(1) 전송 방향에 따른 분류
통신 장치 간의 신호 흐름에 따라 “단방향 전송", “반이중 전송", “전이중 전송"으로 나뉩니다.
- 단방향 전송: 일대인 통신 환경에서 데이터를 한 방향으로만 전송하는 방식입니다.
- 반이중 전송: 데이터가 양방향으로 전송되지만 한 번에 한 쪽으로만 전송하는 방식입니다.
- 전이중 전송: 양쪽에서 데이터를 전송하는 방식입니다.
(2) 회선 접속 방식에 따른 분류
통신 회선 접속 방식에 따라 “점대점 전송", “다지점 전송"으로 나뉩니다.
- 점대점 전송: 컴퓨터에서 일대일 방식으로 직접 연결되는 방식이며, 전용 회선을 사용하여 데이터를 송수신합니다.
- 다지점 전송: 두 개 이상의 통신 장치가 하나의 회선을 공유하는 전송 방식입니다. 복잡한 회선 공유는 “플링" 방식으로 해결합니다.
5) 데이터 전송 방식
데이터 전송 방식은 “직렬 전송 방식"과 “병렬 전송 방식"이 있습니다.
(1) 직렬 전송
"직렬 전송"은 하나의 통신 회선으로 2진수 데이터 비트를 1비트씩 차례로 전송하는 방식입니다. 모든 비트는 같은 전송선을 사용하는데 이로 인해 오류가 적고 원거리 통신에 적합하나 속도는 느린 편입니다. 통신 시스템에서는 직렬 전송 방식으로 수신된 신호들의 비트 값을 일정한 길이의 비트 블록으로 그룹화하여 정보로 복원합니다.
이때 복원 과정이 올바르게 수행되기 위해서는 송신자와 수신자 사이에 정보를 주고 받을 시점을 정하여 타이밍을 맞춰야 하는데, 이것을 "동기화"라고 합니다. 직렬 전송 과정 중 일어나는 동기화의 방법에는 “비동기식 전송"과 “동기식 전송"이 있습니다.
- 비동기식 전송: 비동기식 전송에서는 문자 단위의 비트 블록을 기본 단위로 하는데, 동기화를 하기 위해 시작 비트와 정지 비트를 비트 블록 앞뒤에 붙여 전송합니다. 송신자는 유휴 상태(아무것도 실행되지 않는 상태) 비트를 전송하다가 시작 비트 0을 보낸 후 데이터 전송을 시작합니다. 즉, 두 개의 비트를 추가로 전송하여 타이밍을 맞추는 방법입니다.
- 동기식 전송: 동기식 전송에서는 데이트 블록을 기본 단위로 하는데, 문자 단위가 아닌 문자열을 한 블록으로 만들어 일시에 전송합니다.
(2) 병렬 전송
"병렬 전송"은 각각의 데이터 비트에 연결된 통신 회선을 활용하여 비트 블록을 한 번에 전송하는 방식입니다. 다량의 데이터를 전송할 수 있지만 거리가 멀어지면 비트가 도착하는 시간이 달라져 원래의 비트 블록으로 복원하기 어렵고 비용도 많이 들게 됩니다.
6) 데이터 전송 장치
데이터를 전송하기 위해서는 여러 장치들이 필요한데, 이러한 데이터 전송 장치에는 “모뎀", “통신 회선", “네트워크 카드", “허브", “라우터" 등이 있습니다.
(1) 모뎀
컴퓨터나 단말기 등의 데이터 통신 기기를 통신 회선에 접속시키기 위하여 사용하는 신호 변환 장치입니다. 컴퓨터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하며, 데이터를 수신할 때는 아날로그 신호를 디지털 신호로 복구시킵니다.
(2) 통신 회선
송신자와 수신자를 연결하는 물리적인 통로이며, 유선 통신과 무선 통신으로 구분됩니다. 유선 통신에는 “꼬임 쌍선", “동축 케이블", “광섬유" 등이 있고, 무선 통신에는 “지상 마이크로파", “위성 마이크로파” 등이 있습니다.
(3) 네트워크 카드
빠른 속도로 외부 네트워크와 접속하고 데이터를 주고받기 위하여 컴퓨터 내에 설치하는 확장 카드입니다. 네트워크 카드는 LAN 카드, 이더넷 카드, 이더넷 어댑터, NIC(Network Interface Card) 등으로 다양하게 불립니다.
(4) 허브
유선으로 연결된 여러 대의 컴퓨터에서 데이터를 공유할 때 사용하는 장치입니다. 여러 곳에서 전송된 데이터를 모시 다시 여러 곳으로 전송하는 중앙 연결점이라고 할 수 있습니다. 네트워크 분야에서는 LAN을 구성할 때 가까운 거리에 있는 장치들을 케이블로 연결해 주는 역할을 합니다.
(5) 라우터
근거리 통신망인 LAN과 LAN 또는 LAN과 광대역통신망인 WAN을 연결하는 네트워크 장치로, 임의의 외부 네트워크와 내부 네트워크를 연결합니다. 라우터는 자신과 연결된 네트워크와 호스트의 정보를 유지, 관리하며 특정 경로의 이용 가능 여부와 다수의 경로 중 빠른 데이터 전송이 가능한 경로가 어딘지를 판단해 줍니다.
03. 네트워크 교환 방식
네트워크가 전송하는 데이터는 경로 중간에 위치한 교환 시스템을 거쳐 상대방에게 전달됩니다. 교환 시스템은 데이터가 최종 목적지까지 잘 가도록 올바른 경로를 중개하는 교환 기능을 제공하는데, 교환 방식에는 “회선 교환 네트워크", “메시지 교환 네트워크", “패킷 교환 네트워크"가 있습니다.
1) 회선 교환 네트워크
"회선 교환 네트워크(Circuit Switching Network)"는 통신을 원하는 호스트가 데이터를 전송하기 전, 연결 경로를 미리 설정하는 방식입니다. 물리적으로는 노드와 노드 간의 전용 통신로를 설정하여 데이터를 교환하기에 모든 데이터는 같은 경로로 전달됩니다.
초반에 경로를 미리 설정하기 때문에 시간이 다소 소요되지만, 한 번 회선이 개설되면 편하게 사용이 가능하여 데이터 전송량이 많을 경우 아주 유용합니다. 그러나 통신이 없는 경우에도 회선이 점유되어 있어서 약간 비효율적이라는 단점이 있습니다.
2) 메세지 교환 네트워크
"메세지 교환 네트워크(Message Switching Network)"는 경로를 미리 설정하지 않고 메세지의 헤더에 목적지 주소를 표시해 전송하는 방식입니다. 회선 교환 네트워크의 단점을 해결하기 위해 만들어졌습니다. 이전 교환 시스템에서 보낸 메세지를 버퍼에 잠시 저장해 두고, 메세지가 모두 도착하면 다음 교환 시스템으로 전달하는 방식을 사용하기 때문에 교환기 단위로 전송이 이루어집니다. 이 방식은 매우 큰 용량 저장 장치가 필요하며 작업을 처리할 때 지연 문제가 발생하여 지금은 사용하지 않습니다.
3) 패킷 교환 네트워크
"패킷 교환 네트워크(Packet Switching Network)"는 회선 교환 네트워크와 메세지 교환 네트워크의 장점은 결합하고 단점은 최소화한 방식입니다. 송신자 주소와 수신자 주소를 포함한 형식의 데이터 블록을 기본 단위로 하는데, 이를 “패킷"이라고 합니다. 패킷화된 데이터 여러 개를 같이 보내 채널의 효율은 높이고 패킷 길이를 제한을 두어 전송 지연 시간을 줄입니다.
04. 네트워크 분류
네트워크는 규모에 따라 근거리 통신망 “LAN”, 도시권 통신망 “MAN”, 광역 통신망 “WAN”으로 구분됩니다.
1) LAN (Local Area Network)
근거리 통신망인 LAN은 지리적으로 한정된 범위 (약 10km 이내의 거리) 안에 분산된 컴퓨터 및 각종 컴퓨팅 기기를 통신 회선으로 연결한 네트워크입니다. LAN은 수백 Kbps로 접속된 임의의 단말기 또는 LAN에 접속된 임의의 단말기 간 정보 교환을 가능하게 합니다.
통신 회선을 이용해 공간을 어떻게 구성하느냐에 따라 ”버스형", “스타형", “링형”, “메시형", “트리형"으로 구분됩니다.
(1) 버스형
버스형은 “버스"라고 불리는 하나의 통신 회선에 여러 대의 장치들이 연결된 형태입니다. 한 장치가 데이터를 송신하면 버스를 통해 연결된 모든 장치에 전송되며, 수신자는 전송된 데이터에 쓰인 수신자 측 주소를 확인하여 자신에게 보내어진 것이 맞는지 확인하고 수신을 승낙합니다. 버스형은 장치 하나가 고장나더라도 다른 통신망에 영향을 미치지 않는다는 장점이 있습니다.
(2) 스타형
스타형은 중앙에 있는 허브 주위로 여러 장치를 연결한 형태입니다. 중앙의 허브에 다른 장치를 점대점 방식으로 연결하며 중앙집중적 구조이므로 허브가 장치 간 통신을 중재하는 역할을 합니다. 그렇기에 유지보수가 쉽고 전송 제어가 간단합니다. 그러나 장치 간 직접 통신을 불가능하며 모든 통신은 중앙의 허브를 통해서 이루어져서 허브에 장애가 발생하면 전체 네트워크가 멈춘다는 단점이 있습니다.
(3) 링형
링형은 모든 기기를 원형으로 연결한 형태로, 가까운 위치에 있는 노드 두 개를 점대점 방식으로 연결해 순환하는 구성입니다. 송신자가 보낸 패킷은 한 방향으로 진행되며, 목적지가 아닌 호스트를 거칠 때마다 재생됩니다. 이 과정을 거치며 전송 오류룰 줄일 수 있습니다.
(4) 메시형
메시형은 서로 다른 컴퓨터가 그물처럼 연결된 형태로, 점대점 방식으로 연결되어 있습니다. 중개점 역할을 하는 기기가 없어 직접 데이터를 통신하기에 네트워크 효율이 높습니다. 또한 일부 회선에 장애가 생기더라도 다른 경로를 통해 전송할 수 있어서 통신에 문제가 잘 생기지 않습니다. 그러나 네트워크 구조가 복잡하여 제어가 어렵습니다.
(5) 트리형
트리형은 원점에서 하나 이상의 가지가 뻗어 나와 복잡한 계층 형태로 퍼지는 구조입니다. 정보는 양방향으로 모든 노드에 전송되며 통신 선로가 다른 회선망보다 짧아 다른 구조보다 효율적입니다.
2) MAN (Metropolitan Area Network)
도시권 통신망인 MAN은 LAN보다 넓은 범위에 잇는 컴퓨터들을 통신 회선으로 연결한 네트워크입니다. 사용하는 하드웨어와 소프트웨어 종류는 LAN과 비슷하나 연결 규모가 MAN이 훨씬 더 큽니다. 여러 개의 LAN을 라우터로 연결하는 방식으로 구성합니다.
3) WAN (Wide Area Network)
광역 통신망인 WAN은 국가 이상의 넓은 지역을 지원하는 네트워크이며 두 개 이상의 LAN이 큰 큐모로 연결된 네트워크입니다. LAN과 MAN은 공유 버스를 이용하여 여러 곳에 데이터를 전달하지만 WAN은 점대점 방식이기에 교환 기능이 반드시 필요합니다. 호스트 간 거리가 멀기에 연결하고자 하는 기기가 많을 경우, 라우터도 많이 필요하게 되고 이에 따라 설치 비용도 많이 들게 됩니다. 그렇기에 설계할 때 연결 거리를 줄이며 효율적으로 전체 호스트를 연결하는 것이 중요합니다.
