데이터 통신의 구성요소

데이터 통신이란?

데이터 통신은 한 장치에서 다른 장치로 디지털 정보를 전송하는 것을 말합니다.

데이터 통신의 원칙은 송신자와 수신자,매체,프로토콜,변조,다중화,오류 감지 및 수정,대역폭,대기시간,보안이 있으며,

다음과 같습니다.

송신자와 수신자

데이터 통신 발신자/수신자는 통신 네트워크를 통해 디지털 데이터를 전송하는 장치를 말합니다. 송신기라고도 하는 발신자는 데이터를 생성하여 수신자에게 보내는 장치입니다. 목적지라고도 하는 수신자는 발신자로부터 데이터를 수신하는 장치입니다. 발신자와 수신자는 컴퓨터, 스마트폰, 라우터 및 스위치와 같이 디지털 데이터를 송수신할 수 있는 모든 유형의 전자 장치일 수 있습니다. 데이터 통신에서 송신자는 변조 기술을 사용하여 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환한 다음 유선 또는 무선 네트워크와 같은 통신 매체를 통해 전송합니다. 그런 다음 수신기는 수신된 신호를 수신 장치에서 처리할 수 있는 디지털 데이터로 다시 복조합니다.

발신자와 수신자는 데이터를 송수신하기 위한 규칙과 절차를 정의하는 통신 프로토콜을 사용하여 서로 통신합니다. 여기에는 전송되는 데이터의 형식, 전송 속도 및 타이밍, 데이터 전송의 정확성과 신뢰성을 보장하기 위한 오류 감지 및 수정 메커니즘 지정이 포함됩니다. 전반적으로 송신자와 수신자는 통신 네트워크를 통해 디지털 데이터를 전송하는 데 중요한 역할을 하며 적절한 기능은 장치 간의 성공적인 정보 교환에 필수적입니다.

매체

데이터 통신 매체는 둘 이상의 장치 간에 디지털 데이터가 전송되는 물리적 또는 무선 경로를 말합니다.

다음을 포함하여 여러 유형의 데이터 통신 매체가 있습니다.

 

유선 매체

 유선 매체는 연선 동선, 동축 케이블 및 광섬유 케이블과 같은 물리적 연결을 사용하여 데이터를 전송합니다. 이러한 매체는 높은 대역폭과 짧은 대기 시간을 제공하므로 단거리 또는 장거리에서 대량의 데이터를 빠르게 전송하는 데 이상적입니다.

 

무선 매체

 무선 매체는 전파를 사용하여 물리적 연결 없이 데이터를 전송합니다. 무선 매체의 예로는 Wi-Fi, Bluetooth 및 셀룰러 네트워크가 있습니다.이러한 매체는 모바일 장치에 편리하며 네트워크 범위 내 어디에서나 데이터에 액세스할 수 있는 유연성을 제공합니다.

 

위성 매체

 위성 매체는 궤도를 도는 위성을 사용하여 대륙 간과 같이 장거리로 데이터를 전송합니다. 유선 또는 무선 네트워크를 사용할 수 없는 원격 위치에서 자주 사용됩니다.

 

적외선 매체

 적외선 매체는 리모콘과 TV 사이와 같이 짧은 거리에서 데이터를 전송하기 위해 광파를 사용합니다. 저전력 및 저비용 데이터 통신이 필요한 애플리케이션에 유용합니다.

 

데이터 통신 매체의 선택은 필요한 대역폭, 거리, 비용 및 전송 신뢰성을 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다. 사용되는 매체는 애플리케이션에서 요구하는 데이터 전송 속도를 지원할 수 있어야 하며 신호 품질의 심각한 손실 없이 필요한 거리에 걸쳐 데이터를 전송할 수 있어야 합니다.

프로토콜

데이터 통신 프로토콜은 통신 네트워크를 통한 디지털 데이터 전송을 관리하는 일련의 규칙 및 절차입니다. 전송되는 데이터의 형식, 전송 속도 및 타이밍, 오류 감지 및 수정 메커니즘을 지정하여 데이터 전송의 정확성과 신뢰성을 보장합니다.

프로토콜은 장치가 서로 통신하는 방법을 정의하고 장치가 서로의 메시지를 이해하도록 합니다. 또한 장치가 네트워크에 연결 및 연결 해제되는 방법, 네트워크를 통해 데이터가 라우팅되는 방법 및 장치가 공유 리소스에 액세스하는 방법에 대한 규칙도 포함됩니다.

데이터 통신 프로토콜의 예로는 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol), HTTP(Hypertext Transfer Protocol), FTP(File Transfer Protocol) 및 SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)가 있습니다. 이러한 각 프로토콜은 파일 전송, 이메일 메시지 전송 또는 웹 브라우징과 같은 특정 목적을 위해 사용됩니다.

표준 프로토콜 외에도 많은 조직에서 내부 사용을 위해 또는 특정 요구 사항을 충족하기 위해 자체 프로토콜을 개발합니다. 이러한 맞춤형 프로토콜은 추가 보안을 제공하거나 성능을 최적화하거나 특정 규정 요구 사항을 충족하도록 설계될 수 있습니다.전반적으로 데이터 통신 프로토콜은 디지털 데이터가 통신 네트워크를 통해 안정적이고 효율적으로 전송될 수 있도록 하는 데 중요한 역할을 하며 적절한 구현은 장치 간의 성공적인 정보 교환에 필수적입니다.

변조

데이터 통신 변조는 디지털 데이터를 통신 매체를 통해 전송할 수 있는 아날로그 신호로 변환하는 프로세스를 말합니다. 구리선이나 무선 전파와 같은 대부분의 통신 매체는 디지털 신호가 아닌 아날로그 신호를 전송하도록 설계되었기 때문에 변조가 필요합니다.변조에서 디지털 데이터는 반송파 신호의 진폭, 주파수 또는 위상 변화와 같은 아날로그 신호로 표현될 수 있는 형식으로 먼저 인코딩됩니다. 변조된 신호는 통신 매체를 통해 전송될 수 있으며 수신 장치는 원래 디지털 데이터를 복구하기 위해 신호를 복조합니다.다음을 포함하여 데이터 통신에 사용되는 여러 변조 기술이 있습니다.

 

진폭 변조(AM)

 AM에서 반송파 신호의 진폭은 디지털 데이터에 비례하여 변경됩니다.

 

주파수 변조(FM)

 FM에서는 반송파 신호의 주파수가 디지털 데이터에 비례하여 변경됩니다.

 

위상 변조(PM)

 PM에서 반송파 신호의 위상은 디지털 데이터에 비례하여 변경됩니다.

 

QAM(Quadrature Amplitude Modulation)

 QAM에서는 기호당 여러 비트의 디지털 데이터를 전송하기 위해 진폭과 위상이 모두 변경됩니다.

다중화

데이터 통신 다중화는 통신 매체를 통해 전송하기 위해 여러 데이터 스트림을 단일 데이터 스트림으로 결합하는 기술을 말합니다. 멀티플렉싱을 통해 여러 장치가 동일한 통신 채널을 공유하여 사용 가능한 대역폭 사용을 극대화하고 데이터 전송 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 다음을 포함하여 여러 유형의 데이터 통신 멀티플렉싱이 있습니다.

 

FDM(Frequency Division Multiplexing)

FDM에서 각 데이터 스트림에는 통신 매체 내에서 고유한 주파수 대역이 할당됩니다. 그런 다음 주파수 대역이 결합되어 매체를 통해 전송됩니다. 수신 장치는 디멀티플렉서를 사용하여 주파수 대역을 분리하고 원래 데이터 스트림을 복구합니다.

 

시분할 다중화(TDM)

TDM에서 각 데이터 스트림은 단일 통신 채널 내의 특정 시간 슬롯에 할당됩니다. 그런 다음 데이터 스트림은 순차적으로 전송되며 각 장치는 할당된 시간 슬롯 동안 데이터를 전송합니다. 수신 장치는 디멀티플렉서를 사용하여 시간 슬롯을 분리하고 원래 데이터 스트림을 복구합  니다.

 

STDM(Statistical Time Division Multiplexing)

STDM에서 시간 슬롯은 각 장치의 데이터 전송 요구에 따라 동적으로 할당됩니다. 이를 통해 데이터 전송 요구가 낮은 장치는 동일한 시간 슬롯을 공유할 수 있고 데이터 전송 요구가 높은 장치는 여러 시간 슬롯을 할당할 수 있으므로 통신 채널을 보다 효율적으로 사용할 수 있습  니다.

 

WDM(Wavelength Division Multiplexing)

WDM에서 각 데이터 스트림에는 광섬유 통신 매체 내에서 고유한 파장의 빛이 할당됩니다. 그런 다음 파장이 결합되어 매체를 통해 전송됩니다. 수신 장치는 디멀티플렉서를 사용하여 파장을 분리하고 원래 데이터 스트림을 복구합니다.

오류 감지 및 수정

데이터 통신 오류는 노이즈, 간섭, 감쇠, 신호 왜곡 등과 같은 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있습니다.

다음은 이러한 오류를 감지하고 수정하는 몇 가지 방법입니다.

 

패리티 검사

데이터 전송 오류를 감지하는 간단한 방법입니다. 이 방법에서는 데이터의 각 바이트 또는 문자에 추가 비트를 추가하여 바이트의 총 1 수를 짝수 또는 홀수로 만듭니다. 전송 중에 오류가 발생하면 패리티 검사에서 이를 감지합니다.

 

체크섬

체크섬은 데이터 블록에 일련의 숫자를 추가하는 또 다른 오류 감지 방법입니다. 그런 다음 수신자는 체크섬을 계산하고 발신자가 보낸 체크섬과 비교합니다. 일치하지 않으면 오류가 발생한 것입니다.

 

CRC(Cyclic Redundancy Check)

CRC는 다항식을 사용하여 체크섬을 생성하는 고급 오류 감지 방법입니다. 수신자는 동일한 다항식을 사용하여 체크섬을 계산하고 이를 발신자가 보낸 것과 비교합니다. 일치하지 않으면 오류가 발생한 것입니다.

 

재전송

경우에 따라 오류가 감지되면 단순히 데이터를 재전송하는 것이 더 쉬울 수 있습니다. 이것은 일반적으로 데이터 전송이 시간이 중요하지 않은 응용 프로그램에서 사용됩니다.

 

FEC(Forward Error Correction)

FEC는 전송된 데이터에 중복성을 추가하는 오류 수정 기술입니다. 그런 다음 수신기는 이 중복성을 사용하여 전송 중에 발생하는 오류를 수정할 수 있습니다.

 

자동 반복 요청(ARQ)

ARQ는 송신자가 수신자에게 각 데이터 패킷의 성공적인 수신을 확인하도록 요청하는 보다 정교한 오류 수정 방법입니다. 오류가 발생하면 수신자는 송신자에게 패킷을 다시 보내도록 요청합니다.

대역폭

데이터 통신 대역폭은 주어진 시간 동안 통신 채널을 통해 전송할 수 있는 데이터의 양을 의미합니다. 일반적으로 초당 비트 수(bps)로 측정되며 매우 낮은 속도(예: 전화 접속 모뎀)에서 매우 빠른 속도(예: 광섬유 케이블)까지 다양합니다.

대역폭은 데이터 전송의 속도와 효율성을 결정하는 중요한 요소이며 전송 매체의 종류, 신호 품질, 채널의 간섭량 등의 요인에 의해 영향을 받습니다. 대역폭이 높을수록 일반적으로 더 빠른 데이터 전송이 가능하며, 이는 많은 양의 데이터가 네트워크를 통해 지속적으로 전송되는 오늘날의 디지털 세계에서 매우 중요합니다.

대기 시간

데이터 통신의 대기 시간은 장치 또는 시스템이 통신을 시작하거나 재개하기 전에 유휴 또는 비활성 상태로 유지되는 시간을 나타냅니다. 이는 모바일 장치, 무선 네트워크 또는 데이터 전송 프로토콜과 같은 다양한 컨텍스트와 관련될 수 있습니다.모바일 장치와 관련하여 대기 시간은 장치가 켜져 있지만 절전 모드 또는 유휴 모드와 같이 적극적으로 사용되지 않는 기간을 의미합니다. 이 시간 동안 장치는 전력을 덜 소비하고 배터리 수명을 보존합니다. 모바일 장치의 대기 시간은 배터리 유형, 운영 체제, 화면 크기, 백그라운드에서 실행 중인 애플리케이션 등 다양한 요인에 따라 달라질 수 있습니다.

무선 네트워크에서 대기 시간은 네트워크 노드 또는 장치가 들어오는 데이터나 명령을 기다리면서 저전력 상태를 유지하는 시간을 의미할 수 있습니다. 이를 통해 장치의 에너지 소비를 줄이고 네트워크 효율성을 높일 수 있습니다. 무선 장치의 대기 시간은 전송 전력, 변조 방식, 채널 조건 및 패킷 크기와 같은 다양한 매개변수에 따라 달라질 수 있습니다.

데이터 전송 프로토콜에서 대기 시간은 장치 또는 시스템이 데이터를 재전송하기 전에 수신자로부터 응답 또는 승인을 기다리는 시간을 의미할 수 있습니다. 이렇게 하면 네트워크 정체를 방지하고 재전송 횟수를 줄일 수 있습니다. 데이터 통신의 대기 시간은 타임 아웃 값, 창 크기 또는 재시도 제한을 변경하여 조정할 수 있습니다.

보안

데이터 통신 보안은 통신 네트워크를 통해 전송되는 디지털 데이터를 무단 액세스, 사용 또는 변경으로부터 보호하기 위해 취하는 조치를 의미합니다. 보안은 기밀성이 높은 정보가 도난, 가로채기 또는 변조될 수 있는 위험성을 막기 위해 데이터 통신에서 중요합니다. 데이터 통신에서 사용되는 보안 조치는 다음과 같습니다.

 

암호화

암호화는 수학적 알고리즘을 사용하여 데이터를 읽을 수 없는 형식으로 변환하는 것입니다. 복호화 키가 있는 사람만이 원래 데이터에 액세스하고 읽을 수 있습니다.

 

인증

인증은 사용자 또는 장치의 신원을 확인하여 권한이 있는 사용자만 데이터에 액세스할 수 있도록 보장합니다. 접근 제어: 접근 제어는 사용자 권한과 역할을 기반으로 데이터 액세스를 제한합니다. 이렇게하면 권한이있는 사용자만 데이터에 액세스할 수 있습니다.

 

방화벽

방화벽은 네트워크 보안 시스템으로 들어오고 나가는 네트워크 트래픽을 모니터링하고 제어합니다. 불법 액세스를 차단하고 악성 소프트웨어가 네트워크에 들어가는 것을 방지할 수 있습니다.

 

가상 사설망(VPN)

VPN은 불신성 네트워크 상에서 두 장치 간의 안전한 연결입니다. 데이터를 암호화하고 안전한 전송을 보장하는 개인 네트워크 터널을 생성합니다.

 

침입 탐지 및 방지 시스템 (IDPS)

IDPS는 네트워크 트래픽을 모니터링하고 잠재적 보안 위협을 감지합니다. 공격이 발생하기 전에 방지하거나 차단할 수 있습니다