정보통신 : 기술 면접 준비 4 : 회선 공유 기술, 다중화기법, 핸드오프, 데이터회선망

오늘은 두 장치간 정보통신을 위해 회선을 사용하는데 있어 그 회선 공유기술에 대한 이야기를 해보도록 하겠다.

 

아주 흥미로울 것이다. 이전시간 글을 읽고 오길 바란다.

 

정보통신 : 기술 면접 준비 2 신호 변환, 아날로그 전송, 디지털 전송, 통신 회선망

 

회선 공유 기술

• 다수의 단말기에 대한 통신 회선을 공용으로 활용
• 하나의 통신로를 여러 가입자가 동시에 이용하여 통신 
• 통신 회선 공유 => 회선 이용 효율성 및 경제성을 향상  
• 종류: 다중화기(Multiplexer), 집중화기(Concentrator)

위해서 설명한 것이 즉 공통된 통로를 써서 여러 개의 신호를 전송하는 일인 다중화 기술을 의미 한다. 

그럼 이것을 사용하는 다양한 장치들을 살펴보자.

 

 

다중화기(MUX : Multiplexer)

회선을 다수의 단말이 공용으로 사용하기 위해 일정한 시간이나 주파수를 나누어 사용

 

집중화기(Concentrator) 

• 한 단말기가 공유 회선을 점유하면 다른 단말은 쓸 수 없음 
• 다중화기와 통신회선을 공유한다는 개념은 동일 

예: 프린터

 

요약하면

다중화기는 여러개의 단말에서 보낸 송신을 하나로 묶어서 전송하고 풀어서 사용한다.

집중화기는 A가 송신 한다고 말하면 나머지는 stop하고 A 보내고 끝나면 B 송신 이런식으로 사용하는 것을 말한다.

 

역다중화(DMUX) 

• De-multiplexing 
• 하나의 신호를 여러 개로 나눠서 다수의 전송로로 전송

역 다중화는 하나의 송신이 오면 여러개의 회선으로 전송하는 것을 말한다.

 

파장 분할 다중화(WDM) 

• Wavelength Division Multiplexing / Multiple Access
• 하나의 광섬유를 여러 개의 빛의 파장으로 나누어 다수 의 단말이 사용

요즘 최신 기술이다 알아두도록 하자 

 

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그렇다면 다중화와 어떤 다중화 장치들이 있는지 살펴 보았으니 다중화 종류에 대하여 살펴보자.

 

다중화 종류 == 다중화 기법

• 주파수 분할 다중화(FDM: Frequency Division Multiplexing)  + 위에 WDM 최신 기술은 이 기법에 속한다.
• 시분할 다중화(TDM: Time Division Multiplexing) 
• 코드 분할 다중화(CDM: Code Division Multiplexing)
• 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)

 

주파수 분할 다중화(FDM: Frequency Division Multiplexing)

• 하나의 전송로 대역폭을 작은 대역폭(채널) 여러 개로 분할하여 여러 단말기가 동시에 이용할 수 있게 하는 방식 
• 별도의 주파수 채널을 설정해 이용
• 채널 간에 상호 간섭을 막으려면 보호 대역이 필요(guard) ex 100 ~ 1000 쓰면 다음 주파수는 1050 ~ 2000 사용 
• 구조가 간단 => 저비용
• 사용자가 추가하기 용이 (새 주파수 설정하면 끝)

즉 하나의 회선에 여러 주파수로 나누어 송신 한다고 생각하면 이해하기 쉬울 것이다.

 

시분할 다중화(TDM: Time Division Multiplexing) [1/2]

• 전송로 대역폭 하나를 시간 슬롯으로 나눠서(시간 분할) 사용 
• 상호 간섭을 방지하기 위하여 사용되는 가드 시간 간격을 추가 
• 점대점 통신시스템에서 많이 사용하는 방식 중 하나
• 내부에 버퍼 기억 장치가 필요

즉 하나로 모아서 송신을 하면 수신 쪽에서 그 덩어리를 시간으로 쪼개서 각자 단말이 받아 들인다고 생각하자.

 

시분할 다중화(TDM: Time Division Multiplexing) [2/2]

 

동기식 시분할 다중화

– 모두 동일한 시간 간격으로 분할하는 방식

동기식으로 보낼경우 만약 보낼 데이터가 없는 단말들에 대한 시간은 비어 놀게 된다.

그래서 빈 시간을 활용하기 위해 아래와 같은 방법이 고안되었다.

 

비동기식 시분할 다중화

– 전송 요구가 있는 채널에만 시간 슬롯을 동적으로 할당하여 전송 효율을 높임

– 똑같은 시간에 많은 양의 데이터 전송가능

– 동기식 대비 슬롯 할당을 위한 별도의 슬롯 필요

– 동기식 대비 상대적으로 가격이 비쌈

 

 

코드 분할 다중화(CDM: Code Division Multiplexing)

• 스펙트럼 확산 다중화라고도 함 
• 전송신호를 위한 별도의 암호화 기술이 적용

현대에서 우리가 휴대폰을 사용할때 이 방법이 사용 되는데 

각각의 휴대폰들이 송신한걸 (전송신호들)기지국에서 가지고 있다가 

한번에 큰 뭉텅이를 쫙! 쏴버린다. 그럼 각자의 수신 폰들 (자기 자신이 될 수도 있음) 은 

암호코드가 일치하지 않는다면 다 버려버린다.

 

 

 

직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 

• 고속의 송신 신호를 수백 개 이상의 직교하는 협대역(narrowband) 반송파로 변조하는 방식 
• 주파수 축과 시간 축을 영역으로 2차원 좌표평면 개념을 활용 
• 주변의 반송파 간 시간상으로 직교성을 유지

 

그림으로 이해하는게 더 쉬울것이다. 즉 주파수를 쐈을때 시간에 따라서 블락단위로 짤라 사용 하는 것이다.

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기타 용어

 

살아가면서 송신탑을 본적이 있는가?  지금 부터 조금 흥미로운 기술에 대한 이야기를 하려고 한다.

 

핸드오프(Hand-off/Over)

• 이동 전화 사용자 단말이(예: 스마트폰) 하나의 기지국에서 다른 기지국으로 이동하는 과정에서 통화가 끊기기 않게 이어주는 기능

 

 

• 종류:

– 소프터 핸드오프(Softer Hand Off)

» 동일 기지국 내 섹터 간 핸드 오프 

이게 무슨말이냐면 자기가 하나의 기지국에 달린 머리같은 것들이 자기가 바라보는 쪽으로만 데이터를 쏘고 받을 수가 있는데. 사람이 움직이면 이 머리가 바라보는 방향을 벋어날 수 있다. 그럴때 옆에 머리로 연결해주는 것을 말한다.

https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=jkhan012&logNo=222019682170

 

– 소프트 핸드오프(Soft Hand Off)

» 기지국 간 핸드오프

» 하나의 기지국이 이동 전화 사용자의 채널을 먼저 확보하여 연결한 후, 현재 사용 중인 채널의 연결을 끊는 방식

 

– 하드 핸드오프(Hard Hand Off)

» 교환기 간 핸드 오프

» 예: 5G 구간 => 4G 구간 => 3G 구간

 

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위에서는 하나의 회선을 통한 다중화 기법을 살펴보았는데 이제부터
어떻게 이 데이터 회선을 실질적으로 다른 장치들들에게 효율적으로 교환 시켜줄지에 대한 방법들에 대하여 배워보겠다.

 

데이터 회선망

 

교환(Switching) 방식 

회선(Circuit) 교환 방식

• 점대점(Point-to-Point)

• 물리적인 회선을 설정 후, 데이터 송 /수신을 수행

• 전파 지연이 가장 짧으며 실시간 통신이 가능

• 고정 대역폭 제공

• 회선을 독점 => 통신 비용이 증가

즉 물리적으로 집적 연결해서 사용 하는 것이다.

 

축적(Store and Forward) 교환 방식

• 일시적으로 보낼 데이터를 저장하여 전송

       – 일시 처리 및 변환 가능

• 통신 회선을 공동으로 사용 => 통신 비용 절감

• 전달 속도가 낮아질 수 있음

• 종류:

       – 메시지(Message) 교환 방식

       – 패킷(Packet) 교환 방식

중간 라우터같은 애들이 모아두었다가. 한번에 뿌려 버리는 것이다.

이 축정 교환 방식을 기반으로한 대표적인 기술들을 살펴보자. 

 

패킷이란?

패킷이란 무엇일까? 패킷의 정의와 구조(What is packet?)

 

패킷 교환 방식의 대표적인 방식 2가지

 

데이터그램(Datagram) 패킷 교환 방식 

• 일정 크기의 데이터 단위(블록)으로 쪼개어 특정 경로의 설정 없이 전송하는 방식 
• 중간 노드에 문제가 발생하여도 우회하여 목적지에 도착 
• 목적지에서의 수신한 패킷의 순서는 다를 수 있음 
• 정렬 및 재조립이 필요

o                  o              o: 도착지점 

o                 o

알아서 자기들 끼리 우회 우회 해서 어떻게든 도착 지점 까지 도착한다.

 

가상 회선(Virtual Circuit) 패킷 교환 방식

• 패킷을 전송하기 전에 미리 가상적인 경로(초기 설정 필요) 
• 확보된 경로를 통해 전달되기 때문에 데이터그램 방식보다 오류가 적음 
• 패킷의 송신 순서와 수신 순서가 바뀌지 않음

o                o                    o: 도착

||                                      ||

o         =       o             =   o

이렇게 가라고 가상으로 길을 정하는 것임 

 

 

 

패킷이 계속해서 등장하기 때문에 추가적으로 이러한 용어도 알아두자.

 

라우팅(Routing)

• 패킷을 출발지에서 목적지까지 전달하기 위한 최적의 경로를 선택하는 과정 
• 경로 선택 전략

• 비 적응적 방법

– 정적 라우팅(Static Routing)

– 경로 선택을 단순화

– 중간 노드의 상태를 고려하지 않음

– 정적이고 수동적인 방법

– 대표적 예: 고정(Fixed) 방식, 범람(Flooding) 방식

 

• 적응적(Adaptive) 방법

– 동적 라우팅(Dynamic Routing)

– 중간 노드의 체증이나 교착상태 등의 변화를 감시

– 상황에 따라 능동적으로 경로를 선택 또는 변경

– 대표적 예:

             » 거리 기법 : BGP, RIP, RIP-V2, IGRP

             » 링크 상태 기법 : OSPF

 

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트래픽 제어(Traffic Control) 

• 수신측의 버퍼량(Buffer Size)이 한계점을 초과하지 않도록 함 
• 네트워크 내로 송/수신되는 패킷의 수를 조절 
• 네트워크를 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 기술 
• 관련 기술:
  •  흐름 제어(Flow Control)
  • 체증(혼잡) 제어(Congestion Control)
  • 교착상태 회피(Deadlock Avoidance) 등   

교착 상태 회피에 의하여 발생 할 수 있는 록업상

 

 

회선 공유 기술, 다중화기법, 핸드오프, 데이터회선망