정통공 #3

데이터 통신(네트워크)에서 중요한 4가지 핵심 기능

 

• 주소 지정(Addressing)
  → 네트워크에서 여러 기기가 연결되어 있을 때, 보낼 데이터를 정확한 목적지(받는 기기)로 보내려면 주소가 필요해. 예를 들어, 친구한테 편지를 보낼 때 이름과 주소를 써야 하는 것처럼, 네트워크에서도 특정 기기(컴퓨터, 서버 등)를 정확히 지정해야 해.
• 라우팅(Routing)
  → 데이터를 목적지까지 보내는 "길(경로)"을 찾는 과정이야. 여러 개의 길이 있을 수 있는데, 가장 빠르고 효율적인 길을 선택해야 해. 예를 들어, 네비게이션이 가장 빠른 길을 찾아주는 것처럼, 네트워크도 데이터를 빠르게 전달할 경로를 정해.
• 보안(Security)
  → 데이터를 주고받을 때, 안전하게 보내고, 받는 사람이 제대로 받았는지 확인하는 것이 중요해. 예를 들어, 누군가 네트워크를 해킹해서 데이터를 중간에 바꾸거나 가로챌 수 있기 때문에, 보안 기술을 사용해서 데이터가 변조되지 않고, 지정된 사람만 받을 수 있도록 해야 해.
• 네트워크 관리(Network Management)
  → 네트워크가 잘 작동하도록 유지보수하는 과정이야. 예를 들어, 네트워크가 갑자기 느려지거나 문제가 생겼을 때, 이를 감지하고 빠르게 해결하는 기능이 필요해. 마치 교통 관리 시스템이 도로 상태를 감시하고, 사고가 나면 대응하는 것과 비슷해.

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데이터 통신이란?

컴퓨터나 네트워크 장치들이 서로 데이터를 주고받는 과정

• 전송 매체(Transmission line) → 데이터를 보내는 경로
• 전송 서비스(Transmission Services) → 데이터를 더 효율적으로 보내기 위한 기술

 

데이터 통신의 주요 기술

전송 매체(Transmission Line)

데이터를 보내는 방식에는 두 가지가 있음:

1. 광섬유(Fiber optic transmission) → 빛을 이용해 데이터를 빠르게 보냄.
2. 무선 통신(Wireless transmission) → 와이파이, LTE 같은 전파 기반 전송 방식.

비즈니스에서 중요하게 고려하는 요소

• 용량(capacity) → 데이터를 얼마나 많이 보낼 수 있는지
• 신뢰성(reliability) → 데이터가 정확하게 도착하는지
• 비용(cost) → 비용이 얼마나 드는지

 

전송 서비스(Transmission Services)

데이터를 전송하는 비용이 높기 때문에 효율성을 높이는 두 가지 기술 사용

1. 다중화(Multiplexing)
   • 여러 개의 기기가 하나의 전송 회선을 공유하도록 하는 기술이야.
   • 예를 들어, 한 개의 인터넷 회선을 여러 사람이 함께 쓰는 것과 비슷해.
2. 압축(Compression)
   • 데이터를 압축해서 더 적은 용량으로 전송하는 기술이야.
   • 이렇게 하면 낮은 용량의 저렴한 회선도 사용할 수 있어.
   • 예를 들어, ZIP 파일처럼 크기를 줄여서 전송하는 것과 비슷해.

 

쉽게 정리하면...

데이터를 보내는 방법에는 광섬유와 무선이 있고,

효율적으로 데이터를 전송하기 위해 다중화(여러 장치가 회선 공유)와 압축(데이터 크기 줄이기) 기술을 사용해.

이렇게 하면 비용을 줄이면서도 빠르고 안정적인 데이터 통신이 가능해지는 거야!

 

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1. Multiplexing (Mux, 다중화)

개념

• 네트워크 1계층(Layer 1, 물리 계층) 에서 동작
• 여러 개의 신호를 하나의 복합 신호로 합쳐서 한 개의 전송 매체(케이블, 광섬유 등)로 보냄
• 주로 Point-to-Point(1:1) 네트워크에서 사용됨
  → 송신기가 신호를 하나로 합쳐서 보내면, 수신기가 이를 다시 분리

대표적인 다중화 방식

• FDM (주파수 분할 다중화) → 주파수를 나눠서 전송 (라디오 방송처럼)
• TDM (시간 분할 다중화) → 시간 단위로 데이터를 나눠서 전송 (전화망처럼)
• WDM (파장 분할 다중화) → 여러 개의 빛의 파장(색깔)으로 데이터를 전송 (광섬유 통신)
• OFDM (직교 주파수 분할 다중화) → 여러 개의 주파수를 효율적으로 사용 (Wi-Fi, 4G/5G 통신에 사용)

 

2. Multiple Access (MA, 다중 접속)

개념

• 네트워크 2계층(Layer 2, 데이터 링크 계층) 에서 동작
• 여러 사용자가 하나의 네트워크를 공유하여 동시에 데이터 전송
• Multipoint-to-Point(다대일) 네트워크에서 사용됨
  → 여러 사용자가 동시에 데이터를 보낼 수 있도록 조정

대표적인 다중 접속 방식

• FDMA (주파수 분할 다중 접속) → 사용자를 주파수별로 구분 (아날로그 이동통신)
• TDMA (시간 분할 다중 접속) → 사용자를 시간 슬롯별로 구분 (2G 이동통신)
• CDMA (코드 분할 다중 접속) → 코드를 활용하여 동시에 송수신 가능 (3G 이동통신)
• WDMA (파장 분할 다중 접속) → 광섬유 네트워크에서 파장을 나눠 사용
• OFDMA (직교 주파수 분할 다중 접속) → OFDM의 다중 접속 버전 (4G LTE, 5G에서 사용)
• CSMA (반송파 감지 다중 접속) → 충돌이 발생하지 않도록 감지 후 전송 (Wi-Fi에서 사용)

쉽게 정리하면...

	Multiplexing (Mux, 다중화)	Multiple Access (MA, 다중 접속)
동작 계층	물리 계층 (Layer 1)	데이터 링크 계층 (Layer 2)
목적	여러 신호를 하나의 신호로 합쳐서 전송	여러 사용자가 하나의 네트워크를 공유하여 전송
네트워크 유형	1:1 (Point-to-Point)	다대일 (Multipoint-to-Point)
예시 기술	FDM, TDM, WDM, OFDM	FDMA, TDMA, CDMA, WDMA, OFDMA, CSMA

 

• Multiplexing (다중화) → 하나의 전송 매체에서 여러 개의 신호를 합쳐서 보냄 (데이터를 "묶는" 기술)
• Multiple Access (다중 접속) → 여러 사용자가 하나의 네트워크를 공유하면서 동시에 데이터를 주고받음 (사용자 간 "공유" 기술)

즉, Multiplexing은 데이터 전송 방식이고, Multiple Access는 사용자 간 네트워크 공유 방식

 

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1. 네트워크란?

네트워크는 여러 장치들이 서로 데이터를 주고받는 시스템이야.

우리가 스마트폰, 컴퓨터, 태블릿 등을 통해 인터넷을 사용할 수 있는 것도 네트워크 덕분이야.

2. 네트워크의 주요 특징

1️⃣ 사용자는 계속해서 네트워크 용량을 소비함

• 우리가 인터넷을 사용할 때마다 데이터를 전송하고 받아.
• 예를 들어, 유튜브를 보거나 게임을 할 때도 네트워크 용량을 소비하게 돼.

2️⃣ 여러 장치에서 동시에 네트워크를 사용할 수 있음

• 스마트폰, 노트북, 태블릿 등 여러 기기를 동시에 인터넷에 연결할 수 있어.
• Wi-Fi에 여러 개의 기기가 연결되어도 동작하는 이유야.

3️⃣ 브로드밴드 장치(광대역 장비)는 다양한 애플리케이션을 실행 가능

• 광대역(Broadband) 기술 덕분에 인터넷 속도가 빨라지고, 여러 가지 애플리케이션(유튜브, 줌, 넷플릭스 등)을 원활하게 실행할 수 있어.
• 트래픽 생성 능력(Traffic Generation Capability)이 커진다는 의미!

4️⃣ 기술 발전으로 네트워크 용량 증가 및 통합(Integration) 개념 등장

• 인터넷 속도가 점점 빨라지고, 처리할 수 있는 데이터의 양도 많아졌어.
• 이제 네트워크는 음성(Voice), 데이터(Data), 이미지(Image), 영상(Video) 등을 한꺼번에 처리할 수 있어.
• 예를 들어, 우리가 영상통화를 할 때 음성과 영상이 동시에 전송되는 것도 이러한 발전 덕분이야.

3. 네트워크의 두 가지 종류

네트워크는 크게 두 가지로 나뉘어.

🔹 WAN (Wide Area Network, 광역 네트워크)

• 넓은 지역을 연결하는 네트워크야.
• 예를 들어, 인터넷 자체가 WAN의 대표적인 예시야.
• 도시, 국가, 전 세계를 연결하는 네트워크라고 보면 돼.

🔹 LAN (Local Area Network, 근거리 네트워크)

• 작은 범위(건물, 학교, 회사 등)를 연결하는 네트워크야.
• Wi-Fi 같은 사무실이나 가정 내 네트워크가 대표적이야.

 쉽게 정리하면...

1. 우리는 계속해서 네트워크 용량을 사용하며, 여러 기기를 동시에 인터넷에 연결할 수 있어.
2. 광대역 네트워크 덕분에 더 많은 데이터를 더 빠르게 전송할 수 있어.
3. 기술 발전으로 네트워크는 음성, 데이터, 이미지, 영상까지 동시에 처리할 수 있게 되었어.
4. 네트워크는 WAN(광역 네트워크)과 LAN(근거리 네트워크)로 나뉘며, WAN은 인터넷처럼 넓은 범위를, LAN은 학교나 회사 내부처럼 작은 범위를 담당해.

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1. Wide Area Networks (WAN, 광역 네트워크)

WAN은 넓은 지역(국가, 대륙, 세계)을 연결하는 네트워크야. 인터넷도 WAN의 일종이야.

WAN의 주요 특징

• 넓은 지역을 연결 → 여러 도시, 국가, 대륙을 아우르는 네트워크
• 공공 도로, 바다 등을 가로질러야 함 → 광케이블, 위성 통신 등 다양한 기술이 필요함
• 일반 통신 사업자의 네트워크를 활용 → 개별 기업이 모든 구간을 소유하기 어렵기 때문

 

WAN의 전송 방식(Alternative Technologies)

1️⃣ 회선 교환(Circuit Switching, CS)

• 통화할 때 전화선을 전용 회선으로 할당하는 방식
• 예시:
  • PSTN (Public Switched Telephone Network, 공중 교환 전화망) → 우리가 흔히 사용하는 유선 전화망
  • POTS (Plain Old Telephone Service, 구식 전화 서비스) → 가장 기본적인 전화 서비스
  • ISDN (Integrated Services Digital Network, 종합 서비스 디지털망) → 음성과 데이터를 함께 전송 가능

2️⃣ 패킷 교환(Packet Switching, PS)

• 데이터를 작은 단위(패킷)로 쪼개서 목적지까지 전송하는 방식
• 예시:
  • 인터넷 (TCP/IP) → 우리가 사용하는 인터넷이 패킷 교환 방식
  • X.25, Frame Relay (FR), ATM (Asynchronous Transfer Mode) → 과거의 데이터 통신 프로토콜

 

2. Circuit Switching (회선 교환)

개념

• 전용 회선(dedicated communication path)을 설정한 후 데이터 전송
• 네트워크 노드 간에 물리적인 연결(physical links)을 지속적으로 유지
• 각 링크(logical channel)는 하나의 데이터 흐름을 위해 예약됨

특징

• 데이터가 연속적으로 흐름 (끊김 없이 전송됨)
• 한 번 연결되면 그 채널은 대화가 끝날 때까지 유지
• 전화망(PSTN, POTS)에서 사용됨 → 예를 들어, 전화를 걸면 상대방과 연결된 하나의 고정된 경로가 유지됨

단점

• 비효율적 → 연결이 지속되므로 사용하지 않을 때도 회선이 차지됨
• 대역폭 낭비 → 데이터를 보내지 않아도 연결 유지 비용 발생

 

3. Packet Switching (패킷 교환)

개념

• 데이터를 작은 단위(패킷, packets)로 쪼개서 전송
• 패킷마다 목적지 주소가 있어서 독립적으로 전송됨
• 네트워크 내 여러 노드를 거쳐 목적지까지 이동

특징

• 데이터는 패킷 단위로 나누어 전송됨
• 각 노드에서 패킷을 저장(received, stored briefly) 후 다음 노드로 전송(transmitted)
• 효율적 → 하나의 네트워크를 여러 사용자가 공유 가능

사용 예시

• 인터넷 (TCP/IP) → 웹사이트 접속, 이메일, 동영상 스트리밍 등
• 컴퓨터 간 데이터 통신 → 클라우드 서비스, 파일 전송

장점

• 네트워크 자원을 효율적으로 사용 (필요할 때만 대역폭 사용)
• 여러 사용자가 하나의 네트워크를 공유 가능

 단점

• 패킷이 순서대로 도착하지 않을 수 있음 (재조합 필요)
• 네트워크가 혼잡하면 패킷이 지연될 수 있음

쉽게 정리하면...

	Circuit Switching (회선 교환)	Packet Switching (패킷 교환)
방식	고정된 경로를 설정 후 데이터 전송	데이터를 패킷으로 나눠 개별적으로 전송
연결 방식	통신이 끝날 때까지 전용 회선 유지	패킷이 독립적으로 목적지까지 이동
효율성	비효율적 (대역폭 낭비)	효율적 (필요할 때만 사용)
예시	전화망 (PSTN, POTS, ISDN)	인터넷 (TCP/IP, X.25, ATM)
속도	고정된 속도	네트워크 상태에 따라 가변적
신뢰성	끊김 없이 연속 전송	패킷 유실 가능 (재전송 필요)

 

한마디로...

• WAN은 넓은 지역을 연결하는 네트워크로, 전화망과 인터넷 같은 기술이 포함됨.
• Circuit Switching(회선 교환) → 한 번 연결하면 그 회선을 끝까지 유지 (전화 통화처럼).
• Packet Switching(패킷 교환) → 데이터를 작게 나눠 네트워크에서 자유롭게 이동 (인터넷처럼).

즉, 인터넷이 빠르고 효율적인 이유는 Packet Switching 방식을 사용하기 때문~!

Packet Switching vs. Circuit Switching

패킷 교환과 회선 교환은 데이터 통신에서 데이터를 전송하는 두 가지 방식

Packet Switching (패킷 교환)

✔ 특징

• 통화(Call) 설정 필요 없음 → 바로 데이터 전송 가능 (더 간단함)
• 자원(Resource) 예약 없음 → 네트워크를 실시간으로 할당 (on-demand)
• 네트워크를 최대로 활용 가능 → 전체 대역폭을 효율적으로 사용
• 여러 사용자가 네트워크 공유 가능 → 네트워크 자원을 동적으로 분배
• 네트워크 혼잡 시 패킷 지연(delay) 또는 손실(loss) 발생 가능
• 대기(Queueing Delay) 발생 가능 → 패킷이 대기열에서 처리될 때 지연될 수 있음
• 더 많은 사용자를 수용 가능 → 네트워크 상황에 따라 동적으로 조정
• 간헐적(Intermittent)이고, 갑자기 몰리는(Bursty) 데이터에 적합
  • 예: 인터넷, 이메일, 동영상 스트리밍, 웹 브라우징

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Circuit Switching (회선 교환)

✔ 특징

• 통화(Call) 설정 필요 → 데이터 전송 전 연결을 먼저 설정해야 함
• 자원(Resource) 예약 필요 → 사용 여부와 상관없이 회선이 유지됨
• 특정 사용자를 위한 전용 회선 제공 → 사용하지 않을 때도 회선이 점유됨
• 서비스 품질(Guaranteed Service) 보장 → 통신이 끊기지 않음
• 설정(Call Set-up) 시간이 걸림 → 연결을 설정하는 데 시간이 필요
• 동시에 연결할 수 있는 사용자의 수가 제한됨 → 회선 개수가 정해져 있기 때문
• 일정한 대역폭 보장이 필요한 애플리케이션에 적합
  • 예: 전화 통화, 실시간 스트리밍, 화상회의

	Packet Switching (패킷 교환)	Circuit Switching (회선 교환)
연결 방식	연결 없이 데이터 전송 (On-Demand)	연결을 먼저 설정 후 전송
자원 할당	실시간으로 자원을 동적으로 사용	특정 사용자에게 전용 회선 할당
네트워크 사용	여러 사용자가 공유 (효율적)	1개의 회선을 독점 (비효율적)
데이터 전송	패킷 단위로 잘라서 전송	연속적인 흐름으로 전송
대기 시간	네트워크 혼잡 시 지연(Queueing Delay) 발생 가능	일정한 대역폭 유지 (끊김 없음)
적합한 용도	인터넷, 이메일, 스트리밍	전화 통화, 실시간 방송, 화상회의

Packet Switching (Statistical TDM) vs. Circuit Switching (Synchronous TDM)

이제 패킷 교환과 회선 교환을 TDM(Time Division Multiplexing, 시분할 다중화) 방식으로 비교

Packet Switching (Statistical TDM, 통계적 시분할 다중화)

• 유동적으로 시간 슬롯 할당
• 필요할 때만 대역폭을 사용
• 대역폭 낭비 없음
• 트래픽이 많을 때는 지연 발생 가능
• 예: 인터넷 데이터 전송

Circuit Switching (Synchronous TDM, 동기식 시분할 다중화)

• 각 사용자에게 일정한 시간 슬롯이 할당됨
• 사용자가 데이터를 보내지 않아도 시간 슬롯은 유지됨
• 대역폭 낭비 발생 가능
• 일정한 품질(QoS) 보장
• 예: 전화 통화

쉽게 정리하면...

1. 패킷 교환(Packet Switching)
   • 데이터를 작은 패킷 단위로 쪼개어 전송
   • 네트워크를 동적으로 할당하여 효율적
   • 인터넷, 이메일, 스트리밍 서비스에 적합
   • 하지만 혼잡하면 지연 발생 가능
2. 회선 교환(Circuit Switching)
   • 전용 회선을 설정한 후 데이터 전송
   • 연결이 끊어지지 않고 일정한 품질 보장
   • 전화 통화, 화상회의 등에 적합
   • 하지만 대역폭이 낭비될 가능성이 있음
3. Statistical TDM vs. Synchronous TDM
   • Statistical TDM (패킷 교환 방식) → 유동적인 시간 슬롯 할당
   • Synchronous TDM (회선 교환 방식) → 일정한 시간 슬롯 유지

한마디로...

• 인터넷은 패킷 교환(Packet Switching)을 사용하기 때문에 네트워크 자원을 효율적으로 공유 가능!
• 전화 통화는 회선 교환(Circuit Switching)을 사용하여 연결을 유지하지만, 자원이 낭비될 수도 있음.
• 패킷 교환(Statistical TDM)은 동적으로 대역폭을 할당하지만 지연 가능성 있음.
• 회선 교환(Synchronous TDM)은 항상 일정한 시간 슬롯을 보장하지만, 비효율적일 수 있음.