정보통신공학 Chap 1. Data Communications, Data Networks, and the Internet - 2

ℹ️ 책정리

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네트워크에서 링크 이용률(Link Utilization)을 향상시키는 두 가지 기술인 다중화(Multiplexing)와 압축(Compression)

ℹ️ 링크 이용률을 증가시키는 기술

 

다중화 (Multiplexing)

• 여러 개의 기기가 하나의 전송 회선을 공유하도록 하는 기술
• 한 개의 인터넷 회선을 여러 사람이 함께 쓰는 것

• 여러 개의 데이터 스트림을 하나의 물리적 링크에 결합하여 전송하는 기술

• 하드웨어(Layer 1, 물리 계층) 기술

• 사용자가 아닌 링크 자체에 초점 (즉, 네트워크 토폴로지 관점에서 고려됨)

• 주로 WAN 환경(점대점 링크)에서 사용 (예: 라우터-라우터, 교환기-교환기 간 연결)

• 예제:

• • TDM(Time Division Multiplexing, 시분할 다중화): 각 사용자가 일정한 시간 슬롯을 가짐. (예: 동기식 TDM)
• • FDM(Frequency Division Multiplexing, 주파수 분할 다중화): 각 사용자에게 서로 다른 주파수 대역을 할당.
• • OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 직교 주파수 분할 다중화): 고속 데이터 전송을 위해 여러 개의 직교 주파수를 사용.

 

압축 (Compression)

• 데이터의 크기를 줄여서 더 많은 데이터를 같은 대역폭에서 전송 가능하게 하는 기술.

• 예제: 음성 압축(Voice Compression)

• TDMA(2G 이동통신)에서는 제한된 대역폭에서 더 많은 통화를 제공하기 위해 음성을 압축하여 전송.

 

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ℹ️  다중화(Multiplexing) vs. 다중 접속(Multiple Access)

 

이 둘은 비슷한 개념처럼 보이지만, 목적과 적용 계층이 다름.

	다중화 (Multiplexing)	다중 접속 (Multiple Access, MAC)
계층	물리 계층 (Layer 1)	데이터 링크 계층 (Layer 2)
기술 유형	하드웨어 기반 (H/W)	소프트웨어 기반 (S/W)
사용 환경	WAN (점대점, ex: 라우터-라우터) 1:1 (Point-to-Point)	LAN (다중 지점, ex: 여러 사용자가 공유 매체를 이용) 다대일 (Multipoint-to-Point)
사용자 고려 여부	사용자를 고려하지 않음 (데이터 흐름을 하나의 링크에 결합)	사용자를 고려함 (여러 사용자가 같은 채널에 접근할 때 충돌을 해결해야 함)
예제	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)	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)

예제

• TDM (Multiplexing) vs. TDMA (Multiple Access)

• TDM: 하나의 링크에서 시간을 나누어 각 데이터 스트림을 전송 (ex: WAN 환경에서 사용).

• TDMA: 여러 사용자가 같은 주파수 대역을 공유하지만, 시간적으로 분리하여 충돌을 방지 (ex: 셀룰러 네트워크에서 사용).

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ℹ️ 네트워크의 두 가지 종류

WAN (Wide Area Network, 광역 네트워크)

• 넓은 지역을 연결하는 네트워크
• 인터넷 자체가 WAN의 대표적인 예시
• 도시, 국가, 전 세계를 연결하는 네트워크

 

LAN (Local Area Network, 근거리 네트워크)

• 작은 범위(건물, 학교, 회사 등)를 연결하는 네트워크
• Wi-Fi 같은 사무실이나 가정 내 네트워크
• 이화여대 lan

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WAN(광역 네트워크)에서 사용되는 두 가지 방식인 회로 교환(Circuit Switching, CS)과 패킷 교환(Packet Switching, PS)

ℹ️ WAN에서 사용되는 두 가지 기술

 

회로 교환 (Circuit Switching, CS)

• 데이터를 전송하기 전에 고정된 경로(Route)와 대역폭(Bandwidth)을 미리 예약하는 방식.

• 특징:

• 연결 설정 필요: 통신이 시작되기 전에 경로와 자원을 예약해야 함.

• 고정된 대역폭: 모든 사용자는 고정된 속도로 데이터를 보냄.

• 지연 없음: 데이터가 전송될 때는 큐잉(queueing)과 패킷 처리 지연이 없음.

• 비효율성 발생 가능: 사용자가 데이터를 보내지 않을 경우에도 대역폭이 낭비됨.

• 예제:

• PSTN(공중 전화망, Public Switched Telephone Network)

• 아날로그 전화 통신(3kbps 음성통신)

 

➡️ 단점:

• 사용자가 데이터를 전송하지 않을 때도 대역폭이 낭비됨.

• 동적인 데이터 트래픽 처리에 적합하지 않음.

 

 

 

패킷 교환 (Packet Switching, PS)

• 데이터를 작은 패킷(Packet) 단위로 나누어 독립적으로 전송하는 방식.

• 특징:

• 연결 설정 불필요: 미리 경로를 예약하지 않고 바로 데이터를 전송 가능.

• 각 패킷은 독립적으로 라우팅됨 → 라우터가 매번 최적 경로를 결정.

• 라우팅이 필요함 → 전송 중 지연(delay) 및 패킷 손실 가능.

• 비동기식 TDM (Statistical TDM) 사용: 유휴 자원을 효율적으로 활용 가능.

• 예제:

• 인터넷 (IP 네트워크)

 

➡️ 장점:

• 대역폭을 동적으로 활용할 수 있어 효율성이 높음.

• 다양한 애플리케이션(비디오 스트리밍, 웹 브라우징)에 적합.

 

➡️ 단점:

• 패킷이 도착하는 순서가 다를 수 있음 (Out-of-order delivery).

• 패킷이 라우터에서 큐잉(Queueing)과 패킷 처리로 인해 지연이 발생할 수 있음.

 

	회로 교환 (Circuit Switching, CS)	패킷 교환 (Packet Switching, PS)
연결 방식	사전 연결 설정 필요	연결 설정 없이 바로 전송
대역폭	고정 대역폭 할당	동적으로 대역폭 사용
데이터 전송 방식	모든 데이터가 한 경로로 전송됨	패킷 단위로 나눠 독립적으로 전송됨
전송 속도	일정 (고정 속도)	가변 (네트워크 상황에 따라 다름)
지연 (Latency)	낮음 (사전 설정된 경로)	높음 (큐잉, 라우팅 필요)
효율성	낮음 (유휴 대역폭 발생 가능)	높음 (트래픽에 따라 자원 활용 가능)
예제	PSTN 전화망	인터넷(IP 네트워크)