2019학년도 1학기 데이터통신 중간고사 대비 정리

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중간고사 대비 정리.docx

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Data = 데이터를 만들어 사용하는 사용자간 합의된 형태로 표현된 정보

Data communication = 전선과 같은 통신 매체를 통하여 두 장치간 데이터를 교환하는 것.

Jitter = 패킷 도착시간이 서로 조금씩 달라 일정치 못한 정도.

           처리시간 및 결과물의 도달 시간의 변동폭.

Throughput = bandwidth = 초당 전송 가능한 bit 수.

Latency = delay = 한 지점에서 목적지로 전달하는데 걸리는 시간.

ISP(Internet Service Provider) = 인터넷 서비스 제공자.

POP(Point of Presence) = 존재점, 서로 다른 ISP의 네트워크들의 교차점.

CPE(Customer Premises Equipment) = 가입자와 ISP를 연결해주는 단말 장치 ex)모뎀

NAP(Network Access Point) = 백본 네트워크에 연결되는 지점.

Backbone = Sprint, Verizon, AT&T와 같은 통신회사들이 소유한 네트워크.

Attenuation = 감쇠. 에너지 손실.

Distortion = 일그러짐. 형태의 변형.

Noise = 잡음. 열잡음, 유도잡음, 혼선 등

SNR(Signal-to-Noise Ratio) = 신호 대 잡음 비.

Bandwidth-delay-product = 대역폭-지연 곱. 링크를 채울 수 있는 비트의 수.

Data rate = 데이터 전송률. 초당 비트 전송률. bps(bits per second)

Duration or length of a bit = 송신기가 비트를 방출하는데 걸리는 시간.

Baud = 보. 초당 시그널(펄스) 수.

Ionosphere = 전리층

Infrared = 적외선

Omnidirectional = 전방향

Data word = 보내고자 하는 bit block

Code word = Data word에 중복 비트를 더한 것. (실제로 주고받는 것)

 

Switching

-       인터넷은 스위치가 적어도 두 개의 링크를 연결하는 switched network이다.

-       스위치는 필요할 때 네트워크에서 다른 네트워크로 데이터를 전달해야 한다.

-       가장 일반적인 스위칭 네트워크는 circuit-switched network와 packet-switched network

-       +Message switching

Circuit-switched network (회선 교환망)

-       종단 시스템간 회선이라는 전용선 이용 ex)Tele-communication. 전화망

-       Three step

1.     Setup the circuit (Establish the connection, Call setup)

2.     Transmit the data (Deliver the information, Data Transfer)

3.     Terminate the circuit (Close the connection, Connection teardown)

Packet-switched network (패킷 교환망)

-       패킷(순서대로 잘라진 데이터 조각, 전송의 기본 단위)을 node to node로 네트워크를 통해 목적지로 전달하는 방식.

Circuit-switched network (회선 교환망)	Packet-switched network (패킷 교환망)
종단 시스템간 회선이라는 전용선 이용	회선 공유. 메시지를 일정한 크기의 패킷으로 분해, 전송, 재조립
통신간 전용 회선을 할당해 비효율적.	높은 트래픽에도 작동. Scalable.
Minimum delay. But Long initial delay	우선순위 설정 가능, 패킷들의 독립적인 처리.

 

Datagram network	Virtual-circuit network
네트워크에 들어간 패킷들은 독립적으로 처리.	Preplanned route.
순차적으로 내보내지만 순서가 바뀌어 도착할 수 있음.	Each packet contains a VCI(Virtual circuit identifier) instead of destination address.
없어질 수 있음	Node가 각각의 패킷에 대해 라우팅을 할 필요가 없음.
Re-order와 recover의 책임은 수신자에게.

 

 

 

Protocol = 통신 규약, 통신 절차 (규칙들의 집합)

-       Syntax = 데이터 구성에 대한 형식, 코딩 방법, 신호 레벨

-       Semantics = 제어/처리방법, 에러 처리 방법

-       Timing = 통신 속도, 동시 통신시 순서 관리 기법

l  (Event, Action, Format)

 

The physical layer is responsible for movements of individual bits (from one hop(node)) to the next.

The data-link layer is responsible for moving frames from one hop(node) to the next.

The network layer is responsible for the delivery of individual packets from the source host to the destination host.

The transport layer is responsible for the delivery of a segment from one process(port) to another process(port).

The session layer is responsible for dialog control and synchronization. (1계층의 bit sync와 다름!)

The presentation layer is responsible for translation, compression, and encryption.

The application layer is responsible for providing services to the user.

 

4 levels of address (in TCP/IP protocol)

Physical address	2계층 Data-link	2A-12-AE-F5-10-32 (MAC Address)
Logical address	3계층 Network	223.197.10.43 (IPv4)
Port address	4계층 Transport	80, 8080, 25, 3308 (HTTP, SMTP, MySQL)
Host Name	5계층 Application	www.naver.com (URL)

Analog data      ↔      Telephone         ↔ Analog signal

Digital data       ↔       Modem          ↔ Analog signal

Analog data      ↔        Codec           ↔ Digital signal

Digital data       ↔   Digital Transceiver   ↔ Digital signal

 

l  Baseband transmission = 디지털 신호를 아날로그 신호로 변조하지 않고 그대로 전송. 속도는 빠르지만 장거리 전송에 적합하지 않고, LAN과 같은 단거리 통신에 사용. 단일정보(동일정보), 시그널 전송에 사용.

 

 

Transmission impairment (전송 장애)

-       Attenuation(감쇠) = 에너지 손실 -> 증폭으로 극복

-       Distortion(일그러짐) = 형태의 변형.

-       Noise(잡음) = 열잡음, 유도잡음, 혼선 등

 

SNR(Signal-to-Noise Ratio) = 신호 대 잡음 비. 클수록 좋다.

           = (average signal power / average noise power)

데이터 전송률의 한계

Nyquist bit rate -> Bit rate=2*bandwidth*log2L  (L = 데이터 표현에 사용된 신호준위의 개수)

Shannon capacity -> Capacity=bandwidth*log21+SNR

l  Bandwidth-delay product (대역폭-지연 곱) = 링크를 채울 수 있는 비트의 수

 

Digital-to-digital conversion

-       Line coding (회선 부호화)

-       Block coding (블록 부호화)

-       Scrambling (뒤섞기)

 

Line coding _baseband transmission에서 주로 사용.

= 디지털 데이터를 디지털 신호로 변환하는 작업(과정).

 

l  NRZ (Non Return to Zero), RZ (Return to Zero), AMI (Alternate Mark Inversion)

 

l  Manchester = 이더넷, 토큰 버스, IEEE 802.3

l  Differential Manchester = 토큰 링

l  8B6T(8 Binary, 6 Ternary) = sync나 에러 감지, 전송매체 이더넷 케이블

l  2B1Q = DSL 기술에서 가입자 전화 회선을 사용하여 고속 인터넷 접속 제공.

 

Block coding (블록 부호화)

-       동기화를 위해서는 중복성이 필요. (+Error detecting)

-       m비트를 n비트의 블록으로 바꿈. (n>m) -> mB/nB 부호화

 

Analog-to-digital conversion

-       Pulse Code Modulation (PCM)

-       Delta Modulation (DM)

PCM = 가장 보편적인 AtoG (digitization, 디지털화) 기술.

1.     Sampling (표본화, 채집화)

2.     Quantizing (양자화, 계수화)

3.     Encoding (부호화)

DM = 가장 간단한 At-G기술. 직전 표본 값과의 차이 값(변화량)을 찾는다.

 

전송 방식

-       병렬 전송(Parallel) = 동시에 n비트를 보내기 위해 n개의 전선을 사용 (빠름, 비쌈. 컴퓨터 내부)

-       직렬 전송(Serial) = 한 비트씩 순차적으로 전송. (통신망)

n  Asynchronous (비동기식) _저속, 근거리

u  Start bit, stop bit. 전송효율 낮음 (제어문자가 아님!)

u  바이트 수준에서의 비동기. 비트들은 여전히 동기화.

n  Synchronous (동기식) _고속, 원거리

u  미리 정해진 수 만큼의 문자열을 한 블록 (프레임)으로 만들어 일시에 전송.

u  제어문자(SYN) 사용.

l  문자 동기 방식 = SYN에 의한 동기. (BSC protocol)

l  비트 동기 방식 = 데이터 블록(프레임)의 처음과 끝에 8비트의 플래그 비트에 의한 동기화 (HDLC, SDLC)

n  Isochronous (등시식)            ex) IEEE 1394, 파이버 채널 (FC), USB

u  일정한 시간 간격을 유지.

u  동기/비동기가 모두 가능. 송신 측에서 보낸 타이밍 신호를 그대로 유지해서 수신 측까지 데이터 프레임을 보내는 전송모드.

u  임의의 두 유의순간(significant instants)에 대한 시간 간격이 모두 단위 시간과 같거나 정수 배(인 신호).

 

 

Digital-to-analog conversion

-       ASK (Amplitude shift keying) = 진폭 편이 변조

-       FSK (Frequency shift keying) = 주파수 편이 변조

-       PSK (Phase shift keying) = 위상 편이 변조

-       QAM (Quadrature amplitude modulation) = 구상 진폭 변조, 진폭 위상 편이 변조

 

Analog-to-analog conversion

-       AM (Amplitude modulation) = 진폭 변조

-       FM (Frequency modulation) = 주파수 변조

-       PM (Phase modulation) = 위상 변조

 

Multiplexing (다중화)

-       단일 링크를 통하여 여러 개의 신호를 동시에 전송할 수 있도록 해주는 기술.

-       고속 통신 회선 주파수나 시간을 일정한 간격으로 나누어 각 단말기에 동시에 접속 가능하도록 하는 장치 (다중화기)

l  FDM (Frequency-division multiplexing) – (주파수 분할 다중화, 아날로그)

n  전송되어야 하는 신호들의 대역폭을 합한 것보다 링크의 대역폭이 클 때 적용가능.

n  각각의 신호를 각기 다른 반송 주파수로 변조.

n  Guard band (보호대역) 필요.

n  TDM에 비해 구조 간단, 저렴

n  저속, 비동기식 전송, 아날로그 신호 전송에 적합

l  TDM (Time-division multiplexing) – (파장 분할 다중화, 디지털)

n  광섬유의 고속 데이터 전송률을 이용하기 위해 설계

l  WDM (Wave-length-division multiplexing) – (시분할 다중화, 아날로그)

n  링크의 높은 대역폭을 여러 연결이 공유할 수 있도록 하는 디지털 과정.

n  시간을 분할하여 여러 시그널을 보냄. (주파수가 아닌 시간으로 나눔!)

DS and T line rates

Service	Line	Rate (Mbps)	Voice Channels
DS-1	T-1	1.544	24
DS-2	T-2	6.312	96
DS-3	T-3	44.736	672
DS-4	T-4	274.176	4032
E line rate	E-1	2.048	30
	E-2	8.448	120
	E-3	34.368	480
	E-4	139.264	1920

 

 

 

Media (전송 매체)

-       Guided media (wired media)

n  Twisted-pair cable (꼬임쌍선)             (5E UTP, RJ45)

n  Coaxial cable (동축 케이블)     (RG58, BNC connector, BNC T, BNC terminator)

n  Fiber-optic cable (광섬유 케이블)

-       Unguided media (wireless media)

n  Air

 

 

Twisted-pair cable

-       Conductor, Insulator (전도체, 절연체)로 구성.

-       UTP, STP (U = unshielded, S = shielded=Metal shield)

Category	Specification	Data rate (Mbps)	Use
1	Telephone	<0.1	Telephone
2	T lines	2	T-1 lines
3	LAN	10	LANs
4	Token Ring	20	LANs
5		100	LANs
5E		125	LANs

-       UTP Connectors = RJ45 Female, Male

 

 

Coaxial cable

-       Inner conductor, Insulator, Outer conductor(shield), Insulator, Plastic cover

Category	Impedence	Use
RG-59	75Ω	Cable TV
RG-58	50Ω	Thin Ethernet
RG-11	50Ω	Thick Ethernet

-       BNC connector, BNC T, BNC terminator (50Ω)

 

 

Optical fiber (Fiber-optic)

-       Cladding (피복), Core로 구성.

 

           급하게 꺾임                            완만하게 꺾임                         지름이 좁다.

-       Optical fiber connectors = SC connector, ST connector, MT-RJ connector

 

Air

l  Radio wave = omnidirectional

l  Infrared wave = unidirectional

l  Infrared wave = short-range communication

-       Ground propagation = below 2MHz

-       Sky propagation = 2~30MHz

-       Line-of-sight propagation = above 30MHz

 

Structure of a switch

-       Circuit-switches

n  The space-division switch

u  Crossbar switch = n개의 입력, m개의 출력 연결. n*m개의 Cross point요구

u  다단계 교환기 = Crossbar switch를 여러 단계로 결합.

n  교차점의 감소 (설계 비용 감소), Blocking 현상 증가

n  The time-division switch

u  TDM버스를 이용한 switch

n  Time-space-time switch

-       Packet-switch (store-and-forward)

n  Input port, Output port, routing processor, switching fabric으로 구성.

n  Banyan switch 그리는 연습!

n  Batcher-Banyan switch = 같은 경로를 지나는 것들을 sorting.

 

 

Data-link layer

-       Data link control sublayer (DLC)

n  Framing, flow control, error control, physical addressing

-       Media access control sublayer (MAC)

-       매체 접근 제어는 MAC sublayer가 담당하고, 나머지는 DLC sublayer가 담당한다고 이해.

-       ARP (Address resolution protocol)  /          RARP (Reverse ARP)

n  IP address -> MAC address    /          MAC address -> IP address

Error detection and correction

-       오류 검출, 정정의 중심 개념은 redundancy (중복) 이다!

-       Types = single-bit error, burst error

l  두 워드 사이의 Hamming distance는 차이가 나는 해당 비트들의 수이다.

n  s개의 bit error를 찾기 위해서는 dmin이 최소 s+1이어야 한다.

l  Cyclic codes

n  CRC (Cyclic redundancy check)

n  생성기가 2개 이상의 항을 가지면서 x^0의 계수가 1이면 모든 single-bit error는 검출된다.

n  Polynomials.

u  장점 = 단일, 2, 홀수개의 비트 및 burst error를 검출하는데 우수.

u  Hw, sw로 쉽게 구현 가능

u  Hw로 구현하면 특히 빠름.

u  많은 네트워크에서 순환 코드 사용.

l  Checksum

n  임의 길이의 메시지에 적용 가능한 error detecting technique

n  모든 값을 더하여 마지막에 추가하여 보냄.

How to detect bit error?

1.     Use a hamming distance.

2.     Use polynomials.

3.     Use a checksum.

 

FEC (Forward error correction)                 (BEC = 에러 정정은 송신자의 책임. 재송신)

-       에러 정정은 수신자의 책임.

-       Using hamming distance.

n  n bit error를 정정하기 위해서는 dmin = 2n+1이 되어야 한다.

 

누락된 내용은 첨부파일에.

알고리즘도 정리해야 하는데 알고리즘은 거의 대부분이 수학이라서 정리할게 있으려나.. 음..

알고리즘은 그냥 따로 정리 안할수도..

 

* 포스팅용으로 만든 자료가 아니라, 개인 공부용으로 만든 자료이기 때문에 이미 잘 기억하고 있거나 당연하다고 여기는 내용, 중간고사에서 나오지 않는 내용은 빠져있을 수 있습니다.