CS/정보통신공학

[정보통신공학] Ch01. Data Communications, Data Networks, and the Internet

rngPwns 2025. 4. 11. 14:34

중간고사

ch 1,2,4,6,7

유의사항

  • 연습문제
  • 판서
  • 필기
  • 퀴즈
  • 숫자 : 딱 떨어져야 함 계산기 필요 없을 정도로
  • 5지선다 16개-맞는거, 틀린거 고르는 거 잘 보기. 가장 근접한 답 하나. 당구장표시->~무시해라. 단답형 16개(그림도 많이 나옴), 서술형 x
  • 확실하게 알아야 한다.

 

[PPT 번역본] 

 

 

📌 Learning Objectives

  • 데이터 통신 트래픽 양의 추세 개요를 제시한다.
  • 데이터 통신 시스템의 핵심 요소를 이해한다.
  • 데이터 통신 네트워크의 종류를 요약한다.
  • 인터넷의 전체 구조에 대한 개요를 설명한다.

✅ 기술 발전 – 주요 동인(Driving Forces)

  • 대역폭 또는 지연(latency)에 민감한 애플리케이션
    • VoIP(Voice over IP), 화상회의, 온라인 게임, 실시간 콘서트나 스포츠 스트리밍
    • 상호작용형 온라인 활동, 소셜 네트워크
  • 손실(loss)에 민감한 애플리케이션
    • 파일 공유(P2P, peer-to-peer)
    • 주문형 비디오(VoD) 스트리밍
    • 이메일
    • 원격 접속(Remote access)

✅ 네 가지 주목할 기술 트렌드

  1. 더 빠르고 저렴한 컴퓨팅 및 통신 추세
    • 더 강력한 컴퓨터는 더 많은 요구를 충족시키는 애플리케이션을 지원
    • optical fiber(광섬유) 및 고속 무선통신의 확산으로 전송 비용은 감소, 용량은 증가
  2. 네트워크의 지능화
    • 서비스 품질(QoS)의 다양한 수준
    • 네트워크 관리와 보안에 있어 맞춤형 서비스 제공 가능
  3. 인터넷, 웹, 관련 애플리케이션의 지배적 부상
    • "Everything over IP"
    • 기업 내부 정보 보호를 위한 인트라넷, 엑스트라넷 사용 증가
  4. 모빌리티(Mobility)
    • iPhone, Droid, iPad는 비즈니스 네트워크의 진화를 주도
    • 기업 애플리케이션이 이제 모바일 디바이스에서 일반적으로 제공됨
    • 클라우드 컴퓨팅 수용 확대

✅ 기술 발전: CES 2023 ~ CES 2025 트렌드

  • AI, Metaverse, On-Device AI, 로봇 모빌리티(자동차), 위성 연결 증가
  • Net Zero ESG(환경·사회·거버넌스)
  • Spatial computing, 가정용 헬스케어 기술 부상

✅ 기본 용어 정리 (1/2)

  • Station(스테이션): 컴퓨터, 단말기, 전화기 등 종단 장치
    • 송신측: Source station(TX)
    • 수신측: Destination station(RX)
  • Node(노드): 스위칭/라우팅 등 통신을 중계하는 장치
    • 노드는 데이터 내용보다는 전달 경로 결정에 관여
    • 노드는 노드만 연결하거나, 스테이션과도 연결 가능
    • 노드 간 링크는 보통 여러 신호를 한 선에 실어 보내기 위해 다중화(FDM, TDM)됨
      • FDM ( Frequency Division Multiplexing ) (주파수 분할 다중화):
        각 데이터 신호에 서로 다른 주파수를 부여해서 동시에 전송
      • TDM ( Time Division Multiplexing ) (시간 분할 다중화):
        시간대를 나눠서 순서대로 번갈아 전송

✅ 기본 용어 정리 (2/2)

  • 통신 네트워크는 노드와 링크의 집합이며, 두 가지 스위칭 기술을 사용함:
    • LAN(Local Area Network, 근거리 통신망)
      • Ethernet(이더넷), Wi-Fi, Cellular Network(셀룰러 네트워크)
    • WAN(Wide Area Network, 광역 통신망)
      • 회선 교환(Circuit Switching)
      • 패킷 교환(Packet Switching)
  • Path(경로): 네트워크 노드 사이의 연결된 링크 시퀀스
    • End-to-End Path(e2e 경로): 두 스테이션을 연결하는 링크(또는 노드) 리스트

✅ 네트워킹 기술의 변화

  1. 고속 LAN의 등장
  2. 기업의 WAN 수요 증가

추가 기술 요소: 자동화, 5G, Wi-Fi 6, AI, 멀티클라우드 네트워킹

✅ Cisco의 글로벌 네트워킹 트렌드 & NaaS(Network as a Service)

  • 배경 요인
    • 모바일 사용자 증가, 클라우드 확산 → 네트워크 복잡도 증가
    • 빠르게 변화하는 기술 & 보안 위협
    • 신규 서비스 구축, 패치, 보안 업데이트에 IT 인력의 출장이 요구됨
  • 해결책: NaaS (자체 인프라 없이 네트워크를 클라우드처럼 운영)
    • 하드웨어 중심 VPN, 로드밸런서, 방화벽, MPLS를 대체 가능
    • 수요에 따라 확장/축소 가능, 빠른 서비스 배포, 하드웨어 비용 제거
  • 비교: SASE vs NaaS
    • SASE: 사무실/재택 사용자 → 애플리케이션/데이터 연결 아키텍처
    • NaaS: 물리 인프라 없이 네트워크 운영을 위한 완전한 서비스 패키지

✅ Cisco: AI와 네트워크의 미래

  • **Generative AI(생성형 AI)**가 B2B 영역에 확산 → 사용자 맞춤 LLM 등장
  • 책임감 있는 AI 활용을 위한 윤리적 거버넌스 논의 시작
  • AI 기반 피싱, 허위 정보, 사기 증가 → 사이버보안 협력 필요
  • 양자 컴퓨팅은 향후 암호화 및 네트워킹 구조의 핵심
  • AI는 에너지 사용을 촉진하면서도 새로운 효율 패러다임 창출

✅ 고속 LAN의 등장 배경

  • 개인용 컴퓨터(PC) 및 마이크로 워크스테이션 → 필수 사무 도구
  • 고속 LAN 필요 이유:
    • 중앙 서버팜
    • 강력한 작업 그룹
    • 고속 로컬 백본
  • 두 가지 주요 변화
    • 개인용 컴퓨터의 속도와 컴퓨팅 파워 폭발적 증가
    • LAN이 필수적이고 실용적인 컴퓨팅 플랫폼으로 인정됨

✅ 기업의 WAN 수요

  • 재택근무 확대
  • 애플리케이션 구조 변화
  • 개인용 컴퓨터, 워크스테이션, 서버 의존도 증가
  • 데이터 집약형 애플리케이션 확대
  • 대부분 조직에서 인터넷 접근 필요
  • 트래픽 패턴이 예측 불가해짐, 평균 트래픽 부하 증가
  • 오프프레미스 데이터 이동량 증가 → 고속 WAN 요구

✅ Convergence(융합)

  • 음성/데이터 기술의 통합
    • 음성을 데이터 인프라로 이동
    • 모든 음성과 데이터 네트워크를 단일 데이터 네트워크로 통합
  • IP 기반 패킷 전송
  • 3계층 구성:
    • 애플리케이션
    • 엔터프라이즈 서비스 (QoS, 인증 등 기능 제공)
    • 인프라스트럭처 (통신 링크)

✅ Communication Models(통신 모델)

  • 전송 시스템 효율화: 다수 장치가 공유하는 전송 시설 사용 → 다중화 필요
  • 장치는 전송 시스템과의 인터페이스 필요
  • 인터페이스 이후에는 신호 생성 필요
  • TX와 RX 간의 동기화(타이밍) 중요: 신호 시작/종료 시점과 지속 시간 파악 필요

✅ 통신 작업 1/4

  • 연결 관리는 TX와 RX 간 통신을 위한 규칙 정의
  • 전송 중 오류 발생 가능 → 오류 검출 및 정정 필요
  • 복구 기술: 트랜잭션이나 파일 전송 중단 시 이전 상태로 되돌리거나 재개

✅ 통신 작업 2/4

  • 흐름 제어(Flow control): 송신측이 수신측을 압도하지 않도록 제어
  • 혼잡 제어(Congestion control): 네트워크가 과도한 요청에 의해 마비되지 않도록
  • 메시지 포맷팅(Message formatting): 같은 계층 내 두 노드 간 데이터 형식 일치 필요

✅ 통신 작업 3/4

(슬라이드 내 상세 내용 없음, 다음으로 이동)

✅ 통신 작업 4/4

  • Addressing(주소 지정): 여러 장치가 있을 때 목적지를 명시
  • Routing(라우팅): 출발지→목적지로 가는 경로 선택
  • 보안(Security): 데이터 위·변조 방지, 발신자 확인 보장
  • 네트워크 관리(Network management): 설정, 상태 모니터링, 장애 대응, 성장 계획

✅ 데이터 통신: 전송 매체

  • 현재 데이터 통신을 이끄는 두 가지 전송 매체:
    • Fiber optic transmissions(광섬유 전송)
    • Wireless transmissions(무선 전송)
  • 관리자 입장에선 용량, 신뢰성, 비용 고려
  • 전송 서비스는 여전히 예산 중 가장 큰 비용 차지
    → 효율성 증대를 위한 두 가지 접근법

✅ Multiplexing(다중화) vs Multiple Access(다중 접속)

항목Multiplexing (L1)Multiple Access (L2)
구조 단일 복합 신호로 전송 여러 사용자의 데이터 공유 전송
유형 FDM, TDM, WDM, OFDM FDMA, TDMA, CDMA, WDMA, OFDMA, CSMA
네트워크 포인트 투 포인트 멀티포인트 투 포인트

✅ 네트워크 사용 현황

  • 사용자는 지속적으로 네트워크 용량 소비
  • 여러 장치에서 동시 사용
  • 다양한 브로드밴드 장치는 더 높은 트래픽 생성 능력

✅ 네트워크 통합 및 기술 확장

  • 기술 발전은 용량 증가 + 통합 개념 도입
  • 음성, 데이터, 이미지, 비디오 동시 처리 가능
  • 네트워크 유형: WAN vs LAN

✅ Wide Area Network(WAN)

  • 넓은 지리적 범위 커버
  • 공공 도로(권리)를 통과해야 함
  • 공중망 일부 사용
  • 주요 기술:
    • 회선 교환: PSTN, POTS, ISDN
    • 패킷 교환: Internet(TCP/IP), X.25, Frame Relay, ATM

✅ Circuit Switching(회선 교환)

  • 통신 중 전체 경로 전용 연결
  • 각 링크에 논리적 채널 할당
  • 중간 노드에서 지연 없이 바로 스위칭
  • 예: 전화망(PSTN)

✅ Packet Switching(패킷 교환)

  • 데이터를 작은 단위의 패킷으로 나눠 전송
  • 노드 간 릴레이 방식으로 전달
  • 버스트형/간헐적 데이터에 적합
  • 자원 공유 가능, 링크 속도 활용 가능
  • 혼잡 시 패킷 지연·손실 가능

✅ Packet Switching vs Circuit Switching

항목Packet SwitchingCircuit Switching
연결 없음 필요 (Call Set-up)
자원 예약 없음, 요청 시 할당 항상 예약됨
자원 점유 동적 공유 사용자 전용
서비스 품질 비보장, 유연성 ↑ 보장, 안정성 ↑
사용자 수 유동적 제한적

✅ LAN(Local Area Network) vs WAN

구분LANWAN
범위 좁은 지역 넓은 지역
속도 빠름(1000Mbps) 느림(150Mbps)
예시 사무실 네트워크 인터넷
기술 Ethernet, Token Ring MPLS, ATM, X.25
연결 방식 전화선/무선 공공망, 위성
장비 스위치, 브릿지 라우터, 멀티레이어 스위치
오류 적음 많음
비용 설치/유지 저렴 비쌈
소유 단일 기관 다수 기관 공유

✅ The Internet

  • ARPANET에서 발전
    • 최초의 패킷 교환 네트워크
    • 위성/무전 통신에도 적용
    • 여러 네트워크 간 통신 문제 해결 → 인터네트워킹
    • 표준화된 TCP/IP 등장

✅ 인터넷 구성 요소 및 용어

  • CO(Central Office): 전화회사의 중계국
  • CPE(Customer Premises Equipment): 고객 장비
  • ISP: 인터넷 서비스 제공자
  • NAP: 주요 인터넷 연결 지점
  • NSP: ISP에 백본 서비스를 제공
  • POP(Point of Presence): ISP 장비가 위치한 지점

✅ 인터넷 구조 및 표준화 조직

  • 계층적(Hierarchical) 인터넷 구조
  • 주요 표준화 기관:
    • ISO, ITU, ANSI, IEEE, IETF

✅ 요약 Summary

  • 데이터 통신을 위협하는 트렌드:
    • 트래픽 증가, 신서비스 개발, 기술 진보
  • 네트워크 분류:
    • WAN vs LAN
  • 인터넷:
    • ARPANET에서 발전
    • TCP/IP 기반