기술나눔

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면책조항: 이 기사는 "시스템 설계자Tutorial (Second Edition)'에 위반사항이 있을 경우 즉시 수정 및 삭제하겠습니다.

통신 회선을 사용하여 지리적으로 분산된 컴퓨터 시스템과 서로 다른 형태의 독립적인 기능을 가진 통신 장비를 연결하고, 네트워크 소프트웨어 및 통신 프로토콜을 사용하여 자원 공유 및 정보 전송을 실현하는 시스템입니다.

1. 네트워크의 기본 개념

1. 개발

(1) 출생

1960년대에는 정보 전송을 목적으로 단일 컴퓨터를 중심으로 한 원격 온라인 시스템이 사용됐다.

(2) 형성

1960년대와 1970년대에는 여러 호스트가 서로 자원을 공유하기 위해 통신선을 통해 상호 연결되었습니다.

(3) 상호연결

1970년대 후반부터 1990년대까지는 통일된 네트워크 아키텍처와 국제 표준 준수를 갖춘 개방적이고 표준화된 네트워크가 있었습니다. 이 기간에는 TCP/IP 아키텍처와 국제 표준화 기구의 OSI 아키텍처라는 두 가지 중요한 아키텍처가 탄생했습니다.

(4) 급속한 발전

1990년대부터 현재에 이르기까지 근거리통신망이 성숙해지고, 광섬유와 초고속 네트워크 기술이 등장하며, 인터넷으로 대표되는 인터넷이 발전하였다.

2. 기능

(1) 데이터 통신(주요 기능)

특정 통신 프로토콜에 따라 두 통신 노드 간에 정보를 전송하기 위해 데이터 전송 기술을 사용하는 통신 방법입니다. 전송된 정보는 바이너리 데이터 형태로 표현됩니다. 특징: 텔레매틱스에 연결됩니다.

추신: 3대 통신 사업: 전신, 전화, 컴퓨터 네트워크

(2) 자원 공유(주요 목적)

하드웨어 자원, 소프트웨어 자원, 데이터 자원 공유

(3) 중앙 집중식 관리

미스

(4) 분산처리 구현

대규모 작업은 여러 컴퓨터에서 처리된 다음 중앙에서 해결되는 작은 작업으로 나누어집니다.

(5) 로드 밸런싱

네트워크의 각 컴퓨터 시스템에 작업 부하가 균등하게 분산되는 것을 의미합니다. 네트워크 센터는 특정 컴퓨터에 과부하가 걸리면 자동으로 부하가 적은 컴퓨터 시스템으로 전환됩니다.

3. 관련 지표

(1) 성과지표

• 속도(가장 중요한 성능 지표 중 하나인 데이터 속도/비트 속도, 단위 b/s(초당 비트 수))

컴퓨터 네트워크에 연결된 호스트나 통신 장치가 디지털 채널을 통해 데이터를 전송하는 속도입니다.

• 대역폭(두 가지 의미)

1) 신호의 채널 폭을 나타냅니다. 신호의 대역폭은 신호에 포함된 다양한 주파수 성분이 차지하는 주파수 범위를 나타냅니다. 단위는 헤르츠(킬로헤르츠, 메가헤르츠, 기가헤르츠 등)입니다.

2) 컴퓨터 네트워크: 대역폭은 데이터를 전송하는 네트워크 통신 회선의 능력을 나타냅니다. 네트워크 대역폭은 단위 시간당 네트워크의 한 노드에서 다른 노드로 전달할 수 있는 "최고 데이터 속도"를 나타냅니다. 단위: 초당 비트, b/s

• 처리량

단위 시간당 특정 네트워크(또는 채널, 인터페이스)를 통과하는 데이터의 양입니다. 네트워크 대역폭이나 네트워크 정격 속도로 제한됩니다.

때때로 처리량은 초당 전송되는 바이트 또는 프레임으로 표현될 수도 있습니다.

• 지연 시간(지연/지연, 중요한 성능 지표)

데이터(메시지, 패킷 또는 비트)가 네트워크(링크)의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이동하는 데 걸리는 시간입니다.

전송 지연, 전파 지연, 처리 지연, 큐잉 지연 등으로 구분됩니다.

• 왕복 시간(RTT, 중요한 성능 지표)

송신자가 데이터를 보낸 시간부터 송신자가 수신자로부터 확인을 받을 때까지(수신자는 데이터를 받은 후 즉시 확인을 보냅니다)까지 경과된 시간입니다.

• 이용

채널 활용도: 채널이 활용될 확률(데이터 전달)을 백분율로 표시합니다. 완전히 유휴 상태인 채널 활용도는 0입니다.

네트워크 활용도: 전체 네트워크의 채널 활용도를 가중 평균한 것입니다.

(2) 비성과지표

• 비용

• 품질

• 표준화

• 신뢰할 수 있음

• 확장성 및 업그레이드 가능성

• 관리 및 유지보수의 용이성

4. 적용 전망

글로벌 전화 네트워크 다음으로 세계에서 두 번째로 큰 네트워크

2. 통신기술(컴퓨터 네트워크 기초)

1. 채널

정보 전송: 소스와 싱크가 채널을 통해 정보를 주고받는 과정입니다.

(1) 분류

(2) 정보전송 처리과정

1) 채널은 정보 전송을 위한 채널이다.

2) 송신기는 소스에서 보낸 정보를 수신하여 부호화 및 변조한 후 해당 정보를 채널 전송에 적합한 신호로 변환하여 채널로 보냅니다.

3) 수신기는 채널로부터 정보를 수신하고 이를 복조 및 디코딩하여 호스트에 정보를 복구하는 역할을 담당합니다. 모든 주파수 신호가 채널을 통해 전송될 수 있는 것은 아닙니다. 주파수 범위 크기는 채널의 대역폭입니다.

(3)섀넌 공식

채널 용량 계산: 채널의 최대 전송 속도

C=B*로그2(1+S/N)

C: 채널 용량, b/s

B: 신호 대역폭,Hz

S: 신호 평균 전력, W

N: 평균 잡음 전력, W

S/N: 신호 대 잡음비, dB(데시벨)

채널 용량을 늘리려면 더 큰 대역폭을 사용하여 신호 대 잡음비를 줄이거나 더 작은 대역폭을 사용하여 신호 대 잡음비를 높일 수 있습니다.

2. 신호 변환

송신기 신호 처리: 소스 코딩, 채널 코딩, 인터리빙, 펄스 성형, 변조.

수신기 신호 처리: 복조, 샘플링 결정, 디인터리빙, 채널 디코딩, 소스 디코딩.

(1) 소스 코딩

아날로그 신호-아날로그-디지털 변환-압축 인코딩(중복 정보 제거)-디지털 신호

(2) 채널 코딩

수신 측에서 오류 감지 및 정정을 위한 중복 정보를 추가합니다.

(3) 인터위빙

연속적인 비트 오류로 인해 발생하는 채널 디코딩 오류 문제를 해결하기 위해 인터리빙은 특정 규칙에 따라 채널 코딩 후 데이터의 순서를 혼란스럽게 합니다. 수신측에서는 디코딩 전 인터리빙을 통해 데이터 순서를 복원합니다.

(4) 펄스 형성

대역폭 요구 사항을 줄이기 위해 전송된 데이터는 적절한 파형으로 변환됩니다.

(5) 변조

신호 요구 사항을 충족하는 고주파 반송파 신호로 정보를 전달하는 프로세스입니다.

3. 기술 재사용

여러 채널의 데이터를 동시에 전송하려면 다중화 및 다중 액세스 기술을 사용해야 합니다.

하나의 채널에서 여러 채널의 데이터를 동시에 전송하는 기술을 말합니다.

(1) TDM 시분할 다중화

(2) FDM 주파수 분할 다중화

(3) CMD 코드 분할 다중화

4. 다중 접속 기술

여러 사용자의 데이터를 하나의 회선으로 동시에 전송하고, 수신단에서는 여러 사용자의 데이터를 분리하는 기술입니다.

(1) TDMA 시분할 다중접속

(2) FDMA 주파수 분할 다중 접속

(3) CMDA 코드분할 다중접속

5. 5G 통신망 특성

3. 네트워크 기술

1. 근거리통신망(LAN)

제한된 지리적 범위 내에서 전송 매체를 통해 여러 컴퓨터를 상호 연결하는 컴퓨터 그룹(즉, 통신 네트워크)입니다. LAN이 닫혀 있습니다.

(1) 네트워크 토폴로지

• 별 구조

중앙노드(관제센터)를 중심으로 연결선을 통해 중앙과 연결됩니다. 노드에서 전송되는 데이터는 중앙 노드를 거쳐야 합니다.

장점: 빠른 전송 속도(두 노드 간의 통신은 두 단계만 거치면 됨), 간단한 네트워크 구조, 쉬운 네트워크 구축, 쉬운 제어 및 관리

단점: 신뢰성이 낮고 네트워크 공유 능력이 좋지 않으며 중앙 노드가 마비되면 전체 네트워크가 마비됩니다.

• 트리 구조(계층적 중앙 집중식 네트워크)

특징: 네트워크 비용이 저렴하고 구조가 간단합니다. 두 노드 사이에는 루프가 없으며 각 링크는 양방향 전송을 지원하며 노드 확장은 편리하고 유연하여 링크 경로를 쉽게 검사할 수 있습니다.

단점: 리프가 아닌 노드 링크 실패는 전체 네트워크 시스템에 영향을 미칩니다.

• 버스 구조

각 노드 장치는 버스에 연결됩니다. 모든 노드 장치는 버스를 통해 정보를 전송합니다.

버스 장애는 각 노드의 통신에 영향을 미칩니다.

• 링 구조

각 노드는 끝과 끝이 연결된 통신 링크를 통해 연결되어 폐쇄 루프를 형성합니다.

각 장치의 상태는 동일하며 정보는 고정된 방향을 따라 한 방향으로 흐릅니다.

모든 노드 장애는 물리적 마비로 이어져 확장에 도움이 되지 않습니다. 시스템 응답 지연이 길고 정보 전송 효율성이 낮습니다.

• 그리드

모든 노드 사이에는 통신 링크가 있습니다. 어떤 노드에 장애가 발생해도 다른 노드에는 영향을 미치지 않습니다.

번거로운 배선, 높은 공사비, 복잡한 제어방식

(2) 이더넷 기술(가장 일반적인 LAN 기술)

• 이더넷 프레임 구조

이더넷 프레임: 이더넷 링크의 데이터 패킷으로 구조는 다음과 같습니다.

DMAC: 목적지 터미널의 MAC 주소

SMAC: 소스 MAC 주소

길이/유형: 2바이트, 값은 1500보다 크고, 1500보다 작은 데이터 프레임 유형은 길이를 나타냅니다.

DATA/PAD: 특정 데이터, 64바이트 이상(64바이트 미만, 추가 패딩 내용 필요)

FCS: 프레임 체크 필드

• 최소 프레임 길이(64바이트)

목적/이유: 데이터 패킷의 마지막 비트를 전송했지만 아직 첫 번째 비트가 더 멀리 있는 노드로 전송되지 않은 노드의 전송을 피하기 위해. 회선이 유휴 상태인 것으로 잘못 생각하여 데이터를 전송하여 링크에서 데이터 전송 충돌이 발생합니다.

• 최대 전송 거리

엄격한 제한은 없지만 회선 품질, 신호 감쇠 등에 영향을 받습니다.

• 흐름 제어

기능: 장비가 차단되었을 때 프레임 손실을 방지합니다.

2. 무선랜(WLAN)

(1) WLAN 토폴로지

• 지점 간

• 허브 유형

중앙 노드(HUB)와 여러 주변 노드로 구성됩니다. 중앙에서 제어되는 통신.

• 완전히 분산됨

특정 응용 프로그램이 없습니다.

3. 광역 네트워크(WAN)

도시, 국가 또는 국가 간

광역 네트워크는 통신 서브넷(통신 노드 장치와 이러한 장치를 연결하는 링크로 구성됨) 또는 리소스 서브넷(네트워크에서 리소스 공유 기능을 구현하는 장치 및 해당 소프트웨어 모음)으로 구성됩니다.

(1) 관련 기술

(2) 특징

1) 데이터 통신 서비스를 지향하며 사용자가 컴퓨터를 사용하여 장거리 정보를 교환할 수 있도록 지원합니다.

2) 넓은 적용 범위, 긴 통신 거리 및 광역 네트워크는 고정된 토폴로지가 없습니다.

3) 통신부서 또는 회사는 부품, 관리, 유지보수 등을 담당하며, 사회 전체에 통신 중심의 유료 서비스를 제공합니다.

(3) 분류

• 공공 전송 네트워크

• 전용 전송망

• 무선 전송 네트워크

4. 수도권 네트워크(MAN)

단일 도시로 구축된 네트워크

3개 레벨: 코어 레이어, 집계 레이어, 액세스 레이어

5. 이동통신망

4. 네트워킹 기술

1. 네트워크 장비 및 작동 수준

(1) 허브

가장 간단한 형태의 네트워크 장비에서는 해당 포트에 연결된 시스템의 준비 여부에 관계없이 한 포트에서 수신된 데이터가 다른 모든 포트로 전달됩니다. 한 포트는 업링크 포트로 지정되며 다른 허브나 라우팅 장치에 연결하는 데 사용할 수 있습니다.

(2) 중계기

LAN 상호 연결 장비는 OSI 시스템의 물리적 계층에 위치합니다.

(3) 네트워크 브리지

OSI 시스템의 데이터 링크 계층.

(4) 스위치

OSI의 데이터 링크 계층. 스위치에 액세스하는 두 개의 네트워크 노드에 대해 독점적인 전달 채널을 제공합니다. 자동 주소 지정 및 전환 기능, 포트 충돌을 방지하고 네트워크 처리량을 향상시키는 기능이 있습니다.

(5)라우터

OSI의 네트워크 계층. 일반적으로 WAN 또는 WAN과 LAN 상호 연결에 사용됩니다.

(6) 방화벽

하드웨어 방화벽: 방화벽 프로그램이 칩에 내장되어 있습니다.

2. 네트워크 프로토콜

(1) 개방형 시스템 상호 연결 모델(OSI/RM)

낮은 계층에서 높은 계층으로: 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 세션 계층, 프리젠테이션 계층 및 애플리케이션 계층

동일한 레이어 간에는 계약이 제공되며, 서비스는 상위 레이어와 하위 레이어에서 제공됩니다.

(2) OSI 프로토콜 세트

(3) TCP/IP 프로토콜 설정

TCP/IP 프로토콜 제품군: 인터넷 프로토콜 IP, 전송 제어 프로토콜 TCP, 사용자 데이터그램 프로토콜 UDP, 가상 터미널 프로토콜 TELNET, 파일 전송 프로토콜 FTP, 이메일 전송 프로토콜 SMTP, 온라인 뉴스 전송 프로토콜 NNTP, 하이퍼텍스트 전송 프로토콜 HTTP

(4) ISO/OSI 모델과 TCP/IP 모델의 비교

3. 기술교류

(1) 스위치 기능

라인 수집 기능; 브리징 기능;

(2) 기본적인 교환원칙

스위치는 데이터 패킷을 캡슐화하고 전달하는 기능을 완료할 수 있는 MAC 주소 식별을 기반으로 하는 네트워크 장치입니다.

전달 경로 학습, 데이터 전달, 링크 주소 업데이트

(3)스위치 프로토콜

스패닝 트리 프로토콜(STP): 링크 루프 문제 해결

4. 라우팅 기술

(1) 라우팅 원리

네트워크 인터페이스에서 발생하는 데이터 패킷을 수신하고, 데이터그램의 대상 주소를 기반으로 전달할 다음 주소를 결정합니다.

(2) 라우터 프로토콜

라우팅 프로토콜: 데이터 패킷이 전달되는 방식을 지정하는 프로토콜입니다.

분류:

• 내부 게이트웨이 프로토콜 TGP

자율 시스템 AS 내에서 실행되는 라우팅 프로토콜

• 외부 게이트웨이 프로토콜 EGP

AS 간 라우팅 프로토콜

5. 네트워크 엔지니어링

1. 네트워크 계획

포함사항: 네트워크 수요 분석, 타당성 분석, 기존 네트워크 분석(기존 네트워크 최적화 및 업그레이드 시)

2. 네트워크 설계

사용자의 문제를 해결하는 솔루션을 디자인합니다. 포함 사항: 전체 네트워크 목표 결정, 전체 설계 원칙 결정, 통신 서브넷 설계, 장비 선택, 네트워크 보안 설계 등

3. 네트워크 구현

포함 사항: 프로젝트 구현 계획, 네트워크 설계 승인, 장비 설치 및 디버깅, 시스템 시운전 및 전환, 사용자 교육 등