Full-duplex
Full-duplex
개요
Full-duplex(풀 듀플렉스) 통신 시스템에서 양방향 데이터 전송이 동시에 가능한 통신 방식을 의미한다. 이 방식은 송신과 수신이 동시에 이루어질 수 있기 때문에, 효율적인 데이터 교환과 빠른 응답 시간을 제공하며 현대 네트워크 기술의 핵심 요소 중 하나이다. 반대로, 단방향 또는 순차적인 양방향 통신 방식인 Half-duplex(하프 듀플렉스)와 비교했을 때, full-duplex는 대역폭 활용도와 성능 면에서 우수하다.
Full-duplex 기술은 전화 통화, 이더넷 네트워크, 무선 통신 등 다양한 분야에서 사용되며, 특히 고속 데이터 통신이 요구되는 환경에서 필수적인 역할을 한다.
통신 모드의 종류
네트워크 통신에서 데이터 전송 방식은 일반적으로 다음 세 가지로 구분된다:
- Simplex(심플렉스)
- 단방향 통신. 데이터는 한쪽 방향으로만 전송된다.
-
예: 라디오 방송, TV 송출
-
Half-duplex(하프 듀플렉스)
- 양방향 통신이 가능하지만, 동시에 송신과 수신이 불가능하다.
-
예: 무전기(워키토키), 초기 이더넷
-
Full-duplex(풀 듀플렉스)
- 양방향 통신이 동시에 가능하다.
- 예: 전화 통화, 현대 이더넷 네트워크
Full-duplex의 작동 원리
Full-duplex 통신은 송신자와 수신자가 동시에 데이터를 주고받을 수 있도록 설계되어 있다. 이를 구현하기 위해 일반적으로 다음 두 가지 방법 중 하나를 사용한다:
1. 물리적 경로의 분리
- 송신용과 수신용으로 별도의 물리적 채널(예: 와이어, 광섬유, 주파수 대역)을 사용한다.
- 예: 전화선에서는 송신과 수신에 각각 다른 전기 신호 경로를 활용.
2. 주파수 분할 다중화(FDM) 또는 시간 분할 다중화(TDM)
- 무선 통신에서는 동일한 주파수 대역을 사용하더라도, 주파수 분할(FDD: Frequency Division Duplexing) 또는 시간 분할(TDD: Time Division Duplexing) 방식으로 full-duplex에 가까운 성능을 구현한다.
- FDD는 송신과 수신에 서로 다른 주파수 대역을 할당하여 동시에 통신을 가능하게 한다.
- TDD는 시간을 나누어 번갈아 송수신하지만, 매우 빠른 전환을 통해 실질적으로 동시 통신처럼 느껴지게 한다.
네트워크에서의 Full-duplex 활용
이더넷(Ethernet)
- 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T(기가비트 이더넷) 이상의 이더넷 표준은 대부분 full-duplex를 지원한다.
- 스위치(switch) 기반 네트워크에서는 각 포트가 독립된 통신 경로를 가지므로 full-duplex가 가능하다.
- 예: A 컴퓨터가 B 컴퓨터로 데이터를 보내는 동시에, B 컴퓨터도 A로 데이터를 보낼 수 있음.
| 통신 모드 | 최대 대역폭 (예: 1Gbps 링크 기준) | 동시 송수신 가능 여부 |
|---|---|---|
| Half-duplex | 1Gbps (공유 대역폭) | ❌ |
| Full-duplex | 2Gbps (1Gbps 송신 + 1Gbps 수신) | ✅ |
💡 참고: Full-duplex 링크에서는 이론적으로 대역폭이 두 배로 계산된다. 예를 들어 1Gbps full-duplex 링크는 최대 1Gbps를 송신하고 동시에 1Gbps를 수신할 수 있으므로 총 2Gbps의 처리량을 가진다.
장점과 단점
장점
- 고효율 통신: 송수신이 동시에 이루어져 지연(latency) 감소
- 높은 처리량: 대역폭을 보다 효율적으로 활용
- 실시간 응답 최적화: VoIP, 화상 회의, 온라인 게임 등 실시간 애플리케이션에 적합
단점
- 복잡한 하드웨어 요구: 송수신 경로를 분리하거나 간섭을 제거하기 위한 회로(예: 에코 제거) 필요
- 비용 증가: 별도의 채널이나 고급 칩셋 필요
- 무선 환경에서의 도전: 자기 간섭(self-interference) 문제로 인해 완전한 full-duplex 무선 통신은 기술적으로 어렵다.
관련 기술 및 발전
자기 간섭 제거(Self-Interference Cancellation)
- 무선 환경에서 송신 신호가 자신의 수신기로 돌아오는 간섭을 제거하는 기술.
- In-band Full-duplex(IBFD) 시스템에서 핵심 기술로 연구되고 있으며, 동일한 주파수 대역에서 동시에 송수신이 가능하게 한다.
- 아직 상용화는 제한적이지만, 차세대 무선 통신(6G)에서 중요한 기술로 주목받고 있다.
참고 자료 및 관련 문서
- IEEE 802.3 이더넷 표준
- RFC 5135 - Full-Duplex Communication in IP Networks
- "Computer Networking: A Top-Down Approach" – James F. Kurose, Keith W. Ross
- 5G/6G 무선 통신 기술 백서 (ITU-R)
📚 관련 문서:
- Half-duplex
- Ethernet
- Switch (네트워크)
- FDD vs TDD
Full-duplex는 현대 통신 인프라의 핵심 기반 기술로서, 데이터 전송 효율성과 실시간성 향상에 기여하고 있으며, 향후 네트워크 기술의 발전과 함께 더욱 정교한 형태로 진화할 전망이다.
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