전이중 통신 모드

전이중 통신 모드는 데이터 통신에서 송신과 수신이 동시에 독립적으로 이루어질 수 있는 방식을 의미한다. 이 모드에서는 통신 채널의 양방향 대역폭이 완전히 활용되어, 양측 장치가 서로의 전송을 기다리지 않고 지속적으로 데이터를 보내고 받을 수 있다. 전화 통화가 대표적인 예시로, 양쪽 사용자가 동시에 말하고 들을 수 있다.

반이중 통신 모드와의 핵심적인 차이는 바로 이 '동시성'에 있다. 반이중 방식에서는 한 번에 한 방향으로만 통신이 가능하여, 송신과 수신 상태를 전환해야 하는 오버헤드와 대기 시간이 발생한다. 반면 전이중 방식은 이러한 전환 없이 실질적으로 두 개의 단방향 채널을 운영하는 것과 같은 효과를 낸다.

이 모드는 높은 처리량과 낮은 지연이 요구되는 현대 통신 시스템의 기본이 된다. 이더넷 네트워크, 광통신, 대부분의 현대 무선 통신 시스템 등이 전이중 방식을 기반으로 구축되었다. 구현 방식에는 주파수를 나누는 주파수 분할 다중화 방식과 시간을 나누는 시분할 다중화 방식 등이 있다.

전이중 통신의 성능을 최대화하기 위해서는 신호 간 간섭, 특히 송신 신호가 수신 측을 방해하는 자가 간섭 문제를 해결하는 것이 중요한 기술적 과제이다.

전이중 통신 모드는 데이터 송신과 수신이 동시에, 그리고 독립적으로 이루어지는 통신 방식을 의미한다. 이 모드의 핵심은 양방향으로 동시에 데이터 흐름이 가능한 통신 채널을 구축하는 데 있다.

동작을 위해 일반적으로 두 개의 독립된 전송 경로가 필요하다. 유선 통신의 경우, 꼬임선(Twisted Pair) 케이블 내의 별도 선로 쌍이나 광섬유 케이블의 별도 광선(코어)이 각 방향의 전송을 담당한다. 무선 통신에서는 서로 다른 주파수 대역(주파수 분할)이나 교대로 할당된 시간 슬롯(시간 분할)을 사용하여 송신과 수신 경로를 분리한다. 이 구조 덕분에 한 노드가 데이터를 보내는 동안, 동시에 상대 노드로부터의 데이터를 수신하여 처리할 수 있다.

이러한 동시 송수신이 가능하려면 통신 장치에 송신기와 수신기가 물리적으로 분리되어 있어야 한다. 예를 들어, 이더넷 스위치 포트나 전화기는 별도의 송신 회로와 수신 회로를 갖추고 있다. 이중화된 채널과 하드웨어 구조는 데이터 충돌 없이 대역폭을 최대한 활용할 수 있게 하며, 전송 지연을 줄이고 효율적인 양방향 대화를 가능하게 하는 기반이 된다.

반이중 통신 모드는 데이터 전송 방향이 양방향이지만, 특정 시점에는 한 방향으로만 통신이 가능한 방식을 말한다. 이는 전이중 통신 모드와 가장 명확히 구분되는 핵심 차이점이다. 반이중 방식에서는 송신과 수신이 번갈아 가며 이루어지므로, 통신 장치가 현재 데이터를 보내는 상태인지 받는 상태인지를 명확히 구분하고 제어해야 한다. 이로 인해 충돌(Collision)을 방지하기 위한 매체 접근 제어(MAC) 프로토콜이 필요하며, 이더넷의 초기 표준이었던 CSMA/CD가 대표적인 예이다.

두 모드의 주요 특성을 비교하면 다음과 같다.

반이중 통신은 구조가 단순하고 비용이 저렴하다는 장점이 있지만, 동시 송수신이 불가능하기 때문에 전송 효율이 낮고 지연이 발생할 수 있다. 특히 양측이 동시에 전송을 시도하면 데이터 충돌이 일어나 통신이 실패한다. 따라서 반이중 방식은 무전기나 일부 산업용 버스처럼 저비용과 단순성이 중요하거나, 통신량이 적은 환경에서 주로 사용된다. 반면, 현대의 대부분의 유선 LAN과 전화망은 높은 처리량과 낮은 지연을 위해 전이중 방식을 표준으로 채택하고 있다.

전이중 통신을 구현하기 위한 핵심 기술은 크게 주파수 분할 다중화 방식과 시간 분할 다중화 방식으로 나뉜다. 이 두 기술은 물리적 자원을 분할하여 송신과 수신이 동시에 이루어지도록 하는 방법론적 차이를 보인다.

주파수 분할(FDD) 방식은 서로 다른 주파수 대역을 사용하여 업링크(송신)와 다운링크(수신)를 동시에 처리한다. 송신과 수신 채널이 주파수 상에서 분리되어 있기 때문에, 신호 간 간섭 없이 지속적인 양방향 통신이 가능하다는 장점이 있다. 이 방식은 GSM 이동 통신, 전통적인 유선 전화망, 그리고 많은 위성 통신 시스템에서 널리 사용된다. 그러나 주파수 대역을 두 개로 나누어 사용해야 하므로 주파수 자원 활용 효율이 상대적으로 낮을 수 있으며, 업링크와 다운링크 대역을 미리 할당해야 하는 구조적 특징을 가진다.

시간 분할(TDD) 방식은 하나의 주파수 대역을 시간 단위로 빠르게 분할하여 교대로 송신과 수신에 사용한다. 하나의 통신 채널이 매우 짧은 시간 슬롯으로 나뉘어, 일정 시간은 송신에, 다음 시간은 수신에 할당되는 방식으로 동작한다[1]. 이 방식의 주요 장점은 업링크와 다운링크의 트래픽 비대칭성에 유연하게 대응할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 데이터 다운로드가 많은 경우 더 많은 시간 슬롯을 다운링크에 할당할 수 있다. Wi-Fi(IEEE 802.11 시리즈), 블루투스, 그리고 LTE-TDD 및 5G NR의 일부 대역이 이 방식을 채택하고 있다.

두 기술의 주요 특징을 비교하면 다음과 같다.

전이중 통신 모드는 데이터를 동시에 양방향으로 전송할 수 있어 반이중 통신 모드나 단방향 통신에 비해 여러 가지 장점을 가진다. 가장 큰 장점은 높은 데이터 처리량과 효율적인 대역폭 활용이다. 양방향으로 동시에 데이터를 흘려보낼 수 있으므로, 절반의 시간만 사용하는 반이중 방식에 비해 이론상 두 배의 처리량을 달성할 수 있다. 또한 송신과 수신이 완전히 분리되어 있어, 한쪽 방향의 통신이 다른 쪽에 지연이나 간섭을 주지 않는다. 이는 실시간 양방향 통신이 필요한 전화 통화, 화상 회의, 고속 데이터 교환 등에서 매우 유리한 특성이다.

그러나 이러한 장점을 구현하기 위해서는 추가적인 비용과 기술적 복잡성이 수반된다. 전이중 방식을 지원하려면 송신과 수신 경로를 물리적 또는 논리적으로 완전히 분리해야 하므로, 회선이나 채널이 이중화되어야 한다. 이는 유선 통신에서는 별도의 선쌍을 사용하거나, 무선 통신에서는 별도의 주파수 대역(FDD)이나 시간 슬롯(TDD)을 할당하는 방식으로 구현된다. 결과적으로 시스템 설계가 복잡해지고 하드웨어 비용(예: 듀플렉서, 필터)이 증가한다는 단점이 있다.

특히 무선 환경에서 전이중 통신을 구현할 때는 자기 간섭 문제가 주요한 기술적 장애물로 작용한다. 동일한 장치에서 매우 가까운 거리에서 강력한 송신 신호와 미약한 수신 신호가 공존하기 때문에, 송신 신호가 수신 경로로 새어 들어와 자신의 수신 신호를 압도하는 현상이 발생한다. 이를 극복하기 위해서는 정교한 자기 간섭 제거 기술이 필수적이며, 이는 시스템의 복잡성과 전력 소비를 더욱 증가시킨다. 따라서 전이중 방식을 채택할 때는 높은 처리량과 낮은 지연이라는 장점과, 구현 비용, 복잡도, 간섭 관리의 어려움이라는 한계를 종합적으로 고려하여 결정해야 한다.

전이중 통신 모드는 유선 및 무선 통신 분야 전반에 걸쳐 광범위하게 적용된다. 이 모드는 실시간 양방향 대화가 요구되는 대부분의 현대 통신 시스템의 기본 동작 방식이다.

유선 통신에서는 이더넷 네트워크가 대표적인 예시이다. 현대의 스위치 기반 이더넷은 각 포트가 독립적인 전송과 수신 경로를 가지므로, 장치가 동시에 데이터를 보내고 받을 수 있다. 전화 회선도 전이중 방식을 사용하는데, 일반적인 유선 전화 통화에서 양쪽 사용자가 동시에 말하고 들을 수 있는 것은 음성 신호를 위한 별도의 송신선과 수신선이 존재하기 때문이다. USB와 HDMI와 같은 직렬 버스 인터페이스 역시 데이터를 양방향으로 동시에 전송할 수 있는 전이중 구조를 채택하고 있다.

무선 통신 분야에서는 스마트폰의 셀룰러 네트워크가 핵심 적용 사례이다. LTE나 5G와 같은 모바일 통신 기술은 대부분 주파수 분할 다중화 또는 시간 분할 다중화 방식을 통해 전이중 통신을 구현하여, 사용자가 통화 중에도 데이터를 다운로드하거나 업로드할 수 있게 한다. Wi-Fi (IEEE 802.11 시리즈) 또한 최신 표준에서 전이중 동작을 지원하며, 블루투스 기술의 일부 프로파일도 양방향 음성 스트리밍과 같은 서비스를 위해 전이중 방식을 사용한다. 무선 인프라의 백홀 링크나 위성 통신과 같은 고용량 무선 링크에서도 전이중 모드는 효율적인 대역폭 활용을 위해 필수적이다.

전이중 통신 모드를 구현하는 데 있어 핵심적인 역할을 하는 여러 표준과 프로토콜이 존재한다. 이들은 물리적 계층에서의 채널 분리 방식부터 상위 계층의 데이터 흐름 제어에 이르기까지, 효율적인 양방향 동시 통신을 가능하게 하는 규칙과 절차를 정의한다.

유선 이더넷 네트워크는 전이중 통신의 대표적인 적용 사례이다. IEEE 802.3 표준에 기반한 현대의 이더넷은 CSMA/CD 방식을 사용하는 반이중 모드에서 발전하여, 별도의 송신선과 수신선 쌍을 사용하는 전이중 모드가 기본이 되었다. 이를 통해 스위치와 호스트 간에 충돌 없이 동시에 데이터를 주고받을 수 있다. 무선 통신 분야에서는 LTE와 5G NR과 같은 이동 통신 표준이 주파수 분할 다중 접속과 시간 분할 다중 접속 방식을 활용하여 전이중 통신을 지원한다. 특히 5G에서는 보다 유연한 자원 활용을 위해 동적 TDD 기술이 도입되었다.

음성 통신을 위한 VoIP 프로토콜과 웹RTC 또한 전이중 모드를 기반으로 한다. 이 프로토콜들은 UDP나 TCP 상에서 오디오 및 비디오 데이터 스트림을 실시간으로 양방향 전송하는 매커니즘을 정의한다. 네트워크 스위칭 및 라우팅 프로토콜의 제어 평면에서 사용되는 BGP나 OSPF와 같은 라우팅 프로토콜도 대등한 관계의 라우터 간에 전이중 방식으로 라우팅 정보를 교환하여 네트워크 토폴로지를 구성하고 유지한다.

전이중 통신 모드는 기술적 개념을 넘어서 일상생활의 대화 방식과 자주 비교된다. 사람들 사이의 자연스러운 대화는 대체로 전이중 방식에 가깝다. 양측이 동시에 말하고 들을 수 있으며, 이는 대화의 흐름을 유지하고 즉각적인 반응을 가능하게 한다. 반면, 무전기처럼 한 번에 한쪽만 말할 수 있는 방식은 반이중 통신 모드에 비유된다.

이러한 유사성 때문에 네트워크 초기 교육 자료나 기술 설명서에서 전이중과 반이중의 차이를 설명할 때 자주 '전화 통화'와 '무전기 통화'를 예시로 든다. 전화는 상대방의 말을 들으면서 동시에 자신의 말을 할 수 있는 전형적인 전이중 환경이다.

흥미롭게도, 온라인 게임의 음성 채팅이나 화상 회의 시스템은 기술적으로는 전이중 통신을 지원하지만, 실제 사용 환경에서는 여러 명이 동시에 말하면 소리가 겹쳐 알아들을 수 없게 되는 문제가 발생한다. 이는 기술적 제한보다는 인간의 인지적 한계에 가까운 현상으로, 자연 대화에서도 화자가 바뀔 때 미세한 간격이나 암묵적인 규칙이 존재함을 상기시킨다.

컴퓨터 네트워크의 발전 과정에서 전이중 방식의 보편화는 이더넷 스위치의 등장과 깊은 연관이 있다. 초기 허브를 사용한 공유 매체 방식에서는 충돌이 발생할 수 있어 반이중에 가까운 동작을 했지만, 스위치는 포트별로 독립적인 경로를 제공함으로써 진정한 전이중 통신을 실현하는 기반이 되었다.

• Wikipedia - Duplex (telecommunications)

• Wikipedia - 전이중 통신

• 나무위키 - 전이중 통신

• ScienceDirect - Full-Duplex Communication

• IEEE Xplore - In-Band Full-Duplex Wireless: Challenges and Opportunities

• TechTarget - Full-Duplex

• Cisco - Simplex, Half-Duplex, and Full-Duplex Transmission